基于msp430的電磁場(chǎng)檢測(cè)儀

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上便攜式工頻電磁場(chǎng)檢測(cè)儀參賽學(xué)校： 湖北工程學(xué)院物理與電子信息工程學(xué)院2014年4月摘要本設(shè)計(jì)是以STM32F103VET6單片機(jī)為控制核心，由帶通濾波器，信號(hào)放大電路，AD轉(zhuǎn)換器電路，Nokia5110液晶顯示器，按鍵控制電路，蜂鳴器電路部分組成。通過，將采集的電磁場(chǎng)信號(hào)通過LM358放大、濾波，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)顯示出來。當(dāng)電磁場(chǎng)的強(qiáng)度超過國(guó)家規(guī)定的安全范圍時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，并同時(shí)顯示檢測(cè)到的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度。該系統(tǒng)操作方便、性能良好，比較符合家庭生活中的工頻電磁場(chǎng)輻射的檢測(cè)。關(guān)鍵詞：1. 作品概述1.1背景：當(dāng)臺(tái)式機(jī)走入尋常百姓生活的那一刻開始，由電子產(chǎn)品引發(fā)的電磁

2、輻射污染在人們的生活中越來越引發(fā)關(guān)注?？梢姡姶艌?chǎng)的測(cè)量極為重要，目前電磁場(chǎng)的測(cè)量已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、電子、通訊和國(guó)防等科學(xué)研究，但是高精度、便攜式的電磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x多用于科學(xué)研究，且價(jià)格昂貴，因此開發(fā)一種價(jià)格低廉，便攜易用的電磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值及重大意義。目前測(cè)量電磁場(chǎng)常用的方法可分為如下幾種：1) 電磁感應(yīng)法電磁感應(yīng)法是由法拉第電磁感應(yīng)定律得到的，通過線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來確定磁通量的變化，從而得到電磁場(chǎng)強(qiáng)度。這種方法的測(cè)量元件采用了單匝線圈，通過良好的接地和屏蔽措施等提高測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗十?dāng)_能力。首先進(jìn)行電流值的計(jì)算，然后將磁場(chǎng)測(cè)得的結(jié)果與通過該電流計(jì)所得的理論值做比較，若誤差很小，即

3、可驗(yàn)證方案的可行性。這種方案最主要的是屏蔽問題，只要有很好的屏蔽措施，電磁感應(yīng)法就可以作為測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度的一種有效方法。2) 霍爾效應(yīng)法霍爾效應(yīng)法是采用霍爾傳感器來進(jìn)行測(cè)量的一種方法?；魻杺鞲衅饔呻娫刺峁┘?lì)電流，這種方法所采用的電路圖中有可變電阻，用來調(diào)節(jié)激勵(lì)電流的人小。霍爾電勢(shì)的負(fù)載電阻，一般用于表征顯示儀表、記錄裝置或放大器的輸入阻抗。磁通計(jì)中的傳感器一般都采用具有線性特性的霍爾元器件，開關(guān)特性隨磁體本身材料及形狀不同而不同，低磁場(chǎng)時(shí)磁通達(dá)到飽和狀態(tài)，直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的控制一般采用有開關(guān)元件的霍爾傳感器。它會(huì)產(chǎn)生不等位電勢(shì)，相應(yīng)的也會(huì)產(chǎn)生不等位電阻。由于采用恒流源輸入作為激勵(lì)電流，所以傳感器

4、的輸出只能由磁場(chǎng)的強(qiáng)度來決定。3) 磁阻效應(yīng)法磁阻效應(yīng)是指某些金屬或半導(dǎo)體的電阻值隨外加磁場(chǎng)變化而變化的現(xiàn)象。與霍爾效應(yīng)一樣，磁阻效應(yīng)也是由于載流予在磁場(chǎng)中受到洛倫磁力作用而產(chǎn)生。當(dāng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，某一速度的載流子所受到的電場(chǎng)力等于其洛倫磁力，載流子在兩端集聚產(chǎn)生霍爾電場(chǎng)，速度較慢的載流子偏向于電場(chǎng)力方向，速度較快的載流了則偏向于洛倫磁力方向。這種偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致外加電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的載流予數(shù)量人人減少，從而使電阻增加。這種方法將處于磁場(chǎng)中的磁阻器件與一個(gè)外接電阻串聯(lián)，接在恒流源的分壓電路中，通過調(diào)節(jié)電阻人小來調(diào)節(jié)磁阻器件中電流的大小，用電壓表可以分別測(cè)量外接電阻的電壓和磁阻器件的電壓，最后得到電磁場(chǎng)強(qiáng)度的大

