基於（yú）STC89C52單片機的金屬探測器設計
金屬探（tàn）測器是日（rì）常生活中專門用於（yú）探測金屬物質的儀器，精探安檢設備公（gōng）司對常規金屬探測（cè）器進行研究後設計了一款基（jī）於STC89C52RC 單片（piàn）機的智能金屬探測器（qì），將振蕩電路產生的正弦波經脈衝轉換電路送到單片機（jī）檢測頻（pín）率（lǜ）的變化。當線（xiàn）圈位置出現金屬物質時（shí），由（yóu）於電磁（cí）感應原理，線圈Q值發生改變，原有（yǒu）振蕩頻率會發生（shēng）變化，單片機檢測（cè）到頻率變化後報警，能在安檢、工業生產（chǎn）等（děng）領域得到廣（guǎng）泛應用。
一、係統方案設計
本次（cì）設計采用STC89C52RC單片機作為金屬探測器的核心控製處理器件，通過添加晶振電路提供係統工作時鍾，通（tōng）過複位電路實現複位功能[1]。通過電容三點式振蕩電路產生正（zhèng）弦波，轉（zhuǎn）換後傳遞到單片機檢測頻率的變化。當（dāng）遇到金（jīn）屬時，電容三點式振蕩電路的原振蕩會受到影響，頻率會發生變化，單片機會檢（jiǎn）測到這種變化，並在（zài）液晶（jīng）顯示器上顯示和報警（jǐng），還可以通（tōng）過鍵盤（pán）設置探測金屬物質的靈敏（mǐn）度。本係統主（zhǔ）要由單片機工作係統、電源（yuán）電路、振蕩電路、脈衝變換（huàn）電路、聲光報警電路（lù）、鍵盤電路和顯示電路構成。
二、係統硬件設（shè）計
1.單片機工作係統
單片機工作係統是指利用電（diàn）子元件構成的可以獨立運行的單片機工作係統。本次設計采用的STC89C52RC型號單片機是由STC 公（gōng）司生產的低功耗、高性能CMOS8 位微控製器，具有8 kB 係統可編程閃存。在使用靈活性上兼容51 單片機，且性能遠遠超過51 單片（piàn）機，具有更快的運行速度以及更（gèng）加豐富的外設接口（kǒu）電路，同時具有功耗更低的特點。
單片機工作係統的硬（yìng）件結構非常簡（jiǎn）單，僅僅需要（yào）添加電源電路為整個（gè）工作係統提（tí）供驅動電壓，以及添加複位電路為整個工作係統（tǒng）中的硬件構成（chéng）提（tí）供一個運行（háng）的初始狀態（tài），並防止係統（tǒng）出現意外中斷的情況，方便進行緊（jǐn）急恢複，即當（dāng）單片機係統受到環境幹擾程序跑飛的情況（kuàng）下，就可以按下複位按鈕，這樣單片機內部的程序會自動從頭開始執行，通過添加晶體振蕩電路為整個工作係統（tǒng）提供工作（zuò）時鍾，晶振也可以采用不同的振蕩頻率，如8 MHz 或（huò）者11.059 2 MHz，通常情況下，越高頻（pín）率的晶振，51單片機的處理速度就越快。
2.電源電路設計（jì）
選用LM7805 三端穩（wěn）壓芯片，實際應用中，應在LM7805三端穩壓芯片上安裝足（zú）夠大的（de）散熱器，因（yīn）為穩壓管的穩壓性能會隨著溫度升（shēng）高而變差，甚至損壞。在本設計中，由於將9V的電池電壓變壓為設計所需的5V電壓，這個過程中功率變化（huà）不是很大，因此不必添加散熱器。LM7805三端穩壓芯片的管腳功能從正麵看，1腳是輸入，2腳接地，3腳輸出，從3腳輸出穩定的（de）5 V 電壓（yā）。
3.振蕩電路設計
振蕩電路是決定（dìng）整個金屬探測（cè）器（qì）性能（néng）的關鍵，利用（yòng）電容三點式振蕩電路產生一個頻率小於300 kHz 的穩定振蕩源，目的（de）是（shì）使金屬探測器在正常（cháng）工作（zuò）時能夠不受廣播頻段的影響。當諧振回（huí）路中（zhōng）的電感線圈中存在金屬（shǔ）物質時，線圈電感的Q 值將隨之發生改變，當線（xiàn）圈電感增加時，電路（lù）的諧振頻（pín）率將減（jiǎn）小，反之，線圈電感減小時，電路的諧振頻率將增（zēng）加。
