暗线探测论文Word文件下载.docx

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摘要3

绪论4

1系统方案论证1

2模块方案与论证2

2.1控制模块2

2.2信号探测模块2

2.3坐标识别模块3

2.4显示模块4

3系统理论分析4

3.1电磁感应理论分析4

3.2探测系统理论分析5

3.2.111W节能灯探测理论分析5

3.2.260W白炽灯探测理论分析6

4电路设计6

4.1控制电路6

4.2坐标识别电路7

4.3显示电路7

5系统测试及数据分析8

5.111W白炽灯线路探测测试过程及数据8

5.260W白炽灯线路探测测试过程及数据11

5.3定位显示电路测试过程13

6总结14

附15

相关程序15

参考资料20

1系统方案论证

本系统采用STC12C5A60S2作为主控制器，通过无接触式电磁感应器，可精确感应到五合板后是否有通电电缆，通过超声波模块作为本系统的定位装置，加上12864液晶显示电路构成整个系统总电路，可组成简易照明线路探测仪，精确的实现了对五合板背面两根照明电缆的定位与识别，利用超声波模块进行定位。

利用超声波的测距原理将距离转换为坐标实现对坐标的精确定位。

以及电磁感应传感器，即实现了对带电电缆走向的定位。

系统框图如图一所示：

图1系统总体框图

2模块方案与论证

2.1控制模块

方案一：

AT89C51

使用传统的8051芯片，此类芯片资料多，程序易查找，使用容易及价格便宜等优点。

但是其运算能力较低，速度较慢，功能相对单一，难以实现较复杂的任务要求。

故不选用此方案。

方案二：

STC12C5A60S2

使用STC12C5A60S2为主控制器，该芯片指令代码完全兼容传统8051，但速度快8—12倍，内部集成MAX810专用复位电路。

2路PWM，8路高速A/D转换。

具有高速、低功耗、超强抗干扰的优点。

综上所述，故选用方案二

2.2信号探测模块

霍尔传感器

当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直的放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象称为霍尔效应，两端具有的电位差值称为霍尔电势U，U=KIB/d。

其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦兹力）的磁感应强度，d为薄片的厚度。

该方案霍尔电势小，经放大失真大，抗干扰能力差。

电感式接近开关

电感式接近开关由三大部分组成：

振荡器.开关电路及放大输出电路，振荡器产生一个交变的磁场，当带电电缆靠近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以致停振，振荡器震荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非触摸式之检测目的。

该方案原理简单，感应灵敏，但其不能精确分辨60W白炽灯和11W节能灯。

方案三：

电磁感应器

通过磁体缠绕铜丝，做成电磁感应器。

根据毕奥－萨伐尔－拉普拉斯定律,阐明电流元在空间某点所产生的磁场强度的大小正比于电流元的大小，反比于电流元到该点距离的平方，磁场强度的方向按右手螺旋法则确定，垂直于电流元到场点的距离。

该方案原理简单，抗干扰能力强。

能准确识别60W白炽灯和11W节能灯，

综上所述，采用方案三。

2.3坐标识别模块

超声波定位

通过超声波测距测的测量位置到地板距离X，到侧板的距离为Y，通过计算，即可判断测量位置的格子数。

超声波传感器受温度影响小，稳定性好，不需要外部电路处理，直接与单片机两个I/O口相连就可以控制此模块。

该方案精度高，易测量。

反射式红外传感器

采用反射式红外传感器进行定位，当反射式红外传感器越过方格界限的黑色线条时，会产生高电平脉冲信号。

送与单片机处理，即将方格数加1，从而达到对方格坐标的定位。

但该传感器面积小、无内部增益、灵敏度较低、响应速度慢，探头的定位还需要按一定的规律移动才能准确定位。

综上所述，根据实验要求。

故选用方案一。

2.4显示模块

1602液晶显示

采用1602液晶显示，该方案成本低，程序简单，但占用I/O口多，显示数据少，不能显示汉字与图形，无法满足本次试验要求。

12864液晶显示

采用12864液晶显示，该显示器资料多，程序易移植，支持并口和串口传输，占用I/O口较少，可以显示汉字与图形等优点，符合本次试验要求。

综上所述，故选用方案二。

3系统理论分析

3.1电磁感应理论分析

感应磁场为：

当导线无限长时，即l>

>

r时，感应磁场的标量方程为：

实际情况中，导线无限长不存在，导线为半无限长，即l>

r，则此时的感应磁场的标量方程为：

由公式3可知，感应磁场大小与通电导线的电流I成正比，与到导线的距离

成反比。

故交变的电流会产生变化的磁场。

3.2探测系统理论分析

3.2.111W节能灯探测理论分析

由于节能灯灯头内部还有一块电路，所以检测导线走向的磁场会有一个1KHz左右的基带信号，所以根据这一特点经过滤波,放大,整流就可以把这个基带信号提取出来，然后经过迟滞比较器与基准电压进行比较，通过发光二极管的亮灭判断是否探测到线路。

