简易照明线路检测仪毕业论文1.docx
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简易照明线路检测仪毕业论文1
毕业设计（论文）
题目
简易照明线路检测仪
学生姓名
王杰
学 号
17
教学院系
电气与电子工程系
专业班次
应用电子技术2011级11223
指导教师
傅林
职 称
博士
单 位
成都工业学院
完成日期
2014
年
05
月
18
日
摘要
简易照明线路检测仪可以隔着墙壁检测带电电缆的位置，从而避免电缆的损坏等，。
设计以AT89C51作为系统的核心芯片，主要有电磁场信号检测模块，节能灯与白炽灯分辨模块，电线定位模块，计数模块，滤波电路，LCD12864显示模块构成。
整个系统由经典电源模块降压滤波供电，利用电磁场信号检测模块检测带电电缆附近的电磁场，从而检测带电电缆；利用音频信号电路将节能灯中的高频信号取出，分辨处白炽灯与节能灯；将获得的信号放大后通过滤波电路后送给单片机，便能检测出信号。
本系统已通过实物测试，各项指标均已达到。
关键字：
线路检测；电磁场；定位检测；节能灯高频信号
Abstract
Simplelightingdetectorcandetectthepositionoftheelectriccableacrossthewall,soastoavoidthedamageofthecable,etc.,.DesignUSESAT89C51asthecorechipsystem,therearemainlyelectromagneticfieldsignaldetectionmodule,energy-savinglampandincandescentlamptodistinguishmodule,wirepositioningmodule,countingmodule,filtercircuit,LCD12864displaymodules.Thewholesystembyclassicdecompressionfilterforpowersupplypowersupplymodule,usingtheelectromagneticsignaldetectionmoduletestingelectriccablenearelectromagneticfield,todetectchargedcable;Removethehighfrequencysignalenergy-savinglampsuseaudiosignalcircuit,distinguishtheincandescentlightbulbswithenergy-savinglamps;Willreceivethesignalthroughthefiltercircuitafteramplificationtomicrocontroller,candetectthesignal.Thissystemhaspassedthephysicaltesting,theindicatorshavereached.
Keywords:
linedetection;Theelectromagneticfield;Positioningdetection;Energy-savinglampshighfrequencysignal
目录
摘要II
AbstractIII
第一章、系统方案1
1.1系统方案论证与选择1
1.1.111w节能灯检测模块1
1.1.2方格序列号方案选择2
1.1.3计数模块2
1.14滤波电路3
1.2系统总体思路3
1.3系统总体方案设计3
第二章、理论分析与计算3
2.1检测节能灯原理3
2.2信号采样原理4
第三章、系统电路设计4
3.1检测电缆通电电路的设计4
3.2方格序列号检测电路5
3.360W白炽灯和11W节能灯通电电缆判断电路5
3.4光电计数模块5
3.5滤波电路6
3.6总体电路图7
第四章、系统程序设计8
4.1主程序流程图8
4.2判断方格序列号模块流程图9
4.3回放模块流程图9
第五章、测试方案与测试结果10
5.1测试仪器10
5.2测试数据与结果10
5.3数据分析与结论12
总结与展望13
一、总结13
二、今后的研究方向13
参考文献14
致谢15
附录1程序………………………………………………………………………………………16
第一章、系统方案
本系统包含电磁信号检测模块、电磁场信号检测模块，节能灯与白炽灯分辨模块，电线定位模块，计数模块，滤波电路，LCD12864显示构成，系统组成图如下。
图1系统框图
1.1系统方案论证与选择
1.1.111w节能灯检测模块
方案一：
用霍尔传感器测量60W白炽灯和11W节能灯电缆周围磁场强弱来区分两灯带电电缆。
由于现实中存在较多的电磁场，电缆周围产生磁场太弱，两灯通电电缆产生磁场强弱相差不大。
用霍尔传感器实现起来较困难。
方案二：
用音频信号原理取出11W节能灯产生的对电源的干扰信号来区分11W节能灯电缆。
（11W节能灯内部集成了一个开关电源，开关电源会产生一个对电缆的干扰信号）故能直接检测出节能灯通电电缆。
综合以上2种方案，选择方案二。
1.1.2方格序列号方案选择
方案一：
