金属内部产生的涡流就越大，同是涡流产生磁场对原磁场的影响也就越大。

放大电路和脉冲变换电路放大电路和脉冲产生电路合起来产生定频率的脉冲供单片机进行处理。

电路原理图如图所示。

从振荡回路传过来的正弦波信号经过电压跟随器传送到差分放大电路针对其交流信号进行放大，放大后产生的电压信号送给门电路对其进行整形以产生规则的脉冲波送入单片机。

电压跟随器和差分运放均选用。

将集成运放的输出端和它的反向输入端相连就构成了电压跟随器，由于它的电压增益为所以叫电压跟随器，它的特点是输入阻抗高输出阻抗低，因此起到隔离的作用，对其后的工作电路如同个恒压源，又由于它的输入阻抗高就相当与对前级电路开路，这里引入电压跟随器的目的也是为了使振荡信号的产生和处理分开，使其互不影响。

放大部分的作用是对正玄交流信号进行无穷放大，的反向端接受电压跟随器穿过来的电压信号，同向端和反向端接的分压电阻，给与同向端并联的电阻并联个的电解电容的目的是为了使同向端保持个稳定的直流分压，这样送往集成运放的差分电压信号就只是交流信号，在交流信号进行无穷次的放大，最终产生的是频率与正弦波频率相同的梯形波。

门电路选用的是与门，用史密特触发器替换也可以，它对输入的梯形波进行逻辑运算在以电平出运算结果，因此可以将梯形波转换成适合于单片机进行处理的脉冲波。

图放大与脉冲转换电路使用进行波形变换的原理图如图所示，正弦波经过上图的放大模块后变为梯形波，梯形波经过最后变换为标准的方波。

梯形波脉冲波图波形转换单片机系统图就是单片机处理系统，将频率探测报警和通讯几个模块程序组合起来烧写进去，它就会按你事先编写好的步骤进行工作。

复位电路引脚但变成两个周期以上高电平所有的口都将复位到状态，编程地址计数器复位到，针对这特点在按钮两端并联的电解电容，正极接电源，这样在按钮按下又释放后由于电容的充电可以在电阻两端维持至少两个时钟周期以上的高电平。

蜂鸣器在给蜂鸣器的正极和负极分别通上高电平和低电平时蜂鸣器就会发声，因此你可以通过给蜂鸣器不同频率的电平来使它发出不同的声音。

单片机单片机选用的是高性能位单片机，内含的可反复檫写的只读存储器和的随机存储器。

由于本次金属探测器的设计，包括前端金属探测部分和后台数据处理和显示两个部分，因此在前断只需要个容量不大的单片机进行振荡频率的测量报警和通信，的足以满足需求。

的号记数器记录由发送过来的脉冲信号，联合号计数器来检测振荡电路的频率。

再根据频率的变化激活相应的发光二极管和峰鸣器进行报警。

图前端金属探测部分单片机系统外围设置与显示系统图就是外围设置与显示系统，它有三部分构成键盘输入液晶显示和单片机系统。

键盘输入键盘采用的是的按键阵列，如图所示，该阵列键盘的工作原理是，将两条行线和条列线接入的组双向接口比如的低为，在程序中通过给行线和列线先后输入，高电平低电平低电平和高电平来判断是哪个按钮按下。

例如给的低位的电平信号为，假如现在第个按钮按下则此时的管脚电平信号为，所以判断为第行。

再将的低位置为，由于第个按钮被按下，则此时的管脚电压为，所以可以判断是第列，到此就可以判断是第行第列的按钮被按下了。

液晶显示引入液晶显示的目的主要是为了显示频率值金属类型精度设置时的些提示语，其次，有了显示器对键盘的调试将更加方便。

液晶显示的要求比较低，内置有基本字符的显示编码，使用起来比较方便。

且价格低廉可以满足需求。

单片机系统单片机使用的是有容量的，由于在这个模块要引进算法对数据进行再处理，在加上液晶和键盘的驱动程序，所以需要比较大的程序空间。

图阵列键盘原理图图液晶显示器接线图软件模块设计硬件电路要完成的任务是，产生振荡，并将波形变换为能够被单片机处理的方波，接下来进行频率测定报警通讯等都要用程序实现最后烧入单片机。

