1、l泰 山 学 院本 科 毕 业 论 文物质磁性及其应用徐 瑜2008080213专 业 名 称 物 理 学 申请学士学位所属学科 工 科 指 导 教 师 姓 名 、 职 称 吴 晓 梅 讲 师 2012 年 05 月 30 日摘要I摘 要对近几年磁技术在水处理中的研究工作进展进行了综述。内容包括利用磁的力学效应,电化学效应,核磁效应和生物效应处理污废水中污染物。由于该技术的独特性质和广泛的应用前景。加强磁场与其他多能场的综合利用,对保护环境和节约能源无疑具有重大意义。8051 单片机的交通灯控制系统由 8051 单片机、交通灯显示、LED 倒计时、车流量检测及调整、违规检测、紧急处理、时间模式
2、手动设置等模块组成。系统除基本交通灯功能外，还具有通行时间手动设置、可倒计时显示、急车强行通过、车流量检测及调整、交通异常状况判别及处理等相关功能。理论证明该系统能够简单、经济、有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。本设计主要做了如下几方面的工作：一是物质磁性的概括，包括，物质磁性的起源、分类，二是物质磁性的应用及应用举例。关键词：物质磁性；磁性分类；应用；应用举例AbstractIIAbstractThe application and recent advances of magnetism in water treatment were summarized in this paper
3、, covering the use of mechanics effect, electrochemistry, biological and nuclear magnetic resonance in water treatment. Due to unique properties and wide application, the magnetic field and other multi-functional fields were thought to be widely applied inenvironment protection and energy saving.The
4、 8051 microcontroller control system consists of the traffic lights display, 8051 monolithic integrated circuits, and LED the countdown, traffic violation detection, emergency adjustment, manual mode, time as modules. In addition to the basic traffic function outside, still have time to manually set
5、, can pass the countdown, car that forced through traffic, inspection and adjustment, transportation and processing abnormal discriminant functions. Theory shows that the system can simple, economic and effective relieves traffic, improve the crossroads capacity.This design mainly do the following a
6、spects: one is the work of the traffic control system design, including the crossroads, specific design and system should be restricted with each function, two is that the sensor, the hardware circuit design of the circuit and the basic function and requirement. Key Words: traffic control; sensing d