使用超声波传感器检测每个方格到指定点的距离来判断方格对应的序号。
超声波测距的误差可以精确到1cm，但是在操作过程中设置的回声定位装置不能太小，太小边缘的位置无法检测，装置过大又会影响测量精度。
方案二：
使用按钮计数的方法来确定方格序列号。
当需要检测的时候先用键盘输入对应的序列再进行检测。
此方法准确最高，但是机动性差。
方案三：
利用红外对射管ST178来区分方格边框，用单片机计数器对扫描到的边框个数计数确定坐标值，此方法的好处是测量准确、速度较快。
综合以上3种方案，选择方案三。
1.1.3计数模块
方案一：
利用光电传感器扫描二维码的方式来区分每一个点的所代表的位置，此方式的好处扫描的可靠性非常高
方案二：
利用手动按按钮来计数，从而记住所在位置，此方式的好处是简洁。
方案三：
利用光电传感器扫描每个位置的黑线条来计数，从而记住所在位置，此方式的好处是可靠，扫描速度快，设计简单。
综合以上3种方案，选择方案三。
1.14滤波电路
方案一：
利用电容加方式滤波，此方式的好处是简单。
方案二：
利用D触发器方式滤波，此方式的好处是，能将接受的不规则波形转化为可被单片机接受到得方波
综合以上2种方案，选择方案二。
1.2系统总体思路
本设计的思路是利用音频电路取出节能灯产生的干扰信号；使用红外线传感器ST178和按键来对方格定位；用LCD12864作为系统显示；用蜂鸣器进行线路检测报警。
1.3系统总体方案设计
电源模块给整个系统供电；按键模块实现扫描启动、回放坐标功能；节能灯检测模块实现节能灯电缆通电检测功能；方格定位模块实现坐标定位功能；12864显示模块实现坐标回放、时间显示功能；控制模块AT89C51单片机是整个系统的控制核心，控制各个模块协调工作，从而实现线路探测功能。
第二章、理论分析与计算
2.1检测节能灯原理
如图所示为白炽灯原理图，由图可知白炽灯为电感性负载，电感性负载会产生一个反电势，该电势被传回电缆电路，利用音频电路检测出此反电势即可检测出11W白炽灯电缆。
2.2信号采样原理
信号的采样通过一个自制电感天线接收白炽灯产生的干扰信号，该信号经放大整形后再使用功率放大器将其滤波放大，然后送单片机处理。
如图2所示
图2信号采样原理框图
第三章、系统电路设计
3.1检测电缆通电电路的设计
本系统电路包含信号的采集、输出波形的处理模块。
电路原理图如图3所示。
图3电缆检测电路原理图图4K163电压电流特性图
3.2方格序列号检测电路
方格序列号检测电路如图5所示。
该电路实现检测每个方格序列功能，输出波形经整形后输入单片机计数口，通过计数判断方格序列。
图5方格序列检测电路
3.360W白炽灯和11W节能灯通电电缆判断电路
本电路通过一个电感线圈通过接受节能灯信号（不能接收白炽灯信号）经放大整形后产生一个方波接入单片机判断。
电路原理图如图6所示。
图6电缆判断电路
3.4光电计数模块
本电路接受外部的反射信号，每当信号没有反射时便通过光传感器将信号输入，然后将信号放大输出
图7光电计数电路
3.5滤波电路
本电路输入一个信号，当信号达到一定电压时便触发D触发器，使触发器翻转输出一个5V高电平信号
图8滤波电路
3.6总体电路图
本系统完整原理图如图7所示。
图9系统完整电路图
第四章、系统程序设计
4.1主程序流程图
该设计包含初始化模块、按键模块和扫描模块、回放坐标模块、显示模块等。
主流程图如下：
图9主程序流程图
4.2判断方格序列号模块流程图
该模块功能是检测每个方格所对应的序列号，由单片机P3.4口计数检测。
程
序流程图如图9所示。
4.3回放模块流程图
该模块功能是显示灯名、方格序列号、时间。
如图10所示
YES
方格序列检测
NO
纠正扫描
检测第一行坐标扫描是否正确
YES
关闭计数器
检测按键是否处于松开状态
NO
存储坐标、报警
检测是否是有线区
扫描方格坐标
开计数、定时、中断
检测扫描键是否按下
返回
图11判断方格序列号流程图
第五章、测试方案与测试结果
5.1测试仪器
本系统测试仪器见表1-1。
表1-1系统测试仪器
名称
型号
用途
示波器
UTD2025C
检测采样信号
万用表
UT39A
检测输出信号幅度
1、测试方法：
a、模拟题目要求，先关闭60W和11W节能灯，将节能灯的电缆按要求布设完毕后将其点亮，手持探测仪在正面扫描带电电缆走向。
b、关闭节能灯，点亮60W白炽灯，手持探测仪在正面扫描带电电缆走向。
c、关闭两盏灯，改变两盏灯布局，使其间隔不少于一个方格，然后点亮两盏灯，然后在1分钟之内检查5个指示位置点是否有60W白炽灯。
d、关闭两盏灯，改变两盏灯布局，使其间隔少于一个方格，然后点亮两盏灯，然后在1分钟之内检查5个指示位置点是否有60W白炽灯
5.2测试数据与结果
表12分钟内节能灯电缆走向探测
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
电缆放置
方格个数
9
9
11
12
15
15
18
18
测试时间
（min）
1.2
1.3
1.1
1.5
1.6
2.1
1.5
1.7
回放正确
方格号个数
9
9
11
10
13
15
15
18
测试结果
成功
成功
成功
第6、8格未检测到
第4、16
格未检测
到
成功
第8、13
、16未检
