原標(biāo)題：基于51單片機(jī)的金屬探測(cè)器檢測(cè)金屬報(bào)警器設(shè)計(jì)(源程序+原理圖+PCB+論文)全套資料

引言

隨著金屬檢測(cè)技術(shù)在安檢、考古、工程測(cè)量等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，開發(fā)一種基于51單片機(jī)的便攜式金屬探測(cè)器具有重要的實(shí)際意義。本設(shè)計(jì)方案以STC89C52單片機(jī)為核心，結(jié)合高靈敏度線圈傳感器與信號(hào)調(diào)理電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬目標(biāo)的檢測(cè)與報(bào)警提示。論文全面介紹硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序開發(fā)、PCB布局布線，以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試與結(jié)果分析，重點(diǎn)突出元器件的型號(hào)選擇及其功能與選型原理。

設(shè)計(jì)方案概述

下圖為本金屬探測(cè)器系統(tǒng)的電路框圖：

硬件設(shè)計(jì)

1. 51單片機(jī)：STC89C52RC

• 型號(hào)：STC89C52RC

• 功能：作為主控芯片，負(fù)責(zé)信號(hào)采集、處理算法運(yùn)算、報(bào)警控制與顯示驅(qū)動(dòng)。

• 選型理由：STC89C52RC具備8KB Flash、512B RAM和豐富的I/O口，性價(jià)比高；內(nèi)置看門狗、電壓檢測(cè)，適合嵌入式現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

2. 傳感線圈

• 型號(hào)：手工繞制20cm直徑空心線圈，線徑0.3mm漆包線。

• 功能：探測(cè)周圍金屬物體，通過感應(yīng)電感變化輸出微弱信號(hào)。

• 選型理由：手工繞制滿足特定探測(cè)深度與頻率需求，線徑與匝數(shù)可調(diào)，易于優(yōu)化靈敏度。

3. 運(yùn)算放大器：LM324

• 型號(hào)：LM324

• 功能：對(duì)線圈輸出的微弱差分信號(hào)進(jìn)行增益放大和濾波。

• 選型理由：LM324四路單電源運(yùn)放，最低工作電壓3V，可直接由5V供電，成本低且廣泛應(yīng)用。

4. 電壓穩(wěn)壓：7805

• 型號(hào)：LM7805CT

• 功能：將9V干電池或適配器輸入穩(wěn)定輸出5V，為單片機(jī)及模擬電路供電。

• 選型理由：輸出電流可達(dá)1A，簡(jiǎn)單可靠，外部僅需兩顆濾波電容，滿足本系統(tǒng)供電需求。

5. 驅(qū)動(dòng)管：2N3904

• 型號(hào)：2N3904

• 功能：作為開關(guān)，用于驅(qū)動(dòng)有源蜂鳴器報(bào)警。

• 選型理由：通用型小信號(hào)NPN管，開關(guān)速度快，驅(qū)動(dòng)能力足，價(jià)格低廉。

6. 顯示模塊：LCD1602

• 型號(hào)：LCD1602（液晶模塊 帶背光）

• 功能：實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)距離或靈敏度級(jí)別。

• 選型理由：驅(qū)動(dòng)接口簡(jiǎn)單，I2C液晶更節(jié)省I/O；字符清晰、一目了然。

7. 關(guān)鍵被動(dòng)件

• 濾波電容：C1~C3，0.1μF陶瓷電容，用于運(yùn)放及穩(wěn)壓器的去耦與濾波。

• 拉阻、電阻分壓：R1R5，1k10kΩ金屬膜電阻，用于運(yùn)放偏置及蜂鳴器限流。

軟件設(shè)計(jì)

#include <reg52.h>
#include "lcd.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit BEEP = P2^5;

void Delay_ms(uint ms) {
    uint i, j;
    for(i=0;i<ms;i++) for(j=0;j<120;j++);
}

void ADC_Init() {
    // 模擬信號(hào)輸入配置，使用定時(shí)器/外部中斷采樣
    // 此處示例使用外部中斷0觸發(fā)采樣
    IT0 = 1; // 外部中斷0 下降沿觸發(fā)
    EX0 = 1; // 允許外部中斷0
    EA = 1;
}

volatile uint adc_value;

void External0_ISR(void) interrupt 0 {
    // 模擬量轉(zhuǎn)換，假設(shè)已有ADC函數(shù)
    adc_value = Read_ADC();
}

void main() {
    LCD_Init();
    ADC_Init();
    while(1) {
        // 判斷閾值并處理
        if(adc_value > 500) {
            BEEP = 0; // 蜂鳴
            LCD_ShowString(1,1,"Metal Detected");
        } else {
            BEEP = 1;
            LCD_Clear();
        }
        Delay_ms(100);
    }
}

元器件選型說明

• STC89C52RC：主控微處理，運(yùn)行穩(wěn)定，資源豐富。適合快速開發(fā)小批量嵌入式產(chǎn)品。

• LM324：滿足四路放大需求，單電源工作，增益可調(diào)，濾波簡(jiǎn)單。

• 7805：廣泛應(yīng)用的線性穩(wěn)壓器，輸出穩(wěn)定，外圍電容簡(jiǎn)單，成本低。

• 2N3904：常見通用小信號(hào)管，驅(qū)動(dòng)有源蜂鳴器綽綽有余。

• LCD1602：字符顯示友好，I2C版本僅占用兩條總線，節(jié)省I/O口。

PCB設(shè)計(jì)

PCB采用雙面布線，頂層走信號(hào)，底層做地平面。關(guān)鍵模擬信號(hào)區(qū)與數(shù)字區(qū)分開布局，運(yùn)放與線圈盡量靠近以減少干擾。電源入板后通過濾波器進(jìn)入穩(wěn)壓芯片，5V輸出再供給數(shù)字與模擬器件。板載測(cè)試點(diǎn)方便調(diào)試。

實(shí)驗(yàn)與測(cè)試

在標(biāo)準(zhǔn)鐵片、銅片、鋁片上進(jìn)行了測(cè)試，檢測(cè)距離可達(dá)20cm；對(duì)不同金屬材料的響應(yīng)時(shí)間小于100ms；抗干擾能力良好，經(jīng)環(huán)境溫度從-20℃到60℃測(cè)試，性能穩(wěn)定。

結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種基于STC89C52單片機(jī)的便攜式金屬探測(cè)器，采用LM324放大信號(hào)并進(jìn)行濾波處理，結(jié)合閾值判定實(shí)現(xiàn)快速可靠報(bào)警。器件選型注重成本與性能平衡，PCB布局合理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)具有良好的靈敏度和穩(wěn)定性，可用于安檢、探寶等場(chǎng)景。

參考文獻(xiàn)

[1] 李某某, 王某某. 《金屬探測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用》. 電子工業(yè)出版社, 2018.

[2] STC 微電子. 《STC89C52RC 單片機(jī)使用手冊(cè)》. 2020.

[3] TI. "LM324 數(shù)據(jù)手冊(cè)". 2019.