基于STC單片機(jī)照明線路探測儀的設(shè)計(jì).doc

基于STC單片機(jī)照明線路探測儀的設(shè)計(jì) 王益WANGYi；許新豐XUXin-feng （蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘇州215009） （SuzhouInstituteofTrade&Commerce，Suzhou215009，China） 摘要：在日常生活中，為了檢測埋在墻里面的照明線路的布置情況，設(shè)計(jì)了本探測儀。該照明線路探測儀以電磁感應(yīng)理論和單片機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，采用STC89C52單片機(jī)為核心控制芯片，采用高精度低噪聲差動放大器以及三態(tài)緩沖電路，經(jīng)過多次耦合和放大后，輸入到LM324比較器，經(jīng)過比較后把該電信號輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理，最終確定是照明線路的位置。 Abstract:Indailylife,inordertodetectthearrangementoftheilluminatinglineburiedinthewall,thisdetectinginstrumentisdesigned.Thisdetectinginstrumentoftheilluminatinglineisbasedontheelectromagiccouplingprincipleandsinglechipmicroputertechnology.ItusesSTC89C52singlechipmicroputerasthecorecontrolchipandusesthehigh-precisionandlow-noisedifferentialamplifierandtristatesnubbercircuit.Afteralotofcouplingandenlarged,theelectricsignalisputintotheLM324parator.Afterparing,theelectricsignalisputintothesinglechipmicroputerforprocessing,andfinallythelocationoftheilluminatinglinecanbedetermined. 關(guān)鍵詞：stc89c52；lm324；工頻 Keywords:STC89C52；LM324；powerfrequency ：TM923：A：1006-4311（xx）34-0060-02 作者簡介：王益（1982-），男，江蘇常熟人，講師，研究方向?yàn)槠囯娮印?0引言 要探測照明線路的位置，就要利用照明線路附近產(chǎn)生的工頻磁場這一種弱磁信號，利用傳感器把這一弱磁信號轉(zhuǎn)換成電信號供單片機(jī)來計(jì)算判斷。磁場探測是一種基本的探物的方法之一。目前國內(nèi)的磁場探測儀存在著進(jìn)度不高，穩(wěn)定性差等弱點(diǎn)，本文采用高性能的傳感器可以識別毫斯級別的弱磁信號。 1弱磁信號的檢測 測量微弱的磁場無法直接測量，需將微弱的磁場信號轉(zhuǎn)換成電信號輸送給單片機(jī)，由單片機(jī)動處理。測量磁場的方法主要有以下三種測量方法。 1.1感應(yīng)線圈利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象。其感應(yīng)電壓的大小與線圈匝數(shù)、穿過線圈的磁通量變化率及線圈切割磁力線的速度呈線性關(guān)系。在照明電路通電的情況下，附近會產(chǎn)生磁場，而感應(yīng)線圈可以測量照明電路附近的磁場的相對變化量，并把該信號輸送到單片機(jī)。但感應(yīng)線圈測量的靈敏度、測量的空間分辨力受到線圈纏繞的幾何尺寸和形狀影響較大。對工頻率磁場信號不是很敏感。故線圈在測量工頻信號不是很好。 1.2霍爾元件霍爾元件基于霍爾效應(yīng)原理工作，測量絕對磁場大小。它具有對磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。且隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，霍爾元件也有高度集成的發(fā)展趨勢，且具有測量精度高和范廣的特點(diǎn)，因此，應(yīng)用也越來越廣泛。 1.3磁敏電阻磁敏電阻傳感器利用薄膜化的磁電阻敏感元件將與磁場變化轉(zhuǎn)化為電信號輸出。但磁阻傳感器需在有效范圍內(nèi)才能感知磁性物體的存在或者磁性強(qiáng)度。本系統(tǒng)中的照明電路的磁場附近有比較多的干擾信號。 綜合以上三個測量方案，本設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件及現(xiàn)有的知識結(jié)構(gòu)，選擇用霍爾元件作為探測元件來探測照明線路的位置。 2采集系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)以ST公司生產(chǎn)的STC89C52作為控制核心,其硬件電路可以分為以下兩個部分，一部分為線圈振蕩電路；另一部分為控制電路。其中線圈振蕩電路包括多諧振蕩電路、放大電路和探測元件。如圖1所示。 在硬件設(shè)計(jì)中最為核心的就是信號采集電路，本文采用的是LM324比較器來判斷磁場的強(qiáng)弱。為了把采集到的照明線路的頻率信號變成單片機(jī)能識別的數(shù)字信號，本設(shè)計(jì)采用LM324做比較器，得到ADC0信號，該信號再次分成兩路輸入到LM324的兩個比較器，通過和環(huán)境噪聲的比較，判斷出是照明線路的位置。其硬件電路圖如圖2所示。 在無照明電路的情況下，假設(shè)霍爾元件輸出電壓為0，該電壓信號0屬毫伏級信號，必須要加以放大電路放大，從而得到0V5V的輸出電壓U0，并通過ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸入到單片機(jī)儲存起來作為基準(zhǔn)電壓，并與采集到的電壓信號進(jìn)行比較判斷。 當(dāng)霍爾元件靠近照明線路時，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，磁場會發(fā)生變化，霍爾元件可以感應(yīng)到該磁場的變化，并將其線性地轉(zhuǎn)變成電壓信號X，該信號同樣是比較微弱的信號，經(jīng)變放大電路放大得到對應(yīng)的0V5V的輸出電壓UX，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入到單片機(jī)，由單片機(jī)來判斷比較UX與基準(zhǔn)電壓U0兩個電壓，得到一個差值，此差值與預(yù)設(shè)的靈敏度?駐U再做比較。若此差值大于?駐U，本系統(tǒng)就確定為探測到照明電路，單片機(jī)就通過輸出口對外輸出，系統(tǒng)進(jìn)行聲光報(bào)警，使用者能夠第一時間得知照明電路的位置，并通過液晶屏顯示該位置。 根據(jù)上面的設(shè)計(jì)思路，本文的軟件設(shè)計(jì)的總體流程如圖3所示。 3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 本文用11W的節(jié)能燈和60W的白熾燈的照明線路任意布置，并用5mm的五合板蓋住，然后在五盒板上平均劃分了49個方格，依次編上阿拉伯?dāng)?shù)字1-49。將制作的檢測儀從第1個方格移動到第49個方格。如果該方格下面有電線，就聲光報(bào)警并在液晶評上顯示對應(yīng)的阿拉比數(shù)字。獲得的數(shù)據(jù)如表1所示。 4結(jié)果分析 從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，測量時間都在2分鐘內(nèi)，測量位置的準(zhǔn)確性還是比較高的。針對測量過程，對每組數(shù)據(jù)進(jìn)行多次測量求其平均值，用來作為最終的測量數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)分析。這樣處理數(shù)據(jù)也可以排除一些系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，使得到的數(shù)據(jù)更具有科學(xué)性。從表中數(shù)據(jù)可以看出，本設(shè)計(jì)的絕對誤差都比較小，也比較穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)基本符合設(shè)計(jì)要求。 參考文獻(xiàn)： 1高晉占.微弱信號檢測M.北京：清華大學(xué)出