5、小。4) 核磁共振法核磁共振法是一種采用掃場(chǎng)的方法觀察核磁共振現(xiàn)象并進(jìn)行共振頻率測(cè)量的一種方法。這種方法需要有一個(gè)恒定的外磁場(chǎng)B0和一個(gè)與B0和M所組成的平面垂直的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Bl。當(dāng)時(shí)，發(fā)生核磁共振。觀察核磁共振信號(hào)有兩種方法： 一是固定B0，讓Bl的頻率不斷的變化并通過共振區(qū)，當(dāng)吁時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)共振信號(hào)，這種方法稱為掃頻法。二是固定Bl的頻率不變，讓B0不斷變化掃過共振區(qū)，則為掃場(chǎng)法。一般情況下均采用掃場(chǎng)法。5) 磁通門法磁通門法是一種利用磁通門磁力儀進(jìn)行測(cè)量的方法，該儀器利用其有高導(dǎo)磁率的軟磁鐵芯在外磁場(chǎng)的作用下而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象測(cè)定外磁場(chǎng)。它的傳感器的基本原理基于磁芯材料的非線性磁化特性。

6、其敏感元件是由高導(dǎo)磁系數(shù)、易飽和材料制成的磁芯。有兩個(gè)繞組圍繞該磁芯，一個(gè)是激勵(lì)線圈，另一個(gè)是信號(hào)線圈。在交變激勵(lì)信號(hào)的作用下，磁芯的導(dǎo)磁特性發(fā)生周期性飽和與非飽和問的變化，從而使圍繞在磁芯上的感應(yīng)線圈的輸出信號(hào)與外磁場(chǎng)成正比，該感應(yīng)信號(hào)包含f、2f等其它的諧波成分，偶次諧波含有外磁場(chǎng)的信息，可以通過特定的方法提取取來。這些方法各有各的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)所在。例如核磁共振法測(cè)量具有較高的靈敏度，但是測(cè)得的誤差比較人。磁通門法的分辨率極高，但是測(cè)量的頻率范圍約和10Hz以內(nèi)，只適用于測(cè)量緩慢變化的恒定磁場(chǎng)，一般專業(yè)用于地磁勘探測(cè)量。霍爾效應(yīng)法是一種比較理想的測(cè)量方法，其使用的霍爾器件靈敏度高、體積小、適

7、心頻率和溫度范圍寬，而且這種方法既可測(cè)量恒定磁場(chǎng)，又可測(cè)量交變磁場(chǎng)，簡(jiǎn)單、方便又可靠。1.2產(chǎn)品方案：1.2.1設(shè)計(jì)要求與指標(biāo)要求能夠?qū)σ话愕墓ゎl電場(chǎng)（如電腦電源、顯示器電源等）進(jìn)行探測(cè)?？梢韵茸鲆痪S的傳感器，需要進(jìn)行微弱信號(hào)的放大、保持、模數(shù)轉(zhuǎn)換，顯示。系統(tǒng)的指標(biāo)要求：測(cè)量精度：uW/cm2、量程：1uW/cm2-1999uW/cm2、報(bào)警閥值：1uW/cm2、測(cè)試頻率：50Hz、誤差范圍4%。1.2.2設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)是以電感為探測(cè)模塊，環(huán)境中的電磁場(chǎng)在電感中產(chǎn)生電磁感應(yīng)，在電感中產(chǎn)生感應(yīng)電流。將電感產(chǎn)生的感應(yīng)電流經(jīng)過由LM358構(gòu)成的兩級(jí)放大400倍的放大模塊，再通過LM358設(shè)計(jì)的50H

