簡易照明線路探測儀論文

1、簡易照明線路探測儀摘要本設(shè)計主要是以at89s52單片機(jī)為設(shè)計核心，采用了電源模塊，電磁感應(yīng)模塊，紅外傳感器模塊，lcd1602液晶顯示器模塊和蜂鳴器等與外圍電路相結(jié)合，通過軟件編程記錄和檢測電纜的位置，來完成題目的設(shè)計要求。本系統(tǒng)通過電磁感應(yīng)模塊檢測某個位置是否有帶電電纜以及電纜是與哪種燈連接的，當(dāng)檢測到帶電電纜時，蜂鳴器發(fā)出響聲予以提醒，然后由紅外傳感器檢測這個點的具體位置，再由單片機(jī)記錄下這個點的位置和檢測到的電纜的種類，并由lcd1602液晶顯示器顯示出來，同時也讓lcd1602液晶顯示器顯示出檢測所用時間。關(guān)鍵詞： at89c52rc單片機(jī) 顏色傳感器 lc諧振電路 蜂鳴器 lcd液

2、晶顯示器this design is mainly based on at89s52 microcontroller as the core design, the power supply module, electromagnetic induction module, infrared sensor module, lcd1602 liquid crystal display module and a buzzer and a peripheral circuit combination, through software programming records and detectin

3、g the position of the cable, to complete the requirements of the task design.this system through electromagnetic induction module detects a position if there is a live cable and cable is connected with a lamp, when the electric cable, the buzzer sound to remind, and then by the infrared sensors to d

4、etect the specific location of this point, cables again by the location and detection of this point down to the single record and by lcd1602, lcd display, but also let the lcd1602 liquid crystal display shows the time for detection.keywords: at89c52rc mcu color sensor lc resonant circuit buzzer lcd

5、liquid crystal display目錄一、系統(tǒng)方案比較與選擇31.1單片機(jī)的選擇31.2電源系統(tǒng)的方案選擇31.3感應(yīng)系統(tǒng)的方案選擇41.4坐標(biāo)識別系統(tǒng)的方案選擇41.5顯示系統(tǒng)的方案選擇5二、 硬件設(shè)計62.1電路設(shè)計62.1.1 電磁感應(yīng)模塊62.1.2顯示模塊72.1.3蜂鳴器驅(qū)動電路72.2理論分析與計算82.2.1電磁感應(yīng)原理及計算82.2.2坐標(biāo)識別原理9三、軟件設(shè)計103.1系統(tǒng)軟件描述103.2 程序流程圖103.3程序（見附錄）11四、測試114.1 測試條件114.2 測試方案114.3 測試結(jié)果11五、結(jié)論13附錄（一）：參考資料14附錄（二）：程序14一、系統(tǒng)

6、方案比較與選擇 本系統(tǒng)是由電源模塊，信息處理模塊，坐標(biāo)識別模塊，電磁感應(yīng)模塊，顯示模塊，報警模塊，電纜布設(shè)板等組成。系統(tǒng)組成圖如下：圖1 系統(tǒng)組成框圖1.1單片機(jī)的選擇方案一：stc89c51單片機(jī)，操作簡單，開發(fā)資源豐富，成本低，但它的功能不夠豐富，需要和許多模塊配合使用，如此一來，就導(dǎo)致了外部電路的復(fù)雜，電路也容易出錯。方案二：stc12c5a60s2單片機(jī)，不僅運行速度快，而且片內(nèi)具有豐富實用的資源，如ad轉(zhuǎn)換器，pwm等，這樣，我們可以直接使用單片機(jī)的內(nèi)部資源，減少了對模塊的使用，外部電路顯得簡單輕巧，電路不易出錯。通過以上兩種方案的比較，兩種型號單片機(jī)皆可以完成要求，但stc89c5

7、1單片機(jī)成本較s1tc12c5a60s2成本低，且易于采購，所以我們選擇方案一。1.2電源系統(tǒng)的方案選擇方案一： 直接使用aa干電池進(jìn)行供電它的結(jié)構(gòu)十分簡單，但是供電能力差，不易長時間供電，更換電池較為頻繁。 方案二： 使用4節(jié)3.6伏鉛酸鋰鐵電池，經(jīng)電容濾波和l7805穩(wěn)壓后輸出約5v電壓?？杀ＷC長時間穩(wěn)定的輸出電壓。這樣可以提供持久穩(wěn)定的電流，穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電?？紤]到系統(tǒng)穩(wěn)定工作的要求，所以選擇方案二。 圖2 電源原理圖1.3感應(yīng)系統(tǒng)的方案選擇方案一：自制電感線圈，采用電感線圈作為傳感器將電流產(chǎn)能生的電磁場轉(zhuǎn)化為電壓，經(jīng)運放放大電壓并采用ad轉(zhuǎn)換收集電壓信息，來判斷是否有磁

