静电场场强测量仪设计Word下载.doc

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学号：

1209000206

所在单位：

电气信息工程系

答辩日期：

2016年6月

毕业设计（论文）原创承诺书

1．本人承诺：

所呈交的毕业设计（论文）《静电场场强测量仪设计》，是认真学习理解学校的《电气信息工程系毕业设计写作规范》后，在教师的指导下，保质保量独立地完成了任务书中规定的内容，不弄虚作假，不抄袭别人的工作内容。

2．本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和研究成果，均在文中加以注释或以参考文献形式列出，对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中注明。

3．在毕业设计（论文）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。

4．本人完全了解学校关于保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交论文和相关材料的印刷本和电子版本；

同意学校保留毕业设计（论文）的复印件和电子版本，允许被查阅和借阅；

学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计（论文），可以公布其中的全部或部分内容。

以上承诺的法律结果将完全由本人承担！

作者签名：

年月日

目录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT II

第1章绪论 1

1.1设计场强测量仪的背景及意义 1

1.2静电场场强测量仪研究的国内外研究现状 1

1.2.1测量电电场常用的研究方法 1

1.2.2场强测量仪的国外研究现状 2

1.2.3场强测量仪的国内研究现状 3

1.3本课题研究的主要内容 3

第2章整体方案设计 4

2.1总体实现原理概述 4

2.2系统主要元器件的介绍 4

2.2.1霍尔传感器 4

2.2.2集成运放 5

2.2.3A/D转换器 6

2.2.4液晶显示器 7

2.3关键技术难点与解决途径 7

第3章静电场场强测量仪的具体设计 8

3.1霍尔元件 8

3.1.1霍尔效应 8

3.1.2霍尔元件模型的创建 9

3.1.3AD/DA转换电路 10

3.2基准电压的设计 12

3.3调理电路模块的设计 12

3.3.1信号处理与采集电路 12

3.3.2仪表放大单元 12

3.3.3数字调零 14

3.4A/D转换电路 14

3.5液晶显示单元 15

3.6单片机及存储系统 16

第4章系统软件设计 17

4.1主程序软件设计 17

4.2A/D软件设计 18

4.3数据处理模块 20

4.4液晶显示单元软件设计 20

第5章仿真结果及分析 24

结论 26

致谢 27

参考文献 28

附录1

摘要

本设计是制作一种静电场场强测量仪，该设计有硬件和软件两部分共同实现。

硬件部分由霍尔传感器，调整电路，A/D转换器，微处理器CPU，液晶显示器五个部分组成。

硬件设计过程中绘制出系统原理图，完成整个硬件系统的搭建及系统的调试工作。

软件部分即通过对单片机编程，在LCD液晶上实现测量信号的动态实时显示，显示环境信息等相关参数。

整合程序，使编程实现静电场场强测量仪基本功能。

进一步完善程序，增加整个系统的稳定性。

本设计既可测量直流电场，又可测量交变电场，体积小，性能高，适用频率范围宽，应用前景广泛，适用于宽频的静电场、微波、直流电场、计算机房、电厂和用电环境等永久电场，具有较大的应用价值。

关键词：

测量仪；

硬件；

软件；

电场

Ⅰ

ABSTRACT

Thisdesignistomakeakindofelectrostaticfieldintensitymeasuringinstrument,thedesignofthehardwareandthesoftwaretwopartstogethertoachieve.HardwarepartconsistsofHallsensor,adjustingcircuit,a/Dconverter,CPUmicroprocessor,liquidcrystaldisplayfiveparts.Drawthesystemschematicdiagramofthehardwaredesignprocess,completetheentirehardwaresystemisbuilt,andthesystemdebuggingwork.Partofthesoftwarethroughofmicrocontrollerprogramming,LCDtoachieverealtimedynamicdisplayofsignalmeasurement,displayenvironmentinformationandotherrelatedparameters.Programintegrationmakesprogrammingtoachievethebasicfunctionsofaportableelectromagneticfielddetector.Tofurtherimprovetheprogram,increasethestabilityofthewholesystemQualitative.

ThedesigncanmeasureDCmagneticfield,andmeasuringthealternatingmagneticfield,smallvolume,highperformance,applicablefrequencywiderangeandapplicationprospectarewidelyforbroadbandelectromagneticfield,microwave,DCelectromagneticfieldelectromagneticfield,computerroom,powerplantsandelectricityenvironmentpermanentmagneticfield,withgreatapplicationvalue.