4.脈衝變換電路設計
從諧振回路傳過來的正弦波信號傳（chuán）送給電壓比較器對其進行整形，以產生規（guī）則的方波送入單片機（jī）。電壓比較器（qì）選用LM393，LM393 的反向端接收滑動變阻器（qì）上的電壓，同向端接收振蕩電路產生的正弦波，這（zhè）樣就能把正弦波信號經過電壓比（bǐ）較（jiào）變成單片機能（néng）夠處理的方波信號。
5.聲光報警電（diàn）路設計
當檢測到金屬時，係統會（huì）發出報警提示，報警電路（lù）是為了優化（huà）人機交互性，提醒使用者已檢測到金屬物質，用單片機控製三極管驅動蜂鳴器報警。因（yīn）單片機直驅能力不夠，故采用三（sān）極管8550 起到驅動大電流的作用（yòng），當三極管輸入端為（wéi）低電平時，此時（shí）導通，蜂鳴器接收到控製（zhì）信號，產生自（zì）激振蕩，通過內部芯片驅（qū）動發出報（bào）警聲。
6.鍵盤電路設（shè）計
當（dāng）按下按鍵時，單芯片引腳和GND 連接到低電平；當鬆開按鍵時，線路斷開，電流不能通過，此時單片機默認是高電平，可以通過判斷單片機IO口的高低電平來判斷是否有按鍵（jiàn）按下。
7.顯示電路設計
采用LCD1602液晶顯示模塊來顯（xiǎn）示相關信息，可同時顯（xiǎn）示16×2個（gè）字符，即總共可以顯示32 個字符。LCD1602液晶顯示器的原理是利用液晶（jīng）的物理特性通過電壓來控製顯示區域，即可以顯（xiǎn）示圖（tú）形。用來顯（xiǎn）示當前振蕩電路的頻率值（zhí），以（yǐ）及人工（gōng）設（shè）定的報警警戒值。液晶模塊（kuài）的RS、RW、EN 引腳（jiǎo）與（yǔ）單片機（jī）P25 ～P27管（guǎn）腳相連接，液晶模塊的D0～D7數據接口和單（dān）片機的P0口連接。
三（sān）、軟件設（shè）計
1.檢測頻率程序（xù）設計（jì）
頻率的測（cè）定（dìng）是通過定時器T0 和計數器T1 完成的（de），即計算T0 時間內檢測到的脈衝數T1 的個數。為了方便計算，程序中所檢測的頻率都是在1 s 內統計的脈（mò）衝總數，即（jí）1 s內檢測到多少次脈衝就是多少赫茲，因金屬探測器的檢測頻率較低，所以可以適當延長檢（jiǎn）測時間，這樣係統更加（jiā）穩（wěn）定。
2.聲光報（bào）警（jǐng）程序設計
當檢測到金屬物質時，主程序對當（dāng）前頻率進行判斷，控製聲光報警係統工作。聲光報警係統包括（kuò）蜂鳴器和LED 燈。
3.按鍵檢測程序設計
程序每執行一次都要執行一次按（àn）鍵（jiàn）檢測操作以判（pàn）斷是否有按鍵（jiàn）按下，每200 ms 檢測一（yī）次是否（fǒu）有按鍵操作，然後改變設置的頻率值，並在LCD1602 液晶顯示器上顯示（shì）。
4.顯示程序設計
顯示是為了優化人（rén）機交互性能和體驗感，能讓人對當前（qián）設備狀態有清（qīng）晰的認識。本設（shè）計采用LCD1602 液晶顯示器顯示當前頻率和設置的頻率，並且能（néng）對當前頻率進行實時顯示。
四、結（jié）束語
綜上所述，此金屬（shǔ）探（tàn）測（cè）器是使用STC89C52RC 單片機作（zuò）為控製核心，通過三點式振蕩電路產生振蕩源，利用線圈電感變（biàn）化影響振蕩頻率，通過中（zhōng）斷檢測頻率變化，按鍵設置檢測靈敏（mǐn）度，使用LCD1602液晶顯示器（qì）顯示當前頻率值。但本次設計的金屬檢測器也還存在一些不完善的地方，如探測距離不夠遠，以及定位不夠精確，後續工（gōng）作可以提高線圈功率，使用多組線圈，以提高檢測精度以及擴大檢測範圍。