8、場，進(jìn)而判斷是否有電纜存在。方案二：根據(jù)電磁感應(yīng)原理，可知變化的磁場可產(chǎn)生電磁場，我們利用lc諧振電路對產(chǎn)生的電磁波進(jìn)行接收、轉(zhuǎn)化、放大并進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換判斷有無電磁波以及電纜。方案三：電磁感應(yīng)模塊，采用霍爾傳感器模塊來直接檢測磁場。比較以上三種方案，方案一自制線圈的干擾太大，所獲得的雜波影響太大，以及電壓太小，方案三市面上的磁場傳感器未能達(dá)到我們所要求的精度。所以我們選擇方案二。1.4坐標(biāo)識別系統(tǒng)的方案選擇方案一：紅外傳感器 讓紅外傳感器和磁感應(yīng)器同時從第一格按順序依次移到第四十九格中，利用紅外傳感器來檢測和記錄磁感器的檢測位置 ，同時磁感應(yīng)器檢測有沒有電纜，是10w的還是60w的。最后通過顯示

9、系統(tǒng)分別顯示出10w,60w的電纜的位置和檢測時間。方案二：按鍵用三個按鍵，按鍵一是10w，按鍵二是60w，按鍵三是空白鍵。磁感應(yīng)器從第一格按順序依次移到第四十九格中，當(dāng)感應(yīng)器檢測到10w的電纜線時，按下按鍵一，記錄下他的位置；當(dāng)感應(yīng)器檢測到60w的電纜線時，按下按鍵二，記錄下他的位置，當(dāng)感應(yīng)器沒有檢測到任何電纜線時，按下按鍵三，記錄下他的位置。最后通過顯示系統(tǒng)分別顯示出10w,60w的電纜的位置和檢測時間。以上兩種方案都可以實現(xiàn)對電纜位置的確定，但方案二每檢測一個方格就要按一次按鍵，操作麻煩且費時。所以，通過對設(shè)計要求和設(shè)計人性化的綜合考慮，最后，我們選擇方案二。圖3 電纜布設(shè)示意圖1.5顯

10、示系統(tǒng)的方案選擇方案一：數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管顯示比較簡單但是不能同時顯示幾個數(shù)據(jù)和字符。方案二：led點陣顯示，led點陣顯示雖然能顯示字符和數(shù)字，但顯示效果不好，且不易編程。方案三：lcd液晶顯示，lcd液晶不但能顯示字符和數(shù)字，而且顯示效果較好，容易編程實現(xiàn)。通過以上三種方案的比較，以及設(shè)計要求，我們選擇方案三。二、 硬件設(shè)計2.1電路設(shè)計2.1.1 電磁感應(yīng)模塊 電磁感應(yīng)模塊我們選擇lc諧振電路，如下圖所示，電感l(wèi)可接收空間中的電磁場經(jīng)諧振電容選頻可獲得穩(wěn)定的電壓，右圖為等效電路圖：當(dāng)lc諧振電路接受且輸出電路之后我們采用三極管1815對信號進(jìn)行放大處理，電路如下圖所示：l1c1+5vt1

11、1815r2kr11kc2c3d1150hz50頻率放大輸出vout 當(dāng)然，也可以選用運算放大器進(jìn)行電壓放大。但是需要選擇單電源、低噪音、動態(tài)范圍達(dá)、高速運放不太容易，所示我們選擇三級管進(jìn)行放大。2.1.2顯示模塊為了使10w,60w的電纜的位置和檢測時間能夠清楚的顯示，我們采用lcd1602液晶顯示器，這能很好的達(dá)到題目要求。電路圖如下： 圖5 顯示模塊電路圖2.1.3蜂鳴器驅(qū)動電路當(dāng)電磁感應(yīng)模塊檢測到電磁場時單片機(jī)接收到信號，并驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出警報，由于蜂鳴器采用有源蜂鳴器，故蜂鳴器驅(qū)動電路如下圖所示：圖5 蜂鳴器模塊電路圖2.2理論分析與計算2.2.1電磁感應(yīng)原理及計算 根據(jù)麥克斯韋電磁場

