基于MXT8051單片機(jī)的電磁波測試儀的研制

　　軟硬件設(shè)計(jì)

　　硬件設(shè)計(jì)

　　如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)、信號采集、輸入輸出、電源、通訊接口五部分組成。系統(tǒng)工作流程如下：無線電波經(jīng)天線耦合成電信號，再經(jīng)過高頻二極管檢波送到放大單元，放大單元由一個(gè)運(yùn)放和一個(gè)模擬開關(guān)組成可變增益放大器，根據(jù)用戶選擇對信號放大并送入單片機(jī)第一路ADC，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

　　程序?qū)υ摂?shù)字信號進(jìn)行處理，記錄單位時(shí)間內(nèi)的最大值或平均值，送到顯示器上，如果超過安全值，通過發(fā)光二極管和蜂鳴器報(bào)警。顯示部分為段碼LCD。另外系統(tǒng)還通過串口把檢測到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳，以便電腦進(jìn)行更復(fù)雜的分析。電源部分采用兩節(jié)7號電池供電，為了保證電池電壓低的時(shí)候系統(tǒng)正常工作，用一顆升壓芯片L6920把電壓升到3.3V，同時(shí)用單片機(jī)的第二路ADC監(jiān)視電池電壓，如果電量過低，同樣報(bào)警。

　　本次設(shè)計(jì)選用了市面上一款現(xiàn)有產(chǎn)品的外殼，殼子上未留按鍵的位置，但是有一個(gè)帶開關(guān)的電位器的位置，在此做了一個(gè)變通設(shè)計(jì)，即把它設(shè)計(jì)成一個(gè)單向飛梭，即用電位器不同的電阻值代替不同的按鍵，通過單片機(jī)的第三路ADC采集電位器分壓值，然后程序換算成不同的按鍵值，這樣剛好滿足本機(jī)的簡單輸入要求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的不同模式設(shè)置。該機(jī)設(shè)置了4種采集模式，如表1所列。

　　軟件設(shè)計(jì)

　　本項(xiàng)目代碼采用C語言編寫，分為三部分模塊，分別為主程序、定時(shí)器中斷程序和ADC中斷程序。其中定時(shí)器中斷程序用來產(chǎn)生ADC采樣的時(shí)基，ADC中斷程序用于轉(zhuǎn)存采樣結(jié)果和切換采集通道，這兩部分比較簡單，下面重點(diǎn)介紹一下主程序的執(zhí)行過程。

　　如圖2所示，為系統(tǒng)主程序流程圖。首先系統(tǒng)上電后單片機(jī)進(jìn)行各個(gè)模塊初始化。設(shè)置ADC進(jìn)行3個(gè)通道的順序轉(zhuǎn)換，點(diǎn)亮綠色發(fā)光管表示系統(tǒng)正常運(yùn)行，初始化串口，初始化PWM以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。

　　然后開始系統(tǒng)的大循環(huán)操作。先是不停判斷轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志位，如果轉(zhuǎn)換完成，則分別對三個(gè)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括去掉較大或較小的偽值，對數(shù)據(jù)取平均值。接下來先判斷電池電量是否低于預(yù)設(shè)值，如果是，則驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，同時(shí)在LCD上顯示電池欠壓符號。下面判斷電位器分壓值是否變化，如果變化范圍超過預(yù)設(shè)值，說明用戶進(jìn)行了操作，則根據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果設(shè)置對應(yīng)的工作模式，改變增益，同時(shí)LCD上顯示切換到顯示對應(yīng)的模式代碼4秒鐘，在4秒內(nèi)如再無操作則LCD繼續(xù)顯示轉(zhuǎn)切換前的內(nèi)容。下一個(gè)運(yùn)算是根據(jù)前面得到的電磁波信號強(qiáng)度計(jì)算其具體示值，如果計(jì)算完成則顯示出來并通過串口發(fā)出去，同時(shí)判斷示值是否超出預(yù)設(shè)值，如超出，則驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，并點(diǎn)亮紅色發(fā)光二極管，進(jìn)行聲光報(bào)警。到此整個(gè)大循環(huán)執(zhí)行了一遍，然后繼續(xù)從判斷轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志位開始執(zhí)行下一次循環(huán)。

　　由上面描述可以看出，整個(gè)程序是以轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志位開始順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)，程序框架比較簡單高效，實(shí)時(shí)性好，代碼量少。

　　產(chǎn)品化可行性分析

　　該類產(chǎn)品在市場上已經(jīng)存在，但是售價(jià)均在幾百元左右，本文采用高集成度的 MXT8051控制器，由于自帶ADC、LCD驅(qū)動(dòng)、串口等模塊，外圍電路很少，可以將成本控制在幾十元左右，具有很強(qiáng)的價(jià)格優(yōu)勢。

　　生產(chǎn)可行性分析

　　該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，器件幾乎全部選用貼片元件，便于批量生產(chǎn)調(diào)試;器件均選用常見元件，沒有采購困難;整機(jī)只有單塊PCB板，安裝調(diào)試非常方便，因此有很好的生產(chǎn)可行性。

　　社會(huì)效益分析

　　目前市場上對電磁波的預(yù)防多為被動(dòng)方式，如穿戴防輻射服、防輻射內(nèi)衣等，而本產(chǎn)品則為主動(dòng)防御，讓人們有評估自己環(huán)境的手段，能從根本上防御電磁波的輻射，因此有很好的市場前景。同類產(chǎn)品現(xiàn)在售價(jià)太高，動(dòng)輒幾百元，甚至上千元，本產(chǎn)品成本不到50元，因而能夠做到平民化的價(jià)格，具有很好的競爭力。本身的低功耗和環(huán)保功能結(jié)合起來，是名副其實(shí)的綠色產(chǎn)品，因此具有極高的社會(huì)效益。