7、etection; display and countdown; AT89S51目录III目录1 引言 .11.1 物质磁性及其应用的选题背景 .11.2 物质磁性及其应用选题的现实意义 .11.3 物质磁性及其应用主要研究的内容 .22 物质磁性简介 32.1 磁的产生 .32.2 磁性的分类 .42.3 磁性材料及其应用 .63 磁性材料及其应用 83.1 传统工业中的应用 .83.1.1 磁性制剂 .83.1.2 回旋加速器 .93.2 生物界和医学界的磁现象 .93.2.1 生物界的磁现象 .93.2.2 医学界的磁现象 .123.3 天文、地质、采矿、考古等领域的应用 .133.3.
8、1 天文领域的应用 .134 物质磁性在水处理中的应用 174.1 程序主体设计流程 .174.2 理论基础知识 .184.2.1 定时器原理 .184.2.2 软件延时原理 .194.2.3 中断原理 .194.2.4 消抖动程序 .20附录 总电路图 21参考文献 22泰山学院本科毕业论文 21 引言1.1 物质磁性及其应用的选题背景随着现代化进程的加快以及物质资源的有限性，物质磁性及其应用就应运而生，在人类的生活、工作环境中，磁性扮演着极其重要的角色，人们的出行都无时不刻与磁打着交道。物质磁性的研究和应用已经在人类社会生活的各个方面都得到深入而广泛的发展。磁现象的研究和应用依然是 21
9、世纪科学技术研究的重要领域。1.2 物质磁性及其应用选题的现实意义物质磁性及其应用的发展是以城市现代化高科技的发展为前导，与通信工业并行发展的。在其各个发展阶段，由于通信的各种矛盾不断出现，人们总是尽可能地把各个历史阶段当时的最新科技成果应用到生活中来，从而促进了物质磁性的不断发展。物质磁性的发展，旨在解决人类通信因需求的增多而日益繁重带来的问题，局限于现有技术的不足和需求的快速增长，就要使更多的物质高效的利用有限的磁性，避免因资源和利用不当造成的不必要的麻烦。物质磁性的应用遍及人们生活的各个方面，小到我们日常生活中用的校园一卡通，手机卡，磁带。达到随着科学的发展，物质的磁性在军事方面，医学方
10、面都得到了应运。1.3 物质磁性及其应用主要研究的内容基于物质磁性及其应用的发展情况，本设计主要进行如下方面的研究：从物质的磁性入手，来进一步研究其应用本设计主要做了如下几方面的工作：泰山学院本科毕业论文1一是对物质磁性进行概括，包括，物质磁性的起源，物质磁性的分类以及物质磁性的应用。二是应用的分类，主要从磁性制剂，回旋加速器，生物磁现象，F117隐形战斗机几个反面来展开。三是进行软件系统的设计，对于本系统，本人采用单片机汇编语言编写，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，中断以及延时原理，总体上完成了软件的编写。泰山学院本科毕业论文12 物质磁性2.1 磁的产生铁 中 有 许
11、 多 具 有 两 个 异 性 磁 极 的 原 磁 体 ， 在 无 外 磁 场 作 用 时 ， 这 些原 磁 体 排 列 紊 乱 ， 它 们 的 磁 性 相 互 抵 消 ， 对 外 不 显 示 磁 性 。 当 把 铁 靠 近磁 铁 时 ， 这 些 原 磁 体 在 磁 铁 的 作 用 下 ， 整 齐 地 排 列 起 来 ， 使 靠 近 磁 铁 的一 端 具 有 与 磁 铁 极 性 相 反 的 极 性 而 相 互 吸 引 。 这 说 明 铁 中 由 于 原 磁 体 的 存在 能 够 被 磁 铁 所 磁 化 。 而 铜 、 铝 等 金 属 是 没 有 原 磁 体 结 构 的 ， 所 以 不 能 被磁
12、铁 所 吸 引 。 什 么 是 磁 性 ？ 简 单 说 来 ， 磁 性 是 物 质 放 在 不 均 匀 的 磁 场 中 会 受 到 磁力 的 作 用 。 在 相 同 的 不 均 匀 磁 场 中 ， 由 单 位 质 量 的 物 质 所 受 到 的 磁 力 方向 和 强 度 ， 来 确 定 物 质 磁 性 的 强 弱 。 因 为 任 何 物 质 都 具 有 磁 性 ， 所 以 任 何物 质 在 不 均 匀 磁 场 中 都 会 受 到 磁 力 的 作 用 。物 质 的 磁 性 不 但 是 普 遍 存 在 的 ， 而 且 是 多 种 多 样 的 ， 并 因 此 得 到 广泛 的 研 究 和 应 用 。
