摘要： 在日常生活中，为了检测埋在墙里面的照明线路的布置情况，设计了本探测仪。该照明线路探测仪以电磁感应理论和单片机技术为基础，采用STC89C52单片机为核心控制芯片，采用高精度低噪声差动放大器以及三态缓冲电路，经过多次耦合和放大后，输入到LM324比较器，经过比较后把该电信号输入到单片机进行处理，最终确定是照明线路的位置。
关键词： STC89C52；LM324；工频
中图分类号：TM923 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）34-0060-02
0 引言
要探测照明线路的位置，就要利用照明线路附近产生的工频磁场这一种弱磁信号，利用传感器把这一弱磁信号转换成电信号供单片机来计算判断。磁场探测是一种基本的探物的方法之一。目前国内的磁场探测仪存在着进度不高，稳定性差等弱点，本文采用高性能的传感器可以识别毫斯级别的弱磁信号。
1 弱磁信号的检测
测量微弱的磁场无法直接测量，需将微弱的磁场信号转换成电信号输送给单片机，由单片机来自动处理。测量磁场的方法主要有以下三种测量方法。
1.1 感应线圈 利用电磁感应现象。其感应电压的大小与线圈匝数、穿过线圈的磁通量变化率及线圈切割磁力线的速度呈线性关系。在照明电路通电的情况下，附近会产生磁场，而感应线圈可以测量照明电路附近的磁场的相对变化量，并把该信号输送到单片机。但感应线圈测量的灵敏度、测量的空间分辨力受到线圈缠绕的几何尺寸和形状影响较大。对工频率磁场信号不是很敏感。故线圈在测量工频信号不是很好。
1.2 霍尔元件 霍尔元件基于霍尔效应原理工作，测量绝对磁场大小。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点。且随着集成电路技术的发展，霍尔元件也有高度集成的发展趋势，且具有测量精度高和范广的特点，因此，应用也越来越广泛。
1.3 磁敏电阻 磁敏电阻传感器利用薄膜化的磁电阻敏感元件将与磁场变化转化为电信号输出。但磁阻传感器需在有效范围内才能感知磁性物体的存在或者磁性强度。本系统中的照明电路的磁场附近有比较多的干扰信号。
综合以上三个测量方案，本设计根据实验室现有的条件及现有的知识结构，选择用霍尔元件作为探测元件来探测照明线路的位置。
2 采集系统的软硬件设计
本系统以ST公司生产的STC89C52作为控制核心，其硬件电路可以分为以下两个部分，一部分为线圈振荡电路；另一部分为控制电路。其中线圈振荡电路包括多谐振荡电路、放大电路和探测元件。如图1所示。
在硬件设计中最为核心的就是信号采集电路，本文采用的是LM324比较器来判断磁场的强弱。为了把采集到的照明线路的频率信号变成单片机能识别的数字信号，本设计采用LM324做比较器，得到ADC0信号，该信号再次分成两路输入到LM324的两个比较器，通过和环境噪声的比较，判断出是照明线路的位置。其硬件电路图如图2所示。
在无照明电路的情况下，假设霍尔元件输出电压为？滋0，该电压信号？滋0属毫伏级信号，必须要加以放大电路放大，从而得到0V～5V的输出电压U0，并通过ADC0809模数转换器转换输入到单片机储存起来作为基准电压，并与采集到的电压信号进行比较判断。
当霍尔元件靠近照明线路时，由于电磁感应现象，磁场会发生变化，霍尔元件可以感应到该磁场的变化，并将其线性地转变成电压信号？滋X，该信号同样是比较微弱的信号，经变放大电路放大得到对应的0V～5V的输出电压UX，经A/D转换后输入到单片机，由单片机来判断比较UX与基准电压U0两个电压，得到一个差值，此差值与预设的灵敏度？驻U再做比较。若此差值大于？驻U，本系统就确定为探测到照明电路，单片机就通过输出口对外输出，系统进行声光报警，使用者能够第一时间得知照明电路的位置，并通过液晶屏显示该位置。
根据上面的设计思路，本文的软件设计的总体流程如图3所示。
3 实验结果与分析
本文用11W的节能灯和60W的白炽灯的照明线路任意布置，并用5mm的五合板盖住，然后在五盒板上平均划分了49个方格，依次编上阿拉伯数字1-49。将制作的检测仪从第1个方格移动到第49个方格。如果该方格下面有电线，就声光报警并在液晶评上显示对应的阿拉比数字。获得的数据如表1所示。
4 结果分析
从表1中的数据可以看出，测量时间都在2分钟内，测量位置的准确性还是比较高的。针对测量过程，对每组数据进行多次测量求其平均值，用来作为最终的测量数据，在此基础上进行系统分析。这样处理数据也可以排除一些系统误差和随机误差，使得到的数据更具有科学性。从表中数据可以看出，本设计的绝对误差都比较小，也比较稳定。本设计基本符合设计要求。
参考文献：
[1]高晋占.微弱信号检测[M].北京：清华大学出版社，2005.
[2]李斌，陈建辉，陈维，等.基于CPLD及C语言的等精度频率计设计[J].电测与仪表，2006（7）：42- 45.
[3]涂有瑞.霍尔传感元器件及其应用[J].电子元器件应用，2002，4（3）：53-57.
[4]周省三.电磁场基本教程[M].北京：高等教育出版社，1985：248-249.
