1. 研究目的与意义
如今已成为电气时代，随着科技的进步、电子技术与生产的高速发展，金属探测装置的应用已有了非常广阔的舞台，这也为金属探测的研究注入了无穷的动力。以计算机技术为代表的数字技术如今已运用于所有的领域。它在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。该技术为金属探测打开了新的大门，要求金属探测系统能够顺应时代的要求，拥有高灵敏度、高智能化、高稳定性等特点。这已然成为金属探测领域的重要课题，未来智能型金属检测装置的研究一定会成为主流。如今金属探测仪已经广泛运用于我们的生活中，例如汽车站和火车站的安检门等。在1931年，美国的费舍尔博士发明了世界上第一台金属探测器。工业时代期间，金属探测器主要应用于工矿业,她的主要作用是检查矿产的纯度，这可以大大提高效益。随着社会的发展，犯罪案件的上升。1960年，金属门就出现了，但是在1970年金属门被引入一个新的领域，那就是金属探测门。其作用是安全检查，这也是现代化的今天，使用的金属探测门的雏形。它的出现表示人类对安全问题已经格外重视。目前，DSP技术已经被运用在金属探测仪系统中，在单片机中的金属探测也采用了数字模拟混合集成电路技术。但由于数字化程度不高，检测手段相对而言较为单一，在线检测的产品当今并不常见，实时运行的很多参数并不能在操作中直接显示，功能相对而言比较少，并不能满足现代化流水生产线的要求。智能化的在线金属探测仪有很高的市场需求，这意味着在线金属探测仪有很高的应用价值。所以现在的金属探测仪已逐渐向数字化、智能化多方面发展。最近这几年来，在国内有关于数字智能型金属探测仪的研究日益广泛，智能金属探测仪的检测精度得到较大的提高，检测手段也在不断地进步与发展，但是可以在线进行金属检测的产品目前而言并不算多。虽然数字技术已经开始在进行广泛的研究，但数字及智能化程度不够高,并不能将数字化与金属探测功能实现进行很好的结合，无法满足当代工厂的需求。金属探测仪按功能来区分可以分为三种类型：全金属探测仪、铁金属探测仪和铝箔金属探测仪。其中可以检测到所有金属的探测仪是全金属探测仪，它具有检测精度及灵敏度相对而言都比较高的特点，具有较好的稳定性。只能检测到铁质金属的探测仪为铁金属探测仪，又被称为检针机，它的检测精度和灵敏度相对而言都比较低，很容易受到外界干扰。铝箔金属探测仪也只能检测到铁质金属，但是与铁金属探测仪不同的是，它检测带铝箔包装的产品时，其具有检测精度和灵敏度相对而言比较高的特点。在各个类型的金属探测仪中，地下金属探测仪的运用范围较为广泛，其应用的技术相对而言也比较成熟。它具有探测范围相对广、定位相对而言比较准确、分辨力强、操作方法比较简单等特点。地下探测器主要是用探测和识别隐埋地下的金属物。它不仅仅在军事上有着广泛应用，其还广泛用于安全检查、考古、探矿等方面。地下金属探测器采用声音报警及仪表显示，探测的深度与被探金属的物理性质有着很大的关系，一般来说，被探金属的面积越大，基数越多，探测深度也会随之变大；反之，面积越小，数量越少，相应的深度就也就越小。部分类型的金属探测产品如图1所示。
（a）增强型地下金属探测仪（b）地下金属探测仪
（c）微电脑全自动金属探测仪（d） 掌型手持式金属探测仪
图1 各种类型的金属探测产品
金属探测仪在如今广泛应用中自身也存在着一些缺点，如：在检测物品输送方式不同就要选择不同的金属探测仪。金属探测的工作原理如图2所示。金属探测仪先进行原始数据的收集，接着提取其相关特征进行分类推理。
图2 金属探测仪工作原理
本课题要利用iPad作为金属探测装置的核心控制及处理部件，有效提高金属探测仪的操控性，易于对系统进行功能的扩展。系统利用数据采集卡输出正弦波信号，即金属探测仪发射信号，这样我们就可以方便的通过iPad控制正弦波的频率，幅值等参数，从而方便的调整金属探测仪，使其达到最佳工作状态。同理，获取金属探测仪的接收信号，我们也可以利用iPad强大的计算能力方便的进行信号处理及后续工作，从而提高金属探测仪的灵敏度等工作性能。
2. 研究内容与预期目标
（1）主要研究内容
此课题涉及整个探测系统以 8 位单片机 AT89S52 作为控制核心，其硬件电路分为两个部分，一部分为线圈振荡电路，另一部分为控制电路。
3. 研究方法与步骤
研究方法：
本设计中为了验证理论算法正确，于是在先利用techbasic语言设计了一套模拟算法。一旦算法能通过iPad设备检测到金属设备，则证明算法有效，将该算法植入基于单片机中，完成软件设计部分。
通过对检测精度、传输带速度、剔除延时精度这些系统指标的分析，完成了对系统设计参数的推导和标定。通过对金属检测尺寸及传输带速率的分析，确定了目标物体尺寸的识别精度，由此确定了天线工作频率、系统采样信号频率、帧数据长度等系统设计参数。系统主要包括控制处理部件金属探头(由两个发射线圈和一个接收线圈组成)、模拟信号处理电路(包括功率放大，低通滤波等)、控制系统及剔除设备。总体方案设计框图如下图4所示：
4. 参考文献
[1] 郑君里，应启珩，杨为理．信号与系统[M]．北京：高等教育出版社，2005：171～172.
[2]常谦，李宝贵．金属探测器的现状与发展前景．中国安防产品信碑急，2002，(4)：45.
[3]高平，成立，施卫东．一种新型自动金属探测系统的实现[J]．农机化研究，2003，(4)：218--,220.
5. 工作计划
（1）2017-2-18～2022-3-1查阅相关技术资料，撰写开题报告和外文翻译。
（2）2017-3-2～2017-3-20整理收集金属探测的相关资料，开始初步设计金属探测的硬件电路，利用techbasic软件在ipad上进行金属探测仪的算法开发。
（3）2017-3-21～2022-4-10 编写硬件电路的软件程序部分，利用仿真软件对程序进行调试修改，完善各个功能直到达到预期目标。
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