8、z有源帶通濾波器的濾波模塊，Nokia5110液晶顯示模塊，蜂鳴器和LED構(gòu)成的聲光報(bào)警模塊和STM32F103VET6自帶的AD和控制模塊組成，系統(tǒng)供電由9V電池通過LM7805穩(wěn)壓模塊產(chǎn)生。將最后的輸出信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)的電磁輻射檢測(cè)儀進(jìn)行比對(duì)，得到信號(hào)與輻射強(qiáng)度的單值關(guān)系，然后通過數(shù)值擬合得到兩者之間轉(zhuǎn)化的系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的標(biāo)定。全系統(tǒng)使用9V電池供電，方便攜帶，功能齊全。系統(tǒng)操作方便、性能良好，比較符合家庭生活中的工頻電磁場(chǎng)輻射的檢測(cè)。其系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如下圖1所示：圖1 系統(tǒng)的總體框圖2. 電磁場(chǎng)強(qiáng)度探測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1主控芯片本系統(tǒng)使用MSP430系列的MSP430F149芯片，該芯片

9、最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。其中時(shí)鐘電路有兩個(gè)，一個(gè)是32768晶振，另一個(gè)是8MHz晶振，如果外部接了8MHz晶振，就可以切換使用外部的8MHz晶振。MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器（TI）1996年開始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集（RISC）的混合信號(hào)處理器（Mixed Signal Processor），內(nèi)嵌2個(gè)12位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，每個(gè)ADC有多達(dá)16個(gè)外部通道，可以實(shí)現(xiàn)單次或掃描轉(zhuǎn)換。在掃描模式下，轉(zhuǎn)換在選定的一組模擬輸入上自動(dòng)進(jìn)行。基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARM內(nèi)核內(nèi)核，其具有高性能的32位運(yùn)算能力，速度快，內(nèi)部

10、資源豐富，具有出色的實(shí)時(shí)性能、優(yōu)越的功效、高級(jí)的、創(chuàng)新型外設(shè)、最大的集成性等特點(diǎn)。2.2 LM358放大電路LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)?，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。其功能引腳圖如下圖所示：圖LM358功能引腳圖特性：1. 內(nèi)部頻率補(bǔ)償2. 直流電壓增益高(約100dB)3. 單位增益頻帶寬(約1MHz)4. 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?330V)5. 雙電源(1.5 一15V)6. 低功耗電流，適合于供電7

11、. 低輸入偏流8. 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流9. 共模輸入電壓范圍寬，包括接地10. 差模輸入電壓范圍寬，等于電壓范圍11. 輸出電壓擺幅大(0 至Vcc-1.5V)本設(shè)計(jì)采用兩級(jí)同相比例放大電路，前級(jí)同相輸入放大電路如圖5所示，信號(hào)電壓通過電容C1隔離直流分量加到運(yùn)放的同相輸入端，輸出電壓vo通過電阻R1和R2反饋到運(yùn)放的反相輸入端，構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。圖4 前級(jí)同相比例放大根據(jù)運(yùn)放虛短虛斷的定理，由公式可以知道，前級(jí)放大20倍，由于LM358可以單電源供電，因?yàn)轫憫?yīng)范圍可以根據(jù)反相輸入端的電位來設(shè)置零勢(shì)點(diǎn)。所以把零勢(shì)點(diǎn)設(shè)計(jì)為地，這樣就可以截?cái)嘭?fù)電壓，方便STM32F103VET6進(jìn)

12、行AD采集。其波形仿真如下圖所示，藍(lán)色為輸入信號(hào)，紅色為輸出信號(hào)。圖5 同相比例放大電路波形仿真2.3 LM358帶通濾波器帶通濾波器是指能通過某一頻率范圍內(nèi)的分量、但將其他范圍的頻率分量到極低水平的，與的概念相對(duì)。一個(gè)模擬帶通濾波器的例子是電阻-電感-電容電路(RLC circuit)。這些濾波器也可以用同組合來產(chǎn)生.一個(gè)理想的帶通濾波器應(yīng)該有一個(gè)完全平坦的通帶，在通帶內(nèi)沒有放大或者衰減，并且在通帶之外所有頻率都被完全衰減掉，另外，通帶外的轉(zhuǎn)換在極小的頻率范圍完成。實(shí)際上，并不存在理想的帶通濾波器。濾波器并不能夠?qū)⑵谕l率范圍外的所有頻率完全衰減掉，尤其是在所要的通帶外還有一個(gè)被衰減但是沒有