测到
成功
注：
要求2分钟之内完成上述探测任务。
表22分钟内白炽灯电缆走向探测
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
电缆放置
方格个数
8
8/
10
10
12
12
14
14
测试时间
（min）
1.0
1.1
1.1
1.3
1.5
1.2
1.6
1.3
回放正确
方格号个数
6
7
9
10
10
10
14
13
测试结果
第7、19
格未检测到
第7格未
检测到
第16格
未检测到
成功
第9、15
格未检测到
第3、24
格未检测到
成功
第17格未检测到
注：
要求2分钟之内完成上述探测任务。
表31分钟内指定位置探测白炽灯电缆
指定5个方格
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
指定位置
方格情况
有电缆
方格个数
0
0
1
2
3
4
5
5
无电缆
方格个数
5
5
4
3
2
1
0
0
测试时间
（min）
0.8
0.9
0.8
0.7
0.8
0.9
0.7
0.8
回放正确
方格号个数
0
0
1
1
3
4
4
5
测试结果
成功
成功
成功
第7个方格未检测到
成功
成功
第16格个方格未检测到
成功
注：
改变2根电缆的布设，并使其间隔不小于一个方格。
表42分钟内指定位置探测白炽灯电缆
指定5个方格
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
指定位置
方格情况
有电缆
方格个数
0
0
1
2
3
4
5
5
无电缆
方格个数
5
5
4
3
2
1
0
0
测试时间
（min）
1.5
1.4
1.4
1.5
1.7
1.8
1.8
1.6
回放正确
方格号个数
3
4
3
2
5
4
4
5
测试结果
第24、39个方格未检测到
第35个方格未检测到
第9、11个未检测到
第8、13、24个方格未检测到
成功
第9个方格未检测到
第11个方格未检测到
成功
注：
改变2根电缆的布设，并使其间隔小于一个方格。
5.3数据分析与结论
由于节能灯是开关性负载，而现实中一般没有使用开关性负载，所以在本次测试中，节能灯测出的数据与真实值之间相差最小，可以达到要求。
在白炽灯的测试中，由于白炽灯不是开关性负载，所以更容易受到周围的影响。
第一次测试时就出现了较大的误差，经过把一些干扰信号屏蔽掉在次进行测量后误差明显减小。
综上所述，本设计达到设计要求。
总结与展望
一、总结
随着即将毕业，毕业设计也到了尾声，奋战了几个月终于将毕业设计全部完成。
在这个过程种历经了许多辛苦，但是同时也让我在这中感受到自己的存在，让自己也愉快的去体验这种生活。
非常感谢傅林老师的指点，让我觉得设计每次都能找到新的突破，从而完成了设计。
从我读大学开始，我就抱着对电子的热爱开始了自己三年的奋斗啊，每次的设计与奋斗都让我获得了很大的实践经历，让我不断地对电子方面的学习与认识达到了一个新的起点。
我非常感激每一个指点我的老师和师兄们，同时也庆幸能在大学碰到一群志同道合的朋友们。
时光荏苒，却留给我许多难忘的事情，让我学会了一个独自去面对许多困难，我将不会忘记这个让我成长的地方。
新的起点，我将会更加的努力去面对将来的一切困难直到成功。
二、今后的研究方向
在此设计的基础上会增加许多的智能化的操作，会在智能与检测准确方向继续设计
参考文献
【1】赵建领，薛圆圆.《51单片机开发与应用技术详解》.电子工业出版社
【2】于永.戴佳.常江.《51单片机C语言常用模块与综合系统设计实例讲解》.电子工业出版社
【3】郭天祥.《51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展全攻略》.电子工业出版社
【4】陈祝明.李晓宁《电子系统专题设计与制作》.电子科技大学出版社
致谢
本论文是在导师傅林的悉心指导下完成的，感谢导师在设计过程中的不断帮助，使我能成功的设计出此次的毕业设计。
附录1程序
/***********************************
程序功能：
电路检测模块化程序
版本：
2014.4.5
说明：
修改记录：
************************************/
#include
#include
#include"LCD12864.h"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitskay=P1^3;//扫描启动键
sbitms=P2^3;//模式切换键
sbitbeem=P1^7;//报警键
sbithuifang=P3^7;//回放键
ucharh=20,toul,i=0,F1=0,z=0;
uintt=0;//记录时间
ucharzb[20];//存储有线坐标值
voidV_panduan（）;
/***********************************
程序功能：
基本功能实现程序
说明：
变量：
************************************/
voidbaisc（）
{
if（F0==0）
{
skay=1;
if（skay!