13、 近 自 我 们 的 身 体 和 周 边 的 物 质 ， 远 至 各 种 星 体 和 星 际中 的 物 质 ， 微 观 世 界 的 原 子 、 原 子 核 和 基 本 粒 子 ， 宏 观 世 界 的 各 种 材 料 ，都 具 有 这 样 或 那 样 的 磁 性 。 2.2 磁的分类世 界 上 的 物 质 究 竟 有 多 少 种 磁 性 呢 ？ 一 般 说 来 ， 物 质 的 磁 性 可 以 分为 抗 磁 性 、 顺 磁 性 、 铁 磁 性 、 反 铁 磁 性 和 亚 铁 磁 性 。1 抗 磁 性 当 磁 化 强 度 为 负 时 ， 固 体 表 现 为 抗 磁 性 。 Bi、 Cu、 Ag、 A
14、u 等 金 属具 有 这 种 性 质 。 在 外 磁 场 中 ， 这 类 磁 化 了 的 介 质 内 部 的 磁 感 应 强 度 小 于泰山学院本科毕业论文1真 空 中 的 磁 感 应 强 度 。 抗 磁 性 物 质 的 原 子 的 磁 矩 应 为 零 ， 即 不 存 在 永 久磁 矩 。 当 抗 磁 性 物 质 放 入 外 磁 场 中 ， 外 磁 场 使 电 子 轨 道 改 变 ， 感 生 一 个 与外 磁 场 方 向 相 反 的 磁 矩 ， 表 现 为 抗 磁 性 。 所 以 抗 磁 性 来 源 于 原 子 中 电 子 轨道 状 态 的 变 化 。 抗 磁 性 物 质 的 抗 磁 性 一
15、般 很 微 弱 ， 为 负 值 。 2 顺 磁 性 顺 磁 性 物 质 的 主 要 特 征 是 ， 不 论 外 加 磁 场 是 否 存 在 ， 原 子 内 部 存 在永 久 磁 矩 。 但 在 无 外 加 磁 场 时 ， 由 于 顺 磁 物 质 的 原 子 做 无 规 则 的 热 振 动 ，宏 观 看 来 ， 没 有 磁 性 ； 在 外 加 磁 场 作 用 下 ， 每 个 原 子 磁 矩 比 较 规 则 地 取 向 ，物 质 显 示 极 弱 的 磁 性 。 磁 化 强 度 与 外 磁 场 方 向 一 致 ， 为 正 值 ， 而 且 严 格地 与 外 磁 场 成 正 比 。 顺 磁 性 物 质
16、的 磁 性 除 了 与 外 磁 场 有 关 外 ， 还 依 赖 于 温 度 。 其 磁 化 率与 绝 对 温 度 成 反 比 。 顺 磁 性 物 质 的 磁 化 率 一 般 也 很 小 ， 一 般 含 有 奇 数 个 电 子 的 原 子 或 分子 ， 电 子 未 填 满 壳 层 的 原 子 或 离 子 ， 如 过 渡 元 素 、 稀 土 元 素 、 钢 系 元 素 ，还 有 铝 铂 等 金 属 ， 都 属 于 顺 磁 物 质 。 3 铁 磁 性 对 诸 如 Fe、 Co、 Ni 等 物 质 ， 在 室 温 下 磁 化 率 可 达 10-3 数 量 级 ， 称这 类 物 质 的 磁 性 为 铁
17、磁 性 。 铁 磁 性 物 质 即 使 在 较 弱 的 磁 场 内 ， 也 可 得 到 极 高 的 磁 化 强 度 ， 而 且当 外 磁 场 移 去 后 ， 仍 可 保 留 极 强 的 磁 性 。 其 磁 化 率 为 正 值 ， 但 当 外 场 增 大时 ， 由 于 磁 化 强 度 迅 速 达 到 饱 和 ， 其 H 变 小 。 铁 磁 性 物 质 具 有 很 强 的 磁 性 ， 主 要 起 因 于 它 们 具 有 很 强 的 内 部 交 换场 。 铁 磁 物 质 的 交 换 能 为 正 值 ， 而 且 较 大 ， 使 得 相 邻 原 子 的 磁 矩 平 行 取 向 ，在 物 质 内 部 形
18、成 许 多 小 区 域 磁 畴 。 每 个 磁 畴 大 约 有 1015 个 原 子 。这 些 原 子 的 磁 矩 沿 同 一 方 向 排 列 ， 假 设 晶 体 内 部 存 在 很 强 的 称 为 “分 子场 ”的 内 场 ， “分 子 场 ”足 以 使 每 个 磁 畴 自 动 磁 化 达 饱 和 状 态 。 这 种 自生 的 磁 化 强 度 叫 自 发 磁 化 强 度 。 由 于 它 的 存 在 ， 铁 磁 物 质 能 在 弱 磁 场 下 强列 地 磁 化 。 因 此 自 发 磁 化 是 铁 磁 物 质 的 基 本 特 征 ， 也 是 铁 磁 物 质 和 顺 磁物 质 的 区 别 所 在
19、。 4 反 铁 磁 性 反 铁 磁 性 是 指 由 于 电 子 自 旋 反 向 平 行 排 列 。 在 同 一 子 晶 格 中 有 自 发磁 化 强 度 ， 电 子 磁 矩 是 同 向 排 列 的 ； 在 不 同 子 晶 格 中 ， 电 子 磁 矩 反 向 排 列 。两 个 子 晶 格 中 自 发 磁 化 强 度 大 小 相 同 ， 方 向 相 反 ， 整 个 晶 体 。 反 铁 磁性 物 质 大 都 是 非 金 属 化 合 物 ， 如 MnO。 不 论 在 什 么 温 度 下 ， 都 不 能 观 察 到 反 铁 磁 性 物 质 的 任 何 自 发 磁 化 现象 ， 因 此 其 宏 观 特 性