13、被隔離的范圍。這通常稱為濾波器的滾降現(xiàn)象，并且使用每十的衰減幅度的dB數(shù)來表示。通常，濾波器的設(shè)計(jì)盡量保證滾降范圍越窄越好，這樣濾波器的性能就與設(shè)計(jì)更加接近。然而，隨著滾降范圍越來越小，通帶就變得不再平坦，開始出現(xiàn)“波紋”。這種現(xiàn)象在通帶的邊緣處尤其明顯，這種效應(yīng)稱為。本設(shè)計(jì)采用FilterPro軟件設(shè)計(jì)的50Hz帶通濾波器，通過Multisim軟件仿真，F(xiàn)ilterPro軟件設(shè)計(jì)的50Hz帶通濾波器和Multisim軟件波形仿真如下圖所示：圖6 50Hz帶通濾波器圖7 Multisim波形仿真2.4 LCD顯示電路本設(shè)計(jì)顯示部分采用Nokia5110液晶顯示頻，Nokia5110是一款經(jīng)典機(jī)

14、型，可能由于經(jīng)典的緣故，舊機(jī)器很多，所以很多電子工程師就把舊機(jī)器的屏幕拆下來，自己驅(qū)動(dòng)Nokia5110，用于開發(fā)的設(shè)備顯示，取代LCD1602。Nokia5110的實(shí)物圖如下圖所示：圖8 Nokia5110實(shí)物圖使用Nokia5110液晶的四大理由:1. 性價(jià)比高，LCD1602可以顯示32個(gè)字符，而Nokia5110可以顯示15個(gè)漢字，30個(gè)字符。Nokia5110裸屏僅8.8元，LCD1602一般15元左右，LCD12864一般5070元。2. 接口簡(jiǎn)單，僅四根I/O線即可驅(qū)動(dòng)，LCD1602需11根I/O線，LCD12864需12根。3. 速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1

15、602的40倍。4. Nokia5110工作電壓3.3V，正常顯示時(shí)工作電流200uA以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動(dòng)設(shè)備。Nokia5110(PCD8544)的通信協(xié)議是一個(gè)沒有MISO只有MOSI的SPI協(xié)議，如果單片機(jī)有富裕的SPI接口，也可以利用硬件SPI，但通常沒有必要，只需要軟件程序模擬即可。其時(shí)序圖和引腳圖如下圖所示：圖9 Nokia5110工作時(shí)序圖圖10 Nokia5110引腳定義圖2.5 報(bào)警電路本設(shè)計(jì)采用三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和LED來實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，本設(shè)計(jì)采用S9013做開關(guān)管，S9013是一種NPN型硅小功率的它是非常常見的，在收音機(jī)以及各種放大電路中經(jīng)?？吹剿?，

16、應(yīng)用范圍很廣，它是NPN型小功率三極管。也可用作。發(fā)光二極管（英語(yǔ)：Light-Emitting Diode，簡(jiǎn)稱LED） 是一種能發(fā)光的電子元件。這種電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他的版本，時(shí)至今日能發(fā)出的光已遍及可見光、及，光度也提高到相當(dāng)?shù)墓舛?。而用途也由初時(shí)作為、顯示板等；隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)光二極管已被廣泛的應(yīng)用于顯示器、電視機(jī)采光裝飾和照明。LED具有效率高、壽命長(zhǎng)、不易破損、開關(guān)速度高、高可靠性等傳統(tǒng)光源不及的優(yōu)點(diǎn)。白光LED的發(fā)光效率，在近幾年來已經(jīng)有明顯的提升，同時(shí)，在每千流明的購(gòu)入價(jià)格上，也因?yàn)橥度胧袌?chǎng)的廠商相互競(jìng)爭(zhēng)的影響，而明顯下降。

17、雖然越來越多人使用LED照明作辦公室、家具、裝飾、招牌甚至路燈用途，但在技術(shù)上，LED在光電轉(zhuǎn)換效率(有效照度對(duì)用電量的比值)上仍然低于新型的，是國(guó)家以后發(fā)展民用的去向其電路圖如下圖所示：圖11 聲光報(bào)警電路2.6 穩(wěn)壓電路本設(shè)計(jì)可采用9V電池供電，方便攜帶。穩(wěn)壓芯片采用LM7805三端穩(wěn)壓芯片，用LM7805三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的LM78后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如lm7805表示輸出電壓為正5V。因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采