=0）//判断检测键是否按下
{
dely_us（5000）;//延时去抖动
if（skay!
=0）
{
TR0=1;//启动计数
TR1=1;//开定时器
EX0=1;//开外部中断
toul=TL0;//读值
F0=1;//标记已按下
}
}
}
if（F0==1）//表示已经按下
{
toul=TL0;//读值
beem=1;
skay=1;
if（skay==0）//判断按键是否松开
{
dely_us（5000）;//延时去抖动
if（skay==0）
{
TR0=0;//关闭计数器
EX0=0;//关闭外部中断0
toul=TL0;//读值
F0=0;
z++;
if（（toul%7）!
=0）//判断能否整除7来判断扫描数据是否正确
{
switch（z）
{
case1:
{TL0=7;toul=7;};break;
case2:
{TL0=14;toul=14;};break;
case3:
{TL0=21;toul=21;};break;
case4:
{TL0=28;toul=28;};break;
case5:
{TL0=35;toul=35;};break;
case6:
{TL0=42;toul=42;};break;
case7:
{TL0=49;toul=49;};break;
default:
z=0;break;
}
}
}
}
}
}
/***********************************
程序功能：
回放函数
说明：
变量：
************************************/
voidhui_fang（）
{
ucharsss1[16],sss2[16],sss3[16],sss4[16];
ucharj,k,cc=0;
for（k=0;k<5;k++）
{
j=k*3;
sss1[j]=zb[k]/10;
sss1[j+1]=zb[k]%10;
sss1[j+2]='.';
if（sss1[j]==0）
{
sss1[j]='';
if（sss1[j+1]==0）
{
sss1[j+1]='';
sss1[j+2]='';
}
else
{
sss1[j]=zb[k]/10+0x30;
sss1[j+1]=zb[k]%10+0x30;
}
}
else
{
sss1[j]=zb[k]/10+0x30;
sss1[j+1]=zb[k]%10+0x30;
}
}
sss1[15]='\0';
for（k=5;k<10;k++）
{
j=（k-5）*3;
sss2[j]=zb[k]/10;
sss2[j+1]=zb[k]%10;
sss2[j+2]='.';
if（sss2[j]==0）
{
sss2[j]='';
if（sss2[j+1]==0）
{
sss2[j+1]='';
sss2[j+2]='';
}
else
{
sss2[j]=zb[k]/10+0x30;
sss2[j+1]=zb[k]%10+0x30;
}
}
else
{
sss2[j]=zb[k]/10+0x30;
sss2[j+1]=zb[k]%10+0x30;
}
}
sss2[15]='\0';
for（k=10;k<15;k++）
{
j=（k-10）*3;
sss3[j]=zb[k]/10;
sss3[j+1]=zb[k]%10;
sss3[j+2]='.';
if（sss3[j]==0）
{
sss3[j]='';
if（sss3[j+1]==0）
{
sss3[j+1]='';
sss3[j+2]='';
}
else
{
sss3[j]=zb[k]/10+0x30;
sss3[j+1]=zb[k]%10+0x30;
}
}
else
{
sss3[j]=zb[k]/10+0x30;
sss3[j+1]=zb[k]%10+0x30;
}
}
sss3[15]='\0';
for（k=15;k<20;k++）
{
j=（k-15）*3;
sss4[j]=zb[k]/10;
sss4[j+1]=zb[k]%10;
sss4[j+2]='.';
if（sss4[j]==0）
{
sss4[j]='';
if（sss4[j+1]==0）
{
sss4[j+1]='';
sss4[j+2]='';
cc++;
if（cc==5）
F0=1;
}
else
{
sss4[j]=zb[k]/10+0x30;
sss4[j+1]=zb[k]%10+0x30;
}
}
else
{
sss4[j]=zb[k]/10+0x30;
sss4[j+1]=zb[k]%10+0x30;
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