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        基于單片機(jī)的工程管線檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與制作

        2015-02-04 21:27:28劉勇李富強(qiáng)孫德明
        電子技術(shù)與軟件工程 2014年22期
        關(guān)鍵詞:STM32單片機(jī)

        劉勇++李富強(qiáng)++孫德明

        管線檢測(cè)儀,主要應(yīng)用在房屋裝修時(shí)查找墻體中的電線、水管和金屬物。使用管線檢測(cè)儀可以有效提高施工效率和施工的安全性。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,證明了設(shè)計(jì)制作的管線檢測(cè)儀能達(dá)到檢測(cè)水管、通電電線、金屬的目的,性能穩(wěn)定,檢測(cè)精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

        【關(guān)鍵詞】STM32單片機(jī) 水管檢測(cè) 電線檢測(cè) 金屬檢測(cè)

        1 緒論

        管線檢測(cè)儀是針對(duì)墻體中電線、水管、金屬而設(shè)計(jì)的檢測(cè)儀,設(shè)計(jì)運(yùn)用傳感器,用以檢測(cè)被測(cè)管線電壓電流大小、埋藏位置。

        本設(shè)計(jì)主要是對(duì)帶水的塑料水管、通電電線、金屬進(jìn)行檢測(cè)。針對(duì)水管檢測(cè),自己動(dòng)手制做了電容極板檢測(cè)傳感器進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)。針對(duì)通電電線,自己制作了感應(yīng)電板進(jìn)行信號(hào)檢測(cè);針對(duì)墻內(nèi)金屬,利用電渦流原理檢測(cè)信號(hào)。

        2 管線檢測(cè)儀硬件電路的設(shè)計(jì)

        檢測(cè)水管模塊,自制電容式傳感器,主要根據(jù)水管中水的電解質(zhì)不同于墻體的電解質(zhì),從而測(cè)量墻體中介電常數(shù)的變化,得到輸出信號(hào)隨被測(cè)水管位置變化的規(guī)律。

        利用電容充放電原理的脈沖型測(cè)量電路,其中E、f為方波激勵(lì)電源的幅值和頻率,D1-D4為特性相同的二極管,本設(shè)計(jì)選用IN4148,A為放大器,Cx1、Cx2即為差動(dòng)變面積式電容傳感器的兩個(gè)差接電容CAC,CBC,BL,為負(fù)載電阻。其中方波用于控制電容Cx1、Cx2的充放電。本設(shè)計(jì)選用NE555P來(lái)生成所需的方波,因?yàn)?55定時(shí)器外接電路簡(jiǎn)單,雖然產(chǎn)生的方波不是很好看,但經(jīng)過(guò)整形后會(huì)得到較好的波形。同時(shí)由于占空比與振蕩頻率之間彼此獨(dú)立,互不影響,可組成占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生器,且占空比調(diào)節(jié)范圍較寬。

        2.1 通電電線檢測(cè)

        實(shí)現(xiàn)原理為:當(dāng)電路處于常態(tài)時(shí),Q1因柵極懸空二導(dǎo)通,形成漏電流,Q2基極無(wú)電流流入,D3處于熄滅狀態(tài)。當(dāng)感應(yīng)板靠近AC220V或以上的交變電源時(shí),因電源在四周將形成一交變電場(chǎng),感應(yīng)板上將感應(yīng)出相應(yīng)交變電壓加到Q1柵極,感應(yīng)板上感應(yīng)電壓為負(fù)時(shí),Q1截止,電壓經(jīng)過(guò)R1、D4加至Q2基極,Q2導(dǎo)通,D3發(fā)光。從而檢測(cè)通電電線位置。

        2.2 金屬檢測(cè)

        工作原理為:Q1、L1、L2、C2、C3、R1、W組成高頻振蕩電路,適合的振蕩級(jí)增益可通過(guò)電位器W調(diào)節(jié)得到,適合的振蕩增益可使蕩器處于臨界振蕩狀態(tài),即剛好使振蕩器起振。這里的檢測(cè)電路由Q2、Q3組成,電路正常振蕩時(shí),振蕩電壓超過(guò)0.6V時(shí),Q2就會(huì)在負(fù)半周導(dǎo)通使C4放電短路,這樣可讓Q3截止;當(dāng)金屬物體靠近檢測(cè)線圈L1時(shí),金屬導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生渦電流,導(dǎo)致振蕩回路中的能量損耗增大,正反饋減弱,從而使處于臨界狀態(tài)的振蕩器振蕩減弱,甚至無(wú)法維持振蕩所需的最低能量導(dǎo)致不再進(jìn)行振蕩,使Q2截止,R2給C4充電,Q3導(dǎo)通,使蜂鳴器和發(fā)光二極管動(dòng)作。從而判定金屬物體的位置。

        3 總結(jié)

        本文設(shè)計(jì)的管線檢測(cè)儀的核心是STM32單片機(jī)。是集合三種功能的智能型檢測(cè)儀。該硬件的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔易用,軟件流程清楚明了,在保證實(shí)現(xiàn)基本工作性能的同時(shí)最大程度減小了成本。

        參考文獻(xiàn)

        [1]張文彬.電磁金屬檢測(cè)器的設(shè)計(jì)[D].天津:天津理工大學(xué),2013.

        作者單位

        中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 江蘇省徐州市 221008endprint

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