18、用。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。當(dāng)制作中需要一個(gè)能輸出1.5A以上電流的穩(wěn)壓電源，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來，使其最大輸出電流為N個(gè)1.5A，但應(yīng)用時(shí)需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應(yīng)采用同一廠家、同一批號(hào)的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量，以避免個(gè)別集成穩(wěn)壓電路失效時(shí)導(dǎo)致其他電路的連鎖燒毀。其穩(wěn)壓電路圖如下圖所示：圖12 電源穩(wěn)壓電路3. 電磁場(chǎng)強(qiáng)度探測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序由定時(shí)器2產(chǎn)生1ms中斷，每1ms AD采集一次，并保存在緩存中，每采集

19、一次數(shù)據(jù)就和上一次數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，把最大的值保存下來，每20ms讀取最大值一次，每100ms取5次平均，起到平滑濾波作用。最后和設(shè)置零點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，如果大于設(shè)定值，顯示數(shù)據(jù)并聲光報(bào)警，反之，則只顯示數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流圖如下圖所示： 圖13 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流圖3.2 插值原理及誤差分析本設(shè)計(jì)采用購(gòu)買的合格儀器進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)試數(shù)值用來校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)值，由于數(shù)據(jù)都是分散的，為了找到測(cè)量數(shù)據(jù)和采集的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，使用了一次插值原理。由于一次插值的誤差在本設(shè)計(jì)要求誤差范圍之內(nèi)，所以我采用了一次插值原理。而差值原理有鄰近差值，鄰近插值、一次插值、二次插值和三次插值等常用插值原理，次數(shù)越高，誤差越小，越接近真實(shí)值。

20、鄰近插值原理，如下圖所示，已知數(shù)據(jù)點(diǎn)x0,y0,x1,y1(x0x1)，求在x處(x0xx1)相應(yīng)的y值。要求得x的值，即看x與x0或x1之間的距離，如果x與x0的距離小于x與x1的距離，那么可以認(rèn)為y=y0,反之，則y=y1。鄰近插值的應(yīng)用存在很大的誤差，不太適合本設(shè)計(jì)的應(yīng)用。xyy0x0y1x1x圖14 鄰近插值原理圖一次插值原理，如下圖所示，已知數(shù)據(jù)點(diǎn)x0,y0,x1,y1(x0x1)，求在x處(x0xx1)相應(yīng)的y值。由線性關(guān)系方程可以得出，由此可以確定y與x1和x2之間的關(guān)系。圖15 一次插值原理圖本設(shè)計(jì)AD采集的數(shù)據(jù)和測(cè)量的數(shù)據(jù)如下表所示：AD采集電壓(mV)測(cè)量數(shù)據(jù)值(uW/cm

21、2)30035295011010642121710372431183314157335017793851975表1 采集數(shù)據(jù)與測(cè)量值根據(jù)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系可以求出，設(shè)AD采集的數(shù)據(jù)值為：x，購(gòu)買的儀器測(cè)量的數(shù)據(jù)為：y。根據(jù)一次插值的原理，因?yàn)閿?shù)據(jù)測(cè)量時(shí)跳變比較大，而所記錄下來的數(shù)據(jù)都是出現(xiàn)次數(shù)比較多的，那么根據(jù)公式可以算出：同理可以求出： 。根據(jù)每段測(cè)出來的數(shù)據(jù)來看，他們所表達(dá)的直線的斜率都很相近，所以取他們之間的平均值，即，所以可以近似的看成是這一條直線，那么AD采集出來的數(shù)據(jù)和儀器測(cè)量的數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系就可以用上述公式聯(lián)系起來了。線性插值并不一定總是能夠滿足精度要求，所以還有二次插值和三次插值原

22、理，二次插值原理如下圖所示，設(shè)數(shù)據(jù)點(diǎn)x0,y0,x1,y1，x2,y2 (x0x1x2)，求在x處(x0xx1)相應(yīng)的y值。由x0,y0,x1,y1 ,x2,y2構(gòu)造二次曲線，并求取在x點(diǎn)的函數(shù)值。若將通過三點(diǎn)的曲線表示為二次多項(xiàng)式：可知： 圖16 二次插值原理圖二次插值的誤差明顯比一次插值的誤差要小，而三次插值復(fù)雜程度更高，跟真實(shí)值更加的接近，三次差值比分段低次插值的優(yōu)點(diǎn)是具有收斂性與穩(wěn)定性，缺點(diǎn)是光滑性較差，不能滿足實(shí)際需要。例如高速飛機(jī)的機(jī)翼形線、船體放樣形值線、精密機(jī)械加工等都要求有二階光滑度，即二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，通常三次樣條(Spline)函數(shù)即可滿足要求。設(shè)上給出一組節(jié)點(diǎn)，若函數(shù)s(x