20、 是 顺 磁 性 的 ， M 与 H 处 于 同 一 方 向 ， 磁 化 率 为 正泰山学院本科毕业论文1值 。 温 度 很 高 时 ， 磁 化 率 极 小 ； 温 度 降 低 ， 磁 化 率 逐 渐 增 大 。 在 一 定温 度 时 ， 磁 化 率 达 最 大 值 。 该 温 度 称 为 反 铁 磁 性 物 质 的 居 里 点 或 尼尔 点 。 对 尼 尔 点 存 在 的 解 释 是 ： 在 极 低 温 度 下 ， 由 于 相 邻 原 子 的 自 旋 完全 反 向 ， 其 磁 矩 几 乎 完 全 抵 消 ， 故 磁 化 率 几 乎 接 近 于 0。 当 温 度 上 升 时 ，使 自 旋 反
21、向 的 作 用 减 弱 ， 磁 化 率 增 加 。 当 温 度 升 至 尼 尔 点 以 上 时 ， 热 骚动 的 影 响 较 大 ， 此 时 反 铁 磁 体 与 顺 磁 体 有 相 同 的 磁 化 行 为 。2.3 磁性材料分类及应用1.磁 性 材 料 的 分 类磁 性 材 料 具 有 磁 有 序 的 强 磁 性 物 质 ， 广 义 还 包 括 可 应 用 其 磁 性 和 磁效 应 的 弱 磁 性 及 反 铁 磁 性 物 质 。 磁 性 是 物 质 的 一 种 基 本 属 性 。 物 质 按 照 其内 部 结 构 及 其 在 外 磁 场 中 的 性 状 可 分 为 抗 磁 性 、 顺 磁 性
22、、 铁 磁 性 、 反 铁 磁性 和 亚 铁 磁 性 物 质 。 铁 磁 性 和 亚 铁 磁 性 物 质 为 强 磁 性 物 质 ， 抗 磁 性 和 顺 磁性 物 质 为 弱 磁 性 物 质 。 磁 性 材 料 按 性 质 分 为 金 属 和 非 金 属 两 类 ， 前 者 主 要有 电 工 钢 、 镍 基 合 金 和 稀 土 合 金 等 ， 后 者 主 要 是 铁 氧 体 材 料 。 按 使 用 又分 为 软 磁 材 料 、 永 磁 材 料 和 功 能 磁 性 材 料 。功 能 磁 性 材 料 主 要 有 磁 致 伸 缩 材 料 、 磁 记 录 材 料 、 磁 电 阻 材 料 、 磁泡 材
23、料 、 磁 光 材 料 ， 旋 磁 材 料 以 及 磁 性 薄 膜 材 料 等 ， 反 映 磁 性 材 料 基 本磁 性 能 的 有 磁 化 曲 线 、 磁 滞 回 线 和 磁 损 耗 等 。 2.磁 性 材 料 的 应 用磁 性 材 料 是 生 产 、 生 活 、 国 防 科 学 技 术 中 广 泛 使 用 的 材 料 。 如 制 造电 力 技 术 中 的 各 种 电 机 、 变 压 器 ， 电 子 技 术 中 的 各 种 磁 性 元 件 和 微 波 电 子管 ， 通 信 技 术 中 的 滤 波 器 和 增 感 器 ， 国 防 技 术 中 的 磁 性 水 雷 、 电 磁 炮 ，各 种 家 用
24、 电 器 等 。 此 外 ， 磁 性 材 料 在 地 矿 探 测 、 海 洋 探 测 以 及 信 息 、 能 源 、生 物 、 空 间 新 技 术 中 也 获 得 了 广 泛 的 应 用 。 磁 性 材 料 的 用 途 广 泛 。 主要 是 利 用 其 各 种 磁 特 性 和 特 殊 效 应 制 成 元 件 或 器 件 ； 用 于 存 储 、 传 输 和 转换 电 磁 能 量 与 信 息 ， 或 在 特 定 空 间 产 生 一 定 强 度 和 分 布 的 磁 场 ； 有 时 也 以材 料 的 自 然 形 态 而 直 接 利 用 (如 磁 性 液 体 )。 磁 性 材 料 在 电 子 技 术 领
25、 域 和其 他 科 学 技 术 领 域 中 都 有 重 要 的 作 用 。泰山学院本科毕业论文13 磁性材料及其应用3.1 传统工业中的应用3.1.1 磁性制剂磁性制剂是将药物与铁磁性物质共同包裹于高分子聚合物载体中.用于体内后,利用体外磁场的效应引导药物在体内定向移动和定位集中,主要用作抗癌药物载体.动物实验及临床观察证明,磁场具有确切的抑制癌细胞生长作用,可使患者肿瘤缩小,自觉症状改善等.这种磁性载体由磁性材料和具有一定通透性但又不溶于水的骨架材料组成,用体外磁场将其固定于肿瘤部位,释放药物,杀伤肿瘤细胞.这样既可避免伤害正常细胞,又可减少用药剂量,减轻药物毒副作用,加速和提高治疗效果,显