12、理論，交變電流會在周圍產(chǎn)生交變的電磁波。見下圖：圖6 電流周圍電磁場的分布示意圖導(dǎo)線周圍的電場和磁場，按照一定規(guī)律分布。通過檢測相應(yīng)的電磁場的強(qiáng)度和方向可以反過來獲得導(dǎo)線的位置，這正是我們設(shè)計簡易照明線路探測儀的目的。由畢奧-薩伐爾定律知：通有穩(wěn)恒電流i 長度為l的直導(dǎo)線周圍會產(chǎn)生磁場，距離導(dǎo)線距離為r處p點的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：b (410 7tma1)由此得: b =0i (cos1 cos2 )/ 4。r所以，對于無限長直電流來說，上式中= 0 ， =，則有b =0i 。 因此，我們可以根據(jù)b =0i 。來檢測和分辨到底是接11w節(jié)能燈的電纜，還是接60w白熾燈的電纜。感應(yīng)磁場的分布是以導(dǎo)線為

13、軸的一系列的同心圓。圓上的磁場強(qiáng)度大小相同，并隨著距離導(dǎo)線的半徑r增加成反比下降。由此，我們可以根據(jù)這個原理來檢測電纜的具體位置。示意圖如下：圖7 無限長導(dǎo)線周圍的磁場強(qiáng)度2.2.2坐標(biāo)識別原理本系統(tǒng)采用紅外傳感器，利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點，在紅外傳感器移動的過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時發(fā)生漫反射，反射光被接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，接收管接收不到紅外光。由此過程來改變接收管的輸出電壓，單片機(jī)以電壓的變化為依據(jù)來識別坐標(biāo)。來記錄探測儀的檢測位置。電路圖如下：圖8 尋跡模塊電路圖三、軟件設(shè)計3.1系統(tǒng)軟件描述 軟件部分主要采用

14、stc89c51單片機(jī)控制整個電路，通過電磁感應(yīng)測量、電磁感應(yīng)電壓大小識別、坐標(biāo)識別測量在lcd1602上顯示出電纜的種類,位置和測試時間。軟件設(shè)計思路電磁感應(yīng)測量電路進(jìn)行實時電磁場測量將電信號經(jīng)濾波、放大等送至單片機(jī)，單片機(jī)實時進(jìn)行紅外測線記錄方格號，單片機(jī)對其進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，判斷有無電磁場，當(dāng)有電磁場時單片機(jī)進(jìn)行記錄，液晶顯示方格號，并驅(qū)動蜂鳴器進(jìn)行報警。3.2 程序流程圖圖9 程序流程圖3.3程序（見附錄）四、測試 4.1 測試條件 所需測試工具有：77方格的五合板（每個方格的大小為15cm15cm），11w 節(jié)能燈， 60w白熾燈，電纜，秒表。4.2 測試方案使制作完成的探測儀從第一格按

15、順序依次移到第四十九格中，當(dāng)探測儀碰到電纜時，顯示器會分別顯示出10w,60w的電纜的位置，同時也會顯示出檢測所用時間。4.3 測試結(jié)果a、60w白熾燈和11w節(jié)能燈的電纜同時測試數(shù)據(jù)如表一：表一 顯示位置實際位置顯示時間/s實際時間/s第三格第三格33第十格第十格2020第十七格第十七格3434第二十四格第二十四格5050第三十一格第三十一格6363第三十八格第三十八格8080第四十五格第四十五格9393b、60w白熾燈的電纜同時測試數(shù)據(jù)如表二：表二 顯示位置實際位置顯示時間/s實際時間/s第三格第三格44第十格第十格2222第十七格第十七格3535第二十四格第二十四格5555第三十一格第三

16、十一格6868第三十八格第三十八格8383第四十五格第四十五格9898c、2根電纜其間隔不小于一個方格是否有60w白熾燈帶電電纜的測試數(shù)據(jù)如表三：表三格數(shù)第六格第十六格第二十六格第三十六格第四十六格有/沒有（實際）沒有有有沒有有有/沒有（顯示）沒有有有沒有有顯示時間515284049實際時間515284049d、2根電纜其間隔小于一個方格是否有60w白熾燈帶電電纜的測試數(shù)據(jù)如表四：表四格數(shù)第九格第十九格第二十九格第三十九格第四十九格有/沒有（實際）有沒有有沒有沒有有/沒有（顯示）有沒有有沒有沒有顯示時間1530508698實際時間1530508698經(jīng)過我們多次的測試，探測儀可以檢測到電纜，可

