电场强度检测系统的设计

论文总字数：20166字

目 录

摘要· ················································································· 1

Abstract ·············································································· 2

1绪论 ················································································3

1.1本课题的研究背景 …………………………………………………………………………3

1.2本课题的研究目的和意义 …………………………………………………………………3

1.3本课题的研究内容 …………………………………………………………………………3

2系统方案设计····································································· 4

2.1系统总设计方案 ……………………………………………………………………………4

2.2系统硬件选择方案 …………………………………………………………………………4

2.2.1单片机的选择与论证 ……………………………………………………………… 4

2.2.2电平转换方案的选择与论证 ……………………………………………………… 5

2.2.3串口转USB模块转换芯片的选择与论证 …………………………………………5

2.3系统软件选择方案 …………………………………………………………………………6

2.3.1上位机软件开发环境的选择与论证 ……………………………………………… 6

3硬件设计 ··········································································7

3.1系统硬件总设计 ……………………………………………………………………………7

3.2电场强度传感器模块功能概述 ……………………………………………………………7

3.3 MC96F8316单片机功能概述……………………………………………………………… 8

3.4 USB转串口模块功能概述 ……………………………………………………………… 10

3.4.1 CH340芯片功能概述………………………………………………………………10

3.4.2 USB转串口模块工作原理…………………………………………………………11

4软件设计··········································································12

4.1单片机程序设计……………………………………………………………………………12

4.1.1单片机程序开发环境概述………………………………………………………… 12

4.1.2主函数的设计……………………………………………………………………… 13

4.1.3 A/D采样及转换程序设计………………………………………………………… 14

4.1.4定时中断程序设计………………………………………………………………… 15

4.1.5串口配置程序设计………………………………………………………………… 15

4.2上位机软件设计……………………………………………………………………………16

4.2.1上位机软件开发环境概述………………………………………………………… 16

4.2.2软件前面板设计…………………………………………………………………… 17

4.2.3程序框图设计……………………………………………………………………… 18

5系统调试及运行·································································23

5.1硬件调试……………………………………………………………………………………23

5.2软件调试……………………………………………………………………………………24

6毕业设计总结····································································26

参考文献············································································27

致谢··················································································28

电场强度检测系统的研究与设计

王郸

, China

Abstract: This paper introduces a system for electric field intensity detecting. This design uses the electric field intensity sensor to measure the electric field intensity of the device under test, then uses the single chip to carry on signal collection, A/D conversion and outputs the data, then the data is transferred to the host computer through the USB serial port module. After that, the real-time data and waveform are generated by the upper computer software developed by LabVIEW. It will help users to analysis and process the data. MC96F8316 is the core of system of control. Except that, it consists of electric field intensity sensor, CH340 USB-TTL module, and the PC software producing by LabVIEW, etc. The paper makes a comprehensive design in both parts of hardware and software. After debugging and testing, this electric field intensity detecting system has a simple structure and easy for people to use. In addition, the image of software is so convenient for data processing that will bring the system high practical value.

Key words: Electric field intensity; MC96F8316; USB-TTL Serial Module; LabVIEW; Data Processing

1绪论

1.1本课题的研究背景

无论是在日常生活还是工业生产中，我们的生活都离不开各种物理量的测量。其中，电场强度的测量也在许多地方有重要的应用。在大型交流输变电设备周围，存在着看不见摸不着的电场，一般被称作工频电场。工频电场通常产生频率较低的长波，长期工作在该环境中，人体会受到较大危害，神经衰弱几率大幅增加。国家规定在这样环境中工作的人都必须签订一份“职业病危害告知通知单”，可见危险性之高。随时监控该环境的电场强度和其他一些参数是保障安全的必要措施。

另外在许多地点，干扰电场也不可忽视。许多时候，仅仅是自然环境就能形成多种干扰，如自然电场干扰和大地噪声干扰等。在电台和电视发射塔等设施附近，这些看似微小的干扰有时候也会造成非常严重的后果。同样的，在这些地方也需要对电场强度等各类参数进行24小时的监控与数据分析处理，以防意外发生影响设施的正常运行。

1.2本课题的研究目的和意义

目前在大型设施中多采用工业级电场强度测试仪，可以对整个系统及周围环境的各类参数进行全方面检测。除了工业生产和大型设施附近需要监控实时电场强度，在个人级的环境中，如实验与民用设备，电场强度的测量通常由电场强度测试仪完成，这种设备通常是手持并自带一个LCD屏幕，在屏幕上显示实时数据并按频率刷新。它的原理是传感器接收模块在空间某点处感应电信号的大小，以表征该点的电场强度。许多身体特殊人群购买的“电磁辐射仪”有时候也是用了这个原理去测量被测电子设备在相应的距离上对人的电场强度的大小，来提醒使用者（如孕妇）注意使用电子设备的频率和次数以保护健康。

但是，无论是实验室的测试仪抑或是民用产品，都只能按照仪器的频率参数测试出实时电场强度大小，在实际测量中，该值通常波动较大并且受距离长短影响较大。仅仅使用电场强度测试仪在很多时候都有着较大的局限性，使用者无法对波动的数据进行有效的数据分析与处理。为了更好的实验效果和数据结果，设计一个电场强度数据传输监控系统是非常必要的。这个系统可以将测得的数据进行整理分析，自动产生波形图以便于后续进一步的数据处理。

远程监控系统的连接方式可分为无线连接和有线连接两大类。无线方式主要利用GPS技术，虽然有着传输距离远的优点，但是成本较高，且连接易受干扰造成误差，不适合在实验室和日常使用设备中。所以本设计采用TTL通信协议通过USB与上位机相连，将电场强度数据传输至计算机中进行数据分析处理。总线技术成本较低，结构简单，是该设计中最理想的数据通信技术。

1.3本课题的研究内容

本课题研究并设计了一个电场强度数据传输监控系统，可以通过手持传感器模块来靠近被测设备测出电场强度，然后经过下位机的数据采样A/D转换与传输，通过USB接口将数据传入上位机并在上位机软件中以动态折线图的形式直观地显示并为使用者之利用^[1]。该系统可以让测试出的电场强度数据可视化与图像化，得到的结果不再是单纯的点数据，而是能形成一段时间内电场强度的波形图并可以保存，让使用者对数据的监控以及分析处理更加方便与有效率。该设计的测量过程与生成图像均由软件控制完成，节约人工成本。同时，该设计还有结构简单，成本较低，易于携带等优点。

2系统方案设计

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