26、示特有的优越性.此制剂还可运载放射性物质进行局部照射,进行局部定位造影,还可以用它阻塞肿瘤血管,使其坏死.通常用的铁磁性物质有磁铁矿羰基铁,正铁酸盐,铁镍合金,铁铝合金,r-三氧化二铁,氧化钻,三氧化二锰,BaFe12O19 等.这些物质都具有较高的磁导率.磁性微粒是指磁性纳米粒子与无机或有机分子结合形成的可均匀分散于一定基液中具有高度稳定性的胶态复合材料。由于磁性微粒具有磁响应性，成本低、能耗少、无污染等特点，人们在磁性微粒表面或通过磁性微粒表面的功能基因将酶、抗体等生物活性物质进行固定，可进一步用于酶的固定化、靶向药物载体、细胞分类、免疫监测及蛋白与核酸的分离纯化、杂交检测等领域。 3.1
27、.2 回旋加速器泰山学院本科毕业论文1用于产生高能粒子的装置,其结构为金属双 D 形屏蔽盒,在屏蔽盒上加有磁场和交变的电场.当带电粒子从双 D 形盒的中心缝隙处释放后,在电场的作用下,粒子不断地被加速.目前世界上最大的加速器在美国费米加速实验室,环形管道的半径为 2公里.产生的高能粒子能量为 5000 亿电子伏特.世界第二大回旋加速器在欧洲加速中心,加速器分布在法国和瑞士两国的边界,加速器在瑞士,储能环在法国.产生的高能粒子能量为 280 亿电子伏特.3.2 生物界和医学界的磁现象3.2.1 生物界的磁现象 信鸽爱好者都知道,如果把鸽子放飞到数百公里以外,它们还会自动归巢.鸽子为什么有这么好的
28、认家本领呢？ 原来,鸽子对地球的磁场很敏感,它们可以利用地球磁场的变化找到自己的家.如果在鸽子的头部绑上一块磁铁,鸽子就会迷航.如果鸽子飞过无线电发射塔,强大的电磁波干扰也会使它们迷失方向.泰山学院本科毕业论文13.2.2 医学界的磁现象在医学上,利用核磁共振可以诊断人体异常组织,判断疾病,这就是我们比较熟悉的核磁共振成像技术,其基本原理如下:原子核带有正电,并进行自旋运动.通常情况下,原子核自旋轴的排列是无规律的,但将其置于外加磁场中时,核自旋空间取向从无序向有序过渡.自旋系统的磁化矢量由零逐渐增长,当系统达到平衡时,磁化强度达到稳定值.如果此时核自旋系统受到外界作用,如一定频率的射频激发原
29、子核即可引起共振效应.在射频脉冲停止后,自旋系统已激化的原子核,不能维持这种状态,将回复到磁场中原来的排列状态,同时释放出微弱的能量,成为射电信号,把这许多信号检出,并使之时进行空间分辨,就得到运动中原子核分布图像.核磁共振的特点是流动液体不产生信号称为流动效应或流动空白效应.因此血管是灰白色管状结构,而血液为无信号的黑色.这样使血管很容易软组织分开.正常脊髓周围有脑脊液包围,脑脊液为黑色的,并有白色的硬膜为脂肪所衬托,使脊髓显示为白色的强信号结构.核磁共振已应用于全身各系统的成像诊断.效果最佳的是颅脑,及其脊髓,心脏大血管,关节骨骼,软组织及盆腔等.对心血管疾病不但可以观察各腔室,大血管及瓣
30、膜的解剖变化,而且可作心室分析,进行定性及半定量的诊断,可作多个切面图,空间分辨率高,显示心脏及病变全貌,及其与周围结构的关系,优于其他 X 线成像,二维超声,核素及 CT 检查. 泰山学院本科毕业论文1磁不仅可以诊断，而且能够帮助治疗疾病。磁石是古老中医的一味药材。现在，人们利用血液中不同成分的磁性差别来分离红细胞和白细胞。另外，磁场与人体经络的相互作用可以实现磁疗，在治疗多种疾病方面有独到的作用，已经有磁疗枕、磁疗腰带等应用。用磁铁作成的除铁器可以去除面粉等中可能存在的铁末，磁化水可以防止锅炉结垢，磁化种子可以在一定程度上使农作物增产。3.3 天文、地质、考古、采矿等领域的应用3.3.1
31、天文领域的应用我们已经知道，地球是一块巨大的磁铁，那么，它的磁性来自何处？它是自古就有的吗？它和地质状况有什么联系？宇宙中的磁场又是如何的？我国自古代就有了北极光的记载。北极光实际上是太阳风中的粒子和地磁场相互作用的结果。太阳风是由太阳发出的高能带电粒子流。当它们到达地球时，与地磁场发生相互作用，就好象带电流的导线在磁场中受力一样，使得这些粒子向南北极运动和聚集，并且和地球高空的稀薄气体相碰撞，结果使气体分子受激发，从而发光。泰山学院本科毕业论文1太阳黑子是太阳上磁场活动非常剧烈的区域。太阳黑子的爆发对我们的生活会产生影响，例如使得无线电通信暂时中断等。因此，研究太阳黑子对我们有重要意义。3.