电路如图3-1所示：

图3-111W节能灯探测线路

3.2.260W白炽灯探测理论分析

由于白炽灯是纯电阻的器件，所以线圈感应到的信号就是一个50Hz的正弦信号。

经过放大，滤波，整形，将得到的信号送入迟滞比较器与基准电压进行比较，最后通过发光二极管的亮灭来判断是否检测到线路。

具体电路如图3-2所示。

图3-260W白炽灯探测线路

4电路设计

4.1控制电路

控制电路主要是采用STC12C5A60S2单片机，电路如图4-1所示：

图4-1控制电路

4.2坐标识别电路

坐标识别主要采用HC-SRO4超声波传感器模块，电路如图4-2所示。

图4-2坐标识别电路

4.3显示电路

显示电路主要采用12864液晶模块，电路如图4-3所示。

图4-3显示电路

5系统测试及数据分析

5.111W白炽灯线路探测测试过程及数据

11W白炽灯探测线路主要由LM324组成，电路采取分级焊接分级测量的方式。

保证每一级之间的结果不会相互影响，确保整个系统能可靠地的运行，实现设计的功能。

该系统电路主要分为第一级低通滤波放大电路，第二级高通滤波放大电路，第三级半波整流电路，第四级电压跟随器电路。

第一级电路如图5-1：

信号由A点输入，经过由R19和C7组成的低通滤波电路，滤掉杂波得到下限频率f0为995HZ的信号，输入运放同向输入端，在B点输出放大约200倍的信号。

如图5-2所示，黄色波形为输出波形，蓝色波形为输入波形。

HZ

图5-111W节能灯第一级放大电路图

图5-211W节能灯第一级输入与输出波形图

第二级电路如图5-3：

信号由B点输入，经过C8耦合电容，输入由R20和C9组成的高通滤波电路，滤掉杂波得到上限频率f1为312HZ的信号，输入运放反向输入端，在C点输出放大约2倍的信号。

如图5-4所示，黄色波形为输出波形，蓝色波形为输入波形。

图5-311W节能灯第二级放大电路

图5-411W节能灯第二级输入与输出波形

第三级电路如图5-5：

信号由C点输入，首先经过一个运放接入二极管，当为信号的正半周时，二极管导通，当为信号的负半周时，二极管截止，所以在D点输出的信号为半波整流脉动信号。

如图5-6所示，黄色波形为输出波形，蓝色波形为输入波形。

图5-511W节能灯第三级电路

图5-611W节能灯第三级输入输出波形

第四级电路如图5-7：

信号由D点输入，经过C11时，将第三级整流后的脉动直流电压变成相对稳定的直流电压。

经过电压跟随器后将电压稳定下来送入迟滞比较器，与基准电压进行比较。

如图5-8所示，黄色波形为输出波形，蓝色波形为输入波形。

图5-711W节能灯第四级电路

图5-811W节能灯第四级输入与输出波形

5.260W白炽灯线路探测测试过程及数据

60W白炽灯探测线路主要有LM324组成，电路采取分级焊接分级测量的方式。

该系统电路主要分为第一级放大电路，第二级带通滤波放大电路，第三级放大电路，第四级半波整流电路。

第一级电路如图5-9：

信号由A1点输入，经过一个运放，信号反向输入放大，在B1点输出一个放大约100倍的信号。

如图5-10所示，黄色波形为输出波形，蓝色波形为输入波形。

图5-960W白炽灯第一级放大电路

图5-1060W白炽灯第一级输入输出波形

第二级电路如图5-11：

信号由B1点输入，经过一个运放组成的带通滤波电路，在C1点输出通频带信号。

如图5-12所示，黄色波形为输出波形，蓝色波形为输入波形。

图5-1160W白炽灯第二级电路

图5-1260W白炽灯第二级电路输入与输出波形

第三级电路如图5-13：

信号由C1点输入，经过一个放大电路，在D1点输出一个放大约50倍的信号。

如图5-14所示，黄色波形为输出波形，蓝色波形为输入波形。

图5-1360W白炽灯第三级电路

图5-1460W白炽灯第三级电路输入及输出波形

第四级电路如图5-15：

信号由D1点输入，首先经过一个运放接入二极管，当为信号的正半周时二极管导通，当为信号的负半周时，二极管截止，所以在D点输出的信号为半波整流脉动信号。

经过C2时，将前面整流后的脉动直流电压变成相对稳定的直流电压。

如图5-16所示，黄色波形为输出波形，蓝色波形为输入波形。

图5-1560W白炽灯第四级电路

图5-1660W白炽灯第四级电路输入及输出波形

5.3定位显示电路测试过程

定位显示电路的测试主要是将液晶12864模块，STC12C5A60S2控制模块，探头感应模块以及HC-SRO4超声波传感器模块结合在一起使用。

通过探头感应模块在五合板上对电缆的感应，然后HC-SRO4超声波传感器模块通过测距将数据发送给控制模块，最后由单片机控制模块将距离转换为格数显示在12864液晶上。

12864液晶模拟的五合板7X7方格如图5-17所示。

图5-177X7方格图

6总结

本论文是采用STC12C5A60S2来实现五合板背面带电电缆走向的测量，利用12864液晶作为显示器件，通过产生波实现对格数的定位。

具有可控性好，易于操作的优点。

交变的电流会产生变化的感应磁场，通过电磁感应，实现对五合板背面带电电缆走向的检测。

不过也在电路检测的过程中，出现采集过来的采集信号形成的波形杂和电压低的问题，最后在老师和组员的团队共同努力下，通过更改方案，终于解决了这个问题。

在完成项目过程中也让我们学到了很多。

首先明白了团队之间分工合作的重要性，队员之间不仅要各司其职，做好自己的工作，而且还要对本组课题的重难点问题进行探讨和思考，帮助其他队员解决困难；

其次对电路的基本知识原理作用也更加重视要，不仅要了解还要会灵活运用；

对于程序的编写、焊接电路和画电路原理图时要特别仔细等。