以下是各功能模块的软件设计。

软件模块是整个系统的灵魂，软件部分设计的好坏直接影响到系统的精度可用性方便性和智能性。

好的软件上在实现系统功能的前提下尽可能的友好，方便用户的使用。

金属探测器中的程序分为两个部分，前端软件模块和外围数据处理与显示模块，前端软件完成的是些比较基础的工作，如振荡频率的检测，比较，报警等，它与底层的硬件关系比较密切所以采用汇编语言进行编写，而外围数据处理与显示模块是进行数据的再处理的，是更高层的分析与判断，它直接处理由前端模块传过来的数据，对其进行处理显示。

它的程序量比较大，包括键盘的驱动和液晶的驱动，所以选择模块性比较强的语言进行编写，两个模块结合起来实现了个更加方便智能的数字金属探测器。

前端软件设计前端软件负责频率的测定频率的比较报警以及与外围模块的通信，程序流程图如图所示。

频率获得获得频率是通过定时器和计数器两个协同工作而完成的。

程序中所使用的频率不论是基准频率还是新探测的频率，都是内所获得的脉冲数。

这对此次设计的手持式金属探测器已经足够了，要想提高精度，是延长获得脉冲的时间，二是减小它是频率波动的范围，如果超出此范围则报警。

获取基准频率基准频率的获得至关重要，因为它经获得将作为判断有无金属的基准。

其值的可靠性将影响整个程序的健壮性。

基准频率的获得是按照如下方法获得的，如图所示。

初始化基准频率测定探测当前频率调用精度设置频率比较发送频率报警是否是否是否是否图前端金属探测主程序流程图标志是否进行通讯标志比较的结果标志基准频率是否成功获得标志是否已经顺利获得基准频率。

后台是否发送通信请求。

标志通讯已建立。

新获取的频率。

基准频率。

延时当前频率获得当前频率返回是否是否图基准频率测定程序流程图比较模块比较模块的程序流程图如图所示，比较模块比较重要，程序通过它它来判断是否要发出警报和发出什么样的警报，可以修改传入给它的参数来改变金属探测的精度。

精度设置模块精度设置模块的程序流程图如图所示，精度设置是通过改变传入给比较模块的，的值来改变精度的，如果，的值设置的都比较大则对微小的频率变化系统不会发出警报。

，返回否是否是图频率比较程序流程图返回否否否否是是是是是图精度设置程序流程图外围数据处理与显示模块设计液晶显示液晶显示模块是严格按照产品操作的时序图编写的驱动函数，共分为两大类函数，指令的读写和数据的读写，只要将操作位和数据位按照时序严格的结合在起就可以完成数据的显示。

用户只需要调用封装好的显示函数显示单个字符显示个字符串显示字符数组。

键盘接受键盘是输入设备，用它来实现人机交互，让机器更好的按人的要求去工作。

这里引入键盘的目的是，进行金属探测精度的设置在进行数据通讯时进行控制。

由于键盘普遍存在抖动现象，如果抖动现象处理不好，会发生意想不到的结果。

为了防止抖动，在程序设计中采用了，次键位判断，两次键位检测的方法，每步骤间隔，每次键位确定需要，在检测与接受过程中每步骤出现都将从新开始验证，因此保证了对用户输入的无误接受。

键盘接受模块的程序流程图如图所示。

键盘处理模块键盘处理模块在判断是哪个键按下后，就立即引发相关的操作来满足用户的需求。

同时键盘处理模块也展现出了系统提供给用户的所有功能。

精度设置部分程序流程图如图所示。

按下按下按下按下按下按下的频率标志警报的类型逆磁性还是顺磁性标志探测的频率是否在正常的频率范围用来装延时的时间的整数倍，如果通讯标志为则发送接通信号，用来向比较函数传递参数如果比基准频率大则清零，，，确定基准频率，比较模块判断测得的频率值是否在给定的范围内，如果在则返回，不在则返回接受后台的精度设置结果，来改变前端的探测精度，，，附录四外围金属探测精度设置源程序使设置有效开始设置发送减少精度的结果发送增加精度的结果等待前端设置等于表示设置成功送设置结果返回建立连接否否否否否否否否否否否是是是是是是是是是是是图键盘接受处理程序流程图延时延时设置成功返回设置失败在口发送个脉冲在口发送个脉冲否是否否否是是是图设置数据与前端单片机的通讯图总结本次所做的题目为手持数字金属探测器，经历了金属探测器原理分析总体设计实现调试和最后的项目改进个步骤，充分体会到了进行电子产品开发的辛劳，也从中体悟到了如何从事工程项目的开发以及应该具备的品质。