32、3.2 地质领域的应用地磁的变化可以用来勘探矿床。由于所有物质均具有或强或弱的磁性，如果它们聚集在一起，形成矿床，那么必然对附近区域的地磁场产生干扰，使得地磁场出现异常情况。根据这一点，可以在陆地、海洋或者空中测量大地的磁性，获得地磁图，对地磁图上磁场异常的区域进行分析和进一步勘探往往可以发现未知的矿藏或者特殊的地质构造。不同地质年代的岩石往往具有不同的磁性。因此，可以根据岩石的磁性辅助判断地质年代的变化以及地壳变动。很多矿藏资源都是共生的，也就是说好几种矿物质混合的一起，它们具有不同的磁性。利用这个特点，人们开发了磁选机，利用不同成分矿物质的不同磁性以及磁性强弱的差别，用磁铁吸引这些物质，那
33、么它们所受到的吸引力就有所区别，结果可以将混在一起的不同磁性的矿物质分开，实现了磁性选矿。 3.4 军事领域的应用磁性材料在军事领域同样得到了广泛应用。例如，普通的水雷或者地雷只能在接触目标时爆炸，因此作用有限。而如果在水雷或地雷上安装磁性传感器，由于坦克或者军舰都是钢铁制造的，在它们接近（无须接触目标）时，传感器就可以探测到磁场的变化使水雷或地雷爆炸，提高了杀伤力。泰山学院本科毕业论文1很容易被敌方的雷达侦测到,从而具有较大的危险性.为了躲避敌方雷达的监测,可以在飞机表面涂一层特殊的磁性材料-吸波材料,它可以吸收雷达发射的电磁波,使得雷达电磁波很少发生反射,因此敌方雷达无法探测到雷达回波,不
34、能发现飞机,这就使飞机达到了隐身的目的.这就是大名鼎鼎的“隐形飞机“.隐身技术是目前世界军事科研领域的一大热点.美国的 F117 隐形战斗机便是一个成功运用隐身技术的例子.F117 隐形战斗机在美国的“星球大战“计划中,有一种新型武器“电磁武器“的开发研究.传统的火炮都是利用弹药爆炸时的瞬间膨胀产生的推力将炮弹迅速加速,推出炮膛.而电磁炮则是把炮弹放在螺线管中,给螺线管通电,那么螺线管产生的磁场对炮弹将产生巨大的推动力,将炮弹射出.这就是所谓的电磁炮.类似的还有电磁导弹等.3.2.3 磁性分离原理磁种凝聚分离技术是磁性材料在环境工程上的主要应用，近 20 年来逐渐被重视，也因此磁性材料之选择、
35、制备及其理论的应用，成为许多学者研究议题。磁分离是将污染物与磁性颗粒结合，再通过磁场，使凝聚物受磁力作用，则磁性污染物会沿磁力线方向移动至分离器上，便可予以分离取出。此操作程序简单，去除污物种类多，且能耗低，同时效率高，是极其潜力污水处理技术。3.2.4 其它器件（1）发光二极管根据本设计的特点，红绿灯的显示不可少，红绿灯的显示采用普通的发光二极管。每个方向上设置红绿黄灯，总共 4 组。如果东西红灯亮，那南北方向就是绿灯亮，反之亦然，所以在硬件上连接图上也是对称分布的，如下图 6 所示。泰山学院本科毕业论文1GYRYGRRGYYGR0.3K0.3K0.3K0.3K0.3K0.3K0.3K 0.
36、3K 0.3K0.3K 0.3K 0.3Kp10p11p12p13 p14 p15p10p11p12p13 p14 p15vccvccvccvcc vcc vccvccvccvccvcc vcc vcc图 6 信号灯的连接在本设计中，实际控制的灯只有 6 个，即：东西红灯，东西绿灯，东西黄灯，南北红灯，南北绿灯，南北黄灯,其中均是低电平有效。共有 4 钟状态：东西红灯亮，南北绿灯亮（11011101/DDH） ；东西红灯亮，南北黄灯亮（10111101/BDH） ；东西绿灯亮，南北红灯亮（11101101/EDH） ；东西黄灯亮，南北红灯亮（11100111/E7H） 。括号中是 P1 端口
37、8 个引脚值P1.7，P1.6，P1.5，P1.4，P1.3，P1.2 ，P1.1，P1.0 以及对应的十六进制码。在用于显示发光二极管时，直接由 MOV 指令将十六进制码送入 P1 口。刚才的 4 个状态是依次变换的，这就要涉及到状态的判断和衔接了。先把P1 端口的值与所有的 4 个状态码比较，若相同则判断成功当前状态，再把下一状态的状态码送显 P1 即可。（2）蜂鸣器本设计采用一般蜂鸣器，蜂鸣器使用 PNP 三极管进行驱动控制，当连接到单片机上的引脚输出为低电平，PNP 导通，蜂鸣器蜂鸣；当连接到单片机上的引脚输出高电平时，PNP 截止，蜂鸣器停止蜂鸣。如下图 7 所示泰山学院本科毕业论文