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Keywords：

Measuringinstrument；

hardware；

software；

magneticfield

吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）

第1章绪论

1.1设计场强测量仪的背景及意义

静电场普遍存在于人们的生产生活中，是一种可控的物理场，具有其独特的性能。

近年来，随着经济的快速发展，人们对物质生活的要求越来越高，电视机，电冰箱，空调，电脑等各种高科技电器产品都已普及千家万户。

然而，科学研究发现，各种电子产品或电子设备在人们的使用过程中都会产生一种对人体具有潜在危害的物质--电磁波，这些电磁波对人体产生辐射作用。

常见的例如，为什么人坐在电脑前久了皮肤会变差？

严重的特别是高频电磁波和强度较大的电磁场作用于人体后，导致人的精力和体力集聚衰退,容易得白内障、心血管等疾病，甚至导致人类免疫机能的下降,从而引起癌症等病变。

这些困扰人们生活的其中之一就是电磁场辐射。

可见，静电场的测量极为重要，目前静电场的测量已广泛应用于工业、电子、通讯和国防等科学研究，但是高精度、场强测量仪多用于科学研究，且价格昂贵，因此开发一种价格低廉，场强测量仪具有较强的应用价值及重大意义。

1.2静电场场强研究的国内外研究现状

1.2.1测量电场常用的研究方法

测量电磁场方法如下：

1.电磁感应法

在电磁感应定律中得到了电磁场强度。

一些屏蔽措施与接地是这些测量和单线圈的重要环节。

我们这样做可以使系统更加稳定与牢固。

我们要算出电流的计算值，然后再将磁场的数值与原来的数值进行比较,如果差别很小的话,就说明这个方案是可以的。

这里有很多问题，但最主要的问题就是屏蔽的问题。

我们要更多的去了解那些问题，才可以让方案更好的实施。

2.霍尔效应法

霍尔效应法是可以测量传感器数值的办法。

它是由电外部的电源来给提供电压的，从而获得电流。

这种方法有很多好处，它可以调节我们制作电路图中电阻，从而得到我们想要的电流数值。

它的作用就是可以显示仪表的数值还可以记录仪器中的输入阻抗。

霍尔元器件一般在仪器中的作用就是记录磁通的状态，开关的属性就是随着材料的不同而不动，当我们设计中需要的磁场达到饱和状态，我们都会按照要求选择元器件的开关。

它采用霍尔传感器的电位，相应的范围太小，阻力。

通过不断输入励磁电流作为传感器的输出。

3.电阻效应法

电场的变化就是随着电阻的变化而变化。

这些效应的变化就是在这个力的作用下变化而来的。

在系统达到稳定的时候也就是电场力等于这个力，载流子在两端集聚产生霍尔电场，速度较慢的载流子偏向于电场力方向，大大减少，从而使电阻增加该方法的一个装置将在一个外部磁场和一个串联电阻，在电流源连接的电阻，通过调整约束装置的尺寸大小的电流，用电压表测量电压和电阻可以抑制电压，最后电力。

4.电通门法

这就是传感器的最主要的材料。

它的属性很好，材料更加稳定。

我们需要有两个线圈都是围绕着它来运转的。

在这两个线圈的运转上我们可以确定信号的来源以及变化。

我们可以通过电场来判断磁场以及谐波的变化。

这些方法各有优缺点，核磁共振光谱测量方法具有较高的灵敏度，但测量误差是比较大的。

高分辨率的我的门方法测量约10赫兹的频率，但是，只适用于测量缓变的恒定磁场对一般职业低，测量地磁勘探。

是一种理想的方法来测量的霍尔器件，具有灵敏度高，体积小，一个范围广泛的频率和温度可以测量的,而且这种方法不仅能测量恒定电场,还能测量交变电场，简单、方便又可靠。

1.2.2场强测量仪的国外研究现状

当然，必须有相应的静电场的测量仪器检测场强测量仪的过程中需要很多测量仪来检测。

我们要通过了解这些测量仪的知识与用法才能知道它的频率。

1.宽带辐射测量仪

现在比较这种测量仪的结构都是由两个探头来组成的。

这种测量的是通过测量流过电阻的大小来判断数据的从而我们能测量出来数值。

它的探头是通过的它反应的快慢。

来实现天线的长度小于半波长。

这个仪器是由二极管，正交天线组成的，它这样就能确保检测到子弹的速度。

2.选频式窄带辐射测量仪

这是一种在我们日常生活中常见的测量仪。

它测的电场强度比较的小的东西。

选它是通过测量频率来确定场强的。

它的测量范围比较小，但是他的优点就是他的精准度要比一般的测量仪要精准的多。

在一些特定的情况下我们只能用这种测量仪，它的实用与便捷为我们生活提供了很多便利。

1.2.3场强测量仪的国内研究现状

1.液注式测量仪

1998年，苏永宏等对高绝缘性烃类液体燃料的静电雾化进行了试验研究，所采用的试验装置由静电雾化器、