23、)滿足條件(1) ；(2) s(x)在每個(gè)小區(qū)間上是三次多項(xiàng)式.則稱s(x)是節(jié)點(diǎn)上的三次樣條函數(shù).若s(x)在節(jié)點(diǎn)上還滿足插值條件(3) (3.2.8.1)則稱s(x)為上的三次樣條插值函數(shù)。本設(shè)計(jì)的要求根本不需要這些高階的插值算法，一次插值原理即可滿足設(shè)計(jì)要求。由于采取的一次插值原理近似，系統(tǒng)存在一定的誤差，儀器的數(shù)值跳變，在選值上也存在一定的誤差，但是誤差范圍都在4%以內(nèi)，其誤差如下表所示：AD采集電壓(mV)測(cè)量數(shù)據(jù)值(uW/cm2)計(jì)算后的數(shù)據(jù)(uW/cm2)誤差值(%)30000%3529283.37%501101121.81%1064214271.43%217103710511.

24、35%243118311981.27%314157315971.53%350177918001.18%385197519961.06%通過以上的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)數(shù)值越小時(shí)，誤差越大。本設(shè)計(jì)基本滿足了設(shè)計(jì)的要求，能夠很好的檢測(cè)工頻條件的下電磁場(chǎng)輻射量，并能實(shí)時(shí)的顯示出電磁場(chǎng)的強(qiáng)度。由于基準(zhǔn)時(shí)使用的是購(gòu)買的產(chǎn)品，在選擇基準(zhǔn)值的時(shí)候數(shù)值跳動(dòng)，選值上就存在一定的誤差，買的產(chǎn)品也存在誤差，所以本設(shè)計(jì)設(shè)定的誤差范圍比較大，真正實(shí)際情況下所容忍的誤差較小。本設(shè)計(jì)僅適用于家庭中檢測(cè)工頻電磁場(chǎng)輻射，在要求高的范圍下，需要專門的環(huán)境來校準(zhǔn)。4. 電磁場(chǎng)強(qiáng)度探測(cè)系統(tǒng)的安裝與調(diào)試電感接隔直電容，環(huán)境中的電磁場(chǎng)在電感中

25、產(chǎn)生電磁感應(yīng)，在電感中產(chǎn)生感應(yīng)電流。將電感產(chǎn)生的感應(yīng)電流經(jīng)過由LM358構(gòu)成的兩級(jí)放大400倍，再通過LM358設(shè)計(jì)的50Hz有源帶通濾波器，輸出經(jīng)過STM32F103VET6自帶的AD采樣，用STM32F103VET6控制Nokia5110液晶顯示和蜂鳴器和LED構(gòu)成的聲光報(bào)警模塊系統(tǒng)供電由9V電池供電。將最后的輸出信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)的電磁輻射檢測(cè)儀進(jìn)行比對(duì)，得到信號(hào)與輻射強(qiáng)度的單值關(guān)系，然后通過數(shù)值擬合得到兩者之間轉(zhuǎn)化的系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的標(biāo)定。下圖為實(shí)物圖，測(cè)量數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)相差不大，在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的校準(zhǔn)后，系統(tǒng)基本達(dá)到課題要求，能夠檢測(cè)并測(cè)量出工頻電磁場(chǎng)的強(qiáng)度。圖17 系統(tǒng)實(shí)物圖在調(diào)試過程中，因?yàn)橥饨缧盘?hào)對(duì)于系統(tǒng)的影響比較大，當(dāng)靠近工頻輻射源時(shí)，放大電路同時(shí)將環(huán)境中其他頻率的信號(hào)放大了，其放大后的信號(hào)包含的頻率分量比較多，實(shí)物放大器輸出波形如下圖所示：圖18 放大器輸出信號(hào)由于放大輸出的信號(hào)含有的頻率分量比較多，所以在它的輸出端加上了一個(gè)50Hz的帶通濾波器，將其它頻率分量的信號(hào)濾除。經(jīng)過帶通濾波器輸出后的波形如下圖所示：圖19 濾波器輸出信號(hào)結(jié)束語(yǔ)通過對(duì)該系統(tǒng)硬件，軟