38、1VCCR9紧停按键和违规信号传感器连接到外部中断引脚 INT1，P3.6 捕获到一个低电平，则进入该中断，中断程序中先把蜂鸣器 P3.7 端口置 0，启动蜂鸣。并且等待恢复键 F 键按下，然后关闭蜂鸣返回。（3）按键控制本设计设置了有 3 个键：S 键，J 键，F 键。每个按键一端接地，另一端接上拉电阻。低电平有效，当按键按下端口接地，单片机捕获到低电平，从而知道相应的输入信息。如下图图 8 按键示意图首先程序不断扫描模式设置键，分别记为：S 键，J 键，F 键,低电平有效，按键顺序是指定的，若直接按 F 键，则为自动调整模式，然后进入下一程序；若先按 S 键，再按 J 键，F 键则为设置时
39、间模式，然后进入下一程序。程序的开始要判断是否有键按下，可以不断将 S 键值和 F 键值相与，与值为 1 则表示没有键按下，为 0 则表示有键按下。 接下来要判断具体是那个键，若为 F 键，则将自动标志位置 1，进入下一程序，否则为 S 键，则表示设置南北绿灯时间，用 R0 存值，按 1 下加1，同时还需判断此时 J 键是否按下，若按下，则表示南北绿灯时间设置完毕，开始设置东西绿灯时间，用 R1 存值，同样按 1 下加 1 ，同时判断此时图 7 蜂鸣器连接8051泰山学院本科毕业论文1F 键是否按下，若按下，则表示时间设置完毕，进入下一程序。在这个过程中，S ，J 键的计数是循环的，从初值 2
40、0 开始，加到 40 则循环回到 20。 （4） 电源电路设计由于单片机工作时需要的+5V电压,所以在设计电源电路时 ,需要一个电子元件能提供+5V电压,由于 7805能够提供5V电压的三端稳压电源,在实际的电路控制中应用其作为电源电路较为广泛,在普通的电子元器件商场都有销售易于购买,并且技术相对成熟.7805一脚为电源输入端,二脚为公共接地端,三脚即为我们所需要的+5V 电压输出端.本文采用7805 提供电压的电路,即在7805的1脚和公共接地端(即2脚)之间接入0.3F的电容 ,在公共接地端和三脚+5V电压输出端之间接入 0.1F的电容.220v交交 交交 交交 0.22f 0.1f交交
41、C51234D1Vin1GND2Vout 3LM7805 +5v+21.6v vcc图9 +5V电源电路（5）7448七段显示译码器该集成显示译码器有多个辅助控制端，以增强器件的功能,可将单片机输出的四位二进制数转换成10进制数与七段数码管显示对应，用于显示09的数字。 泰山学院本科毕业论文1图10 7448芯片4 系统软件程序的设计4.1 程序主体设计流程全部控制程序实际上分为若干模块：键盘设置处理程序，状态灯控制程序，LED 显示程序，消抖动延时程序，次状态判断及处理程序，紧停或违规判断程序，中断服务子程序，车流量计数程序，红绿灯时间调整程序等 6。整个软件程序方面主要分两大部分：按键处理
42、程序和 50ms 扫描程序。流程图如图 11 所示。泰山学院本科毕业论文1图 11 系统总流程图首先是按键处理程序，89S51 通过对 IO 扫描，确定是否有键按下，再判断具体是那个键按下，根据键值跳转到按键处理程序 7。按键处理结果可设置两种工作模式：红绿灯时间设置模式和红绿灯时间自动模式，次程序相当于系统的模式设置，若想重新设置则要按下复位键。设置过后进入 50ms扫描程序。50ms 扫描程序开始后，先刷新显示模块，若为自动模式则接下来要计数车流量，然后扫描紧停信号和违规信号，若捕获则调用中断，中断服务子程序主要启动蜂鸣器，直至恢复键按下。50ms 已到则重新扫描。扫描 20 次之后计时到
43、达 1s 则时间数据减 1，在显示模块中修改显示缓冲区内容。在半个状态对换时，车流量计数程序在一个状态变换循环先后计数两个方向的车流量，然后调用红绿灯时间调整程序，更新红绿灯时间。当前状态时间已泰山学院本科毕业论文1到，则判断次状态装入相应数据，然后进入下一状态。4.2 理论基础知识4.2.1 定时器原理 定时器工作的基本原理其实就是给初值，让它不断加 1 直至减完为模值，这个初值是送到 TH 和 TL 中的 8。它是以加法记数的，并能从全 1 到全 0时自动产生溢出中断请求。因此，我们可以把计数器记满为零所需的计数值，即所要求的计数值设定为 C，把计数初值设定为 TC 可得到如下计算通式：（
44、1）CMT式中，M 为计数器模值。计数值并不是目的，目的是时间值，设计 1次的时间，即定时器计数脉冲的周期为 T0，它是单片机系统主频周期的 12倍，设要求的时间值为 T，则有 C=TT0 。计算通式变为：（2）0TC模值和计数器工作方式有关。在方式 0 时 M 为 8192；在方式 1 时 M 的值为 65536；在方式 2 和 3 为 256。就此可以算出各种方式的最大延时。如单片机的主脉冲频率为 12MHZ，经过 12 分频后，若采用方式最大延时只有 8.129 毫秒，采用方式最大延时也只有 65.536 毫秒。这就是为什么扫描周期为 50ms 的原因，若使用软件则会耽搁程序流程，显然不
