基于STC單片機(jī)照明線(xiàn)路探測(cè)儀的設(shè)計(jì).doc

基于STC單片機(jī)照明線(xiàn)路探測(cè)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(cè)埋在墻里面的照明線(xiàn)路的布置情況，設(shè)計(jì)了本探測(cè)儀。該照明線(xiàn)路探測(cè)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(dòng)放大器以及三態(tài)緩沖電路，經(jīng)過(guò)多次耦合和放大后，輸入到LM324比較器，經(jīng)過(guò)比較后把該電信號(hào)輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理，最終確定是照明線(xiàn)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(jiǎn)介：王益（1982-），男，江蘇常熟人，講師，研究方向?yàn)槠?chē)電子。 0引言 要探測(cè)照明線(xiàn)路的位置，就要利用照明線(xiàn)路附近產(chǎn)生的工頻磁場(chǎng)這一種弱磁信號(hào)，利用傳感器把這一弱磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)供單片機(jī)來(lái)計(jì)算判斷。磁場(chǎng)探測(cè)是一種基本的探物的方法之一。目前國(guó)內(nèi)的磁場(chǎng)探測(cè)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(shí)別毫斯級(jí)別的弱磁信號(hào)。 1弱磁信號(hào)的檢測(cè) 測(cè)量微弱的磁場(chǎng)無(wú)法直接測(cè)量，需將微弱的磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸送給單片機(jī)，由單片機(jī)動(dòng)處理。測(cè)量磁場(chǎng)的方法主要有以下三種測(cè)量方法。 1.1感應(yīng)線(xiàn)圈利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象。其感應(yīng)電壓的大小與線(xiàn)圈匝數(shù)、穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量變化率及線(xiàn)圈切割磁力線(xiàn)的速度呈線(xiàn)性關(guān)系。在照明電路通電的情況下，附近會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而感應(yīng)線(xiàn)圈可以測(cè)量照明電路附近的磁場(chǎng)的相對(duì)變化量，并把該信號(hào)輸送到單片機(jī)。但感應(yīng)線(xiàn)圈測(cè)量的靈敏度、測(cè)量的空間分辨力受到線(xiàn)圈纏繞的幾何尺寸和形狀影響較大。對(duì)工頻率磁場(chǎng)信號(hào)不是很敏感。故線(xiàn)圈在測(cè)量工頻信號(hào)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(cè)量絕對(duì)磁場(chǎng)大小。它具有對(duì)磁場(chǎng)敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長(zhǎng)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(shì)，且具有測(cè)量精度高和范廣的特點(diǎn)，因此，應(yīng)用也越來(lái)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(chǎng)變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)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(chǎng)附近有比較多的干擾信號(hào)。 綜合以上三個(gè)測(cè)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(shí)結(jié)構(gòu)，選擇用霍爾元件作為探測(cè)元件來(lái)探測(cè)照明線(xiàn)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(gè)部分，一部分為線(xiàn)圈振蕩電路；另一部分為控制電路。其中線(xiàn)圈振蕩電路包括多諧振蕩電路、放大電路和探測(cè)元件。如圖1所示。 在硬件設(shè)計(jì)中最為核心的就是信號(hào)采集電路，本文采用的是LM324比較器來(lái)判斷磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。為了把采集到的照明線(xiàn)路的頻率信號(hào)變成單片機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，本設(shè)計(jì)采用LM324做比較器，得到ADC0信號(hào)，該信號(hào)再次分成兩路輸入到LM324的兩個(gè)比較器，通過(guò)和環(huán)境噪聲的比較，判斷出是照明線(xiàn)路的位置。其硬件電路圖如圖2所示。 在無(wú)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(hào)0屬毫伏級(jí)信號(hào)，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(guò)ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸入到單片機(jī)儲(chǔ)存起來(lái)作為基準(zhǔn)電壓，并與采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行比較判斷。 當(dāng)霍爾元件靠近照明線(xiàn)路時(shí)，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生變化，霍爾元件可以感應(yīng)到該磁場(chǎng)的變化，并將其線(xiàn)性地轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)X，該信號(hào)同樣是比較微弱的信號(hào)，經(jīng)變放大電路放大得到對(duì)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(lái)判斷比較UX與基準(zhǔn)電壓U0兩個(gè)電壓，得到一個(gè)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(cè)到照明電路，單片機(jī)就通過(guò)輸出口對(duì)外輸出，系統(tǒng)進(jìn)行聲光報(bào)警，使用者能夠第一時(shí)間得知照明電路的位置，并通過(guò)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(xiàn)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(gè)方格，依次編上阿拉伯?dāng)?shù)字1-49。將制作的檢測(cè)儀從第1個(gè)方格移動(dòng)到第49個(gè)方格。如果該方格下面有電線(xiàn)，就聲光報(bào)警并在液晶評(píng)上顯示對(duì)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(cè)量時(shí)間都在2分鐘內(nèi)，測(cè)量位置的準(zhǔn)確性還是比較高的。針對(duì)測(cè)量過(guò)程，對(duì)每組數(shù)據(jù)進(jìn)行多次測(cè)量求其平均值，用來(lái)作為最終的測(cè)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(duì)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(hào)檢測(cè)M.北京：清華大學(xué)出