做完这次毕业设计后我身有体会，我觉得作为个自然科学研究与学习的人员，首要具备的品质是冷静，要冷静的寻找问题的根源，冷静的面对任何突发的情况，只有这样你才能寻找更好的方法摆脱目前的困境，解决现存的问题。

其次，要有足够的耐心，在进行工程的开发，尤其是电子产品的开发时，其过程中会暴露出许许多多的问题，你必须耐心对待这些问题，找出原因最后满足项目的要求。

如过没有足够的耐心和勇气遇见挫折就开始心浮气躁，不知所措。

那么要想顺利完成件工程真是难上加难。

这里所使用的设计方案其实有很大的扩展空间，既然金属探测模块对外提供了个数据接口，我们可以在这个接口之上添加个无线的收发模块，单片机传过来的数据通过无线发送模块发送出去，接收模块通过个串口连接到机，在机中用软件编写个接收器，对接收过来的数据进行再处理。

机具有强大的存储空间，这样可以引入更加复杂的算法来对数据进行处理，进步准确的判断金属的类型，况且通过机还可以获得更加庞大的网络资源，可以借此对金属探测器的功能进行在扩大。

还可以将前端金属探测模块做成个探雷小车，小车在前方进行探测，而操作人员只需在很远处借助于台机就会对前端的情形了如指掌。

其实还可以与更多的数字功能模块相连实现更加强大的功能，这就是数字探测器的魅力所在。

致谢毕业设计是个重要的教学环节，也是对学生综合素质的次考核，所要完成的任务对每个同学来说都是次挑战。

这次能够顺利地完成手持数字金属探测器的设计与实现，离不开老师同学和家长的支持，感谢我的指导老师谢佳君老师，还有与我起进行电子制作的伙伴们，没有我们彼此并肩作战，相互支持的氛围，同样不会有现在的成果。

由于本人时间比较仓促，本次毕业设计金属探测器，还有很大的扩展空间，若有不足之处还望指正。

参考文献范丽珍，李树华基于单片机的智能型金属探测器设计内蒙古大学学报自然科学版，刘慧娟，张奕黄种数字金属探测器的设计北京交通大学仪器仪表学报，张学勇，赵群，李义宝，唐震种金属探测器的设计安徽建筑工业学院学报，司德平漫谈金属探测器物理通报，李金平，沈明山，姜余祥电子系统设计北京电子工业出版社，张庆双电子元器件的选用与检测机械工业出版社，张振荣，晋明武，王毅平单片机原理及实用技术人民邮电出版社，胡辉单片机原理及应用设计中国水利水电出版社，秦实宏，周龙，肖忠单片机原理与应用技术中国水利水电出版社，胡学海单片机原理及应用系统设计电子工业出版社，张洪润，张亚凡单片机原理及应用清华大学出版社，李琼瑞国外最新应用电路设计精选电子工业出版社，黄智伟全国大学生电子设计竞赛技能训练北京航空航天大学出，李瀚荪电路分析基础高等教育出版社，康华光电子技术基础高等教育出版社，，涂有瑞霍尔传感元器件及其应用电子元器件应用周省三电磁场基本教程北京高等教育出版社，程守洙，江之水普通物理学北京高等教育出版社，，杨振江，杜铁军，李群流行单片机实用子程序及应用实例西安西安电子科技大学出版社，张毅刚，彭喜元，姜守达，等新编单片机应用设计哈尔滨哈尔滨工业大学出版社，，沙占友，王彦朋，孟志永等单片机外围电路设计电子工业出版社，李全利，迟荣强，单片机原理及接口技术，高等教育出版社，房小翠，王金凤，单片机实用系统设计技术，国防工业出版社，孙涵芳，徐爱卿，系列单片机原理及应用北京航天航空大学出版社附录附录系统实物图附录二防抖动键盘处理源程序键盘初始化，开始执行就可以进入键盘检测程序段键盘监测，如果有按键按下，则判断是哪个被按下去了主要是通过判断行与列而得到若有键按下先判断是那行记录是那行寄存器的高四位变低四位变为，用于检测是哪列下个时间段为确认时间段记录列号如果无按键被按下则返回初始化状态如果无按键被按下则返回初始化状态还原到初始的检测状态，若键盘未释放，则继续保持在键盘释放状态