45、可行。相反，时间计时方面却不可能只用计数器，因为显然秒钟已经超过了计数器的最大定时间，所以我们还必须采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题。4.2.2 软件延时原理MCS-51 的工作频率为 12MHZ，机器周期与主频有关，机器周期是主频的 12 倍，所以一个机器周期的时间为 12*（1/12MHZ）=1us。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定 1秒的时间，但同时由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。泰山学院本科毕业论文1我们设定一个初值为 20 的软件计数器和使 T0 定时 50 毫秒。这样每当T0 到 50 毫秒时 CPU 就响
46、应它的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序。在中断服务子程序中，CPU 先使软件计数器减，然后判断它是否为零。为零表示秒已到。设定定时器需要定时 50 毫秒，故 T0 必须工作于方式。要求初值：TC=M-T*T0=216-50ms/1us=15536=3CBOH. 4.2.3 中断原理本系统主要使用了外部中断，中断信号有引脚 INT0 和 INT1 输入，低电平有效，CPU 每个时钟周期都会检测 INT0 和 INT1 上的信号，8051 允许外部中断以电平方式或负边沿方式两种中断方式输入中断请求信号，可由用户通过设置 TCON 中 IT0 和 IT1 位的状态来实现 9。以 IT0 为例，I
47、T0=0 ，为电平触发方式，IT0=1，为负边沿触发方式，本设计采用电平方式，IE0为其中断标志位，有中断信号则置位，中断服务子程序响应后，IE0 自动清零。IE 中的 EA 为允许中断的总控制位，为 1 开启， EX0 为外部中断允许控制位，为 1 开启。在优先级的允许下，一旦有外部中断信号产生，单片机 CPU 首先保护断点，PC 值进栈，然后执行相应的中断服务子程序，执行完后，用 RETI指令返回，此时 CPU 会从堆栈中取保存的断点地址，送回 PC，程序再正常执行。4.2.4 消抖动程序另外，在按键计数的过程中，还存在机械抖动与软件方面的矛盾，即当程序检测到了有按键按下，则会计一次数，但
48、是实际上，按键闭合后在微观上还会弹起，然后闭合，一直到达稳定，显然后面的弹落是无效的，为了使程序避免这个问题，可以在检测到首次闭合时，调用一定时间的延时程序。此处延时程序完全用软件完成，利用程序执行一条指令的时间，再加上两次累减嵌套。泰山学院本科毕业论文1附录 总电路图泰山学院本科毕业论文1参考文献【1】赵保经.物质的磁性及其新应用.科学技术文献出版社.1985.04【2】章琮.我们生活在磁的世界里：物质的磁性和应用.清华大学出版社.2000.12【3】李黎，马力，李鹤.中国组织工程研究与临床康复：磁性高分子微球性质及其在固定化酶中的作用.2008第14期【4】薛博，余艺华，孙彦.物质磁性及其
49、在生物技术中的作用.天津大学化工学院生物化工系.2000.19（1）【5】金鑫.现代商贸工业.盘锦职业技术学院.2010第24期【6】陈满荣，王少平.环境磁学及其在地理环境研究中的应用.华东师范大学.2001年第1期【7】吴伟，贺全国，陈洪.磁性铁氧化物纳米粒子表面功效化及其作用.中国科学院上海冶金研究所.2000年【8】孙永增.物质的磁性.长春工业大学学报（自然科学版）.1981年00期【9】张焕臻.磁选的理论、设备及应用J.中国矿山工程.1980 年 02期【10】陈尚娴.液态金属合金的磁性稀土金属部分J,稀土.1980年01期【11】徐仲榆.含碳原料在碳化石墨化过程中磁化率的变化J.1982年 02 期【12】王晓云，车向然.磁性物质及磁分离技术在环境工程中的应用.福建工程学院环境与设备工程系.2008 年 23 期【13】皮科武.磁效应在水处理中的应用研究J.环境科学与技术.2003 年 S1 期泰山学院本科毕业论文1致 谢本论文是在吴晓梅老师指导下完成的。从论文选题到课题难点的解决，吴老师都给予了本人悉心的指导。 吴老师的治学态度、专业造诣和敬业精神都使我
