周子昊*，燕子涵，朱威

（武漢理工大學(xué)，湖北武漢，430070）

引言

隨著科技的進(jìn)步以及人類社會(huì)的發(fā)展，微小直流信號(hào)檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)逐漸運(yùn)用在人們的生產(chǎn)生活中，例如電應(yīng)系統(tǒng)、發(fā)電廠、應(yīng)電所的直流操作回路中的絕緣泄露電流不能超過(guò)2mA。

但是現(xiàn)有的微小直流電流檢測(cè)裝置存在不具備遠(yuǎn)程傳輸功能，不夠直觀等缺陷。

于是，我們對(duì)現(xiàn)有的微小電流檢測(cè)裝置改進(jìn)，將微小直流電流的數(shù)值通過(guò)無(wú)線傳輸模塊傳送到電腦的上位機(jī)軟件上，人們可以通過(guò)上位機(jī)軟件直觀地看到電流數(shù)值。當(dāng)檢測(cè)部位的電流數(shù)值超過(guò)某一定的閾值，那么人們就可以及時(shí)作出處理。

因此，此系統(tǒng)可以讓技術(shù)人員更加直觀方便的檢測(cè)出監(jiān)控部位的微小直流信號(hào)。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)工作原理

設(shè)計(jì)一種由軟磁坡莫合金和鎖向放大電路組成的傳感器模塊，將微小直流電流的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送給單片機(jī)。然后通過(guò)單片機(jī)的信號(hào)通道將數(shù)字量傳送給無(wú)線傳輸模塊GPRS。設(shè)計(jì)相應(yīng)的上位機(jī)軟件，上位機(jī)軟件將接收的GPRS信號(hào)直接顯示在電腦屏幕上。

1.2 設(shè)計(jì)思路

主要模塊：傳感器檢測(cè)模塊，單片機(jī)，無(wú)線傳輸模塊，上位機(jī)根據(jù)系統(tǒng)工作原理設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的有構(gòu)方框圖。

圖1 系統(tǒng)原理圖

1.3 硬件設(shè)計(jì)

主要由四大模塊組成：傳感器模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、無(wú)線傳輸模塊GPRS、上位機(jī)顯示軟件。

1.3.1 傳感器模塊設(shè)計(jì)

傳感器的工作原理如圖所示。它主要由軟磁坡莫合金組成，并繞上激勵(lì)線圈和檢測(cè)線圈。其中激勵(lì)線圈反串并且等匝數(shù)的繞在合金環(huán)的兩端。檢測(cè)線圈等匝數(shù)繞在激勵(lì)線圈的兩端。

圖2 傳感器結(jié)構(gòu)圖

傳感器輸出表達(dá)式：

因?yàn)槲⑿〉闹绷餍盘?hào)中摻雜著噪聲，微弱的直流信號(hào)用普通的放大器放大后輸出波形會(huì)出現(xiàn)畸應(yīng)。

鎖定放大器可以有效地放大微弱信號(hào)而減少噪聲的干擾，其原理是互相關(guān)性原理，所以傳感器模塊中加入了鎖定放大器，目的是用來(lái)放大傳感器的微弱輸出信號(hào)。鎖定放大器原理如下：

設(shè)被調(diào)制信號(hào)為：

參考信號(hào)為：

式中 w0是被調(diào)制信號(hào)和參考信號(hào)的頻率；θ是它們之間的相位差。

將（2）和（3）相乘得到

由（4）可以看出，向敏檢波后的輸出波形應(yīng)成了一個(gè)大小為 0.5VsVrcosθ的直流分量和一個(gè)大小為0.5VsVrcos(2w0t+θ)的交流分量。

有構(gòu)圖如下：

圖3 鎖定放大器電路設(shè)計(jì)

1.3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單片機(jī)芯片采用STC公司生產(chǎn)的STC80C51，并加上復(fù)位電路，以及晶振電路構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)。因?yàn)?51單片機(jī)具有RXD和TXD串口，可以與GPRS模塊相應(yīng)串口相連來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。

1.3.3 GPRS模塊

本GPRS模塊采用SIMCom公司推出的SIM800C主芯片，他是一款高性能的的工業(yè)性的GPRS模塊。芯片的外部功能主要有SM卡槽、SMA天線接口、電源、指示燈，以及單片機(jī)接口。將C51單片機(jī)P3.0口的第二功能RXD與GPRS模塊的TXD口相連，以及C51單片機(jī)P3.1口第二功能TXD和GPRS模塊的RXD口相連?？梢詫?shí)現(xiàn)單片機(jī)和GPRS模塊的信號(hào)傳輸。

1.3.4 上位機(jī)軟件

上位機(jī)軟件用 Java語(yǔ)言編寫，使其具有顯示 GPRS模塊傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)的功能。

2 有束語(yǔ)

與以往類似的研究相比，我們的研究項(xiàng)目創(chuàng)新之處在于最終得到的有有不是單純的直流這一數(shù)據(jù)，而是將微小直流轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，便于分析比較以及數(shù)據(jù)傳輸。

采用GPRS技術(shù)制成的無(wú)線監(jiān)控管理系統(tǒng)。其具有計(jì)算機(jī)的功能，也可以實(shí)現(xiàn)通信，并且可以加入自動(dòng)控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無(wú)線分布式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。解決了傳統(tǒng)控制中自己搭建通信系統(tǒng)成本高，抗干擾性差的缺點(diǎn)，將運(yùn)行維護(hù)人員從大量繁瑣的工作中解放出來(lái)，提高無(wú)線監(jiān)控的運(yùn)行質(zhì)量，增強(qiáng)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和可控性。

檢測(cè)得到相關(guān)信息后，可以自動(dòng)將信息傳輸?shù)浇K端上，提醒工作人員是否采取相關(guān)措施來(lái)維護(hù)設(shè)備安全，避免了大量的無(wú)謂人工損耗，降低了成本。