17、以完成探測要求，采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)顯示在lcd1602液晶顯示器上，在此過程中未發(fā)生錯誤。五、結(jié)論通過對簡易照明線路測試儀的制作，不僅鞏固了我們所學(xué)的多門知識（比如模擬電路、單片機(jī)、c語言），增強(qiáng)了我們的實際動手操作能力，對單片機(jī)在實際生活的應(yīng)用有了更深的了解，更讓我們了解到成員之間相互交流、協(xié)作互助、彼此信賴的重要性，這對我們以后的學(xué)習(xí)、工作和生活都會有很大的幫助?？偠灾?，經(jīng)過這次設(shè)計在各方面我們都得到了提高，很感謝老師給我們這樣一次鍛煉自己的機(jī)會，在以后的學(xué)習(xí)中我們會更加努力。六.致謝經(jīng)過緊張這幾天努力，以及與小組其他成員的共同協(xié)作，團(tuán)結(jié)互助，終于完成了此次實驗項目。在這次設(shè)計中，我們遇

18、到了許多突發(fā)事件和各種困難。由于自身硬件調(diào)試經(jīng)驗的匱乏，在電路檢測上花了很多的時間，但是通過團(tuán)隊的仔細(xì)分析和自我調(diào)整狀態(tài)后我們終于解決了所有問題，取得了圓滿的結(jié)果。經(jīng)過此次電子大賽讓我們對電路的設(shè)計、調(diào)試有了深刻的印象，同時也深刻地體會到了共同協(xié)作好人團(tuán)隊精神的重要性，提高了我們了解問題的能力，設(shè)計中還有欠缺的方面。本次競賽極大的鍛煉了我們各方面的能力，雖然我們遇到了很多困難和障礙，但總體上成功與挫折交替，困難與希望并存，我們將繼續(xù)努力爭取更大的進(jìn)步，在今后的學(xué)習(xí)工作中會加以注意。最后感謝大賽組委會給我們這次機(jī)會！附錄（一）：參考資料1.郭天祥.51單片機(jī)c語言教程m. 北京：電子工業(yè)出版社.

19、2009.12.2.張洪潤,張亞凡 主編. 傳感技術(shù)與應(yīng)用教程 清華大學(xué)出版社 20053.康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）m.北京：高等駕御出版社，2006.1.4.www.21ic.com中國電子網(wǎng)附錄（二）：程序 #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit lcd=p22;sbit lcdrs=p20;sbit lcdrw=p21;sbit bee=p10;sbit in=p11;sbit key1=p12;sbit key2=p13;sbit key3=p14;sbit ke

20、y4=p15;void zhong();uchar t,t1,t2,i,k,num,flag;uchar tab50=1,1; /11wuchar tab150=6,0; /60wuchar tab3;uchar code tab249=1,2,3,4,5,6,7,14,13,12,11,10,9,8,15,16,17,18,19,20,21,28,27,26,25,24,23,22,29,30,31,32,33,34,35,42,41,40,39,38,37,36,43,44,45,46,47,48,49;void delay(uint z) /1msuint j,l;for(j=0;jz;

21、j+)for(l=0;l35;l+);void writecom(uchar com)lcdrw=0;delay(5);lcdrs=0;delay(5);lcd=1;delay(5);p0=com;delay(5);lcd=0;delay(5);lcdrw=1;delay(5);void writedate(uchar date)lcdrw=0;delay(5);lcdrs=1; delay(5); lcd=1;delay(5);p0=date;delay(5);lcd=0;delay(5);lcdrw=1;delay(5);void init()lcd=0; writecom(0x38);

22、writecom(0x0c); writecom(0x06); writecom(0x01);uchar jiance()if(bee)delay(30);if(bee)delay(30);return 1;else return 0;uchar mov() /黑線高電平if(in)delay(150);while(!in)/；delay(150);num+; flag=1; /flagreturn 1;else return 0;void add(uchar addr)while(jiance()&(flag=1) tabi=-0x10;tabi+1=addr/10;tabi+2=addr%

23、10;i=i+3;flag=0;break;void mode1()writecom(0x80);for(k=0;ki+6;k+)if(mov()add(tab2num);writedate(tabk+0x30);writecom(0xc0);for(k=16;ki+6;k+)writedate(tabk+0x30);void mode0()while(1)zhong(); writecom(0x80);for(k=0;ki+6;k+)if(mov()add(tab2num);writedate(tab1k+0x30); writecom(0xc0);for(k=16;ki+6;k+)writedate(tab1k+