吉林大学：仪器科学与电气工程学院中文论文集（2013年下半年）

白哪等：公交客流统计系统设计 3.2接收部分 接收部分负责用LCD12864显示人数和位置信 息，并响应无线模块发送的接收数据中断。接收部 分软件流程图如图7所示。 人加 人i ○ 图5人数统计模块软件流程图 3.1.2GPS模块 GPS模块的应用关键在于串口通信协议的制 定，也就是模块的相关输入输出协议格式。它主要 包括数据类型与信总格式，其中数据类型主要有 进制信息和NMEA全国海洋电子学会数据信息 这两类信息可以通过串口与GPS接收机进行通信 GPS模块软件流程图如图6所示 开馆) 窗 分钟 图7接收部分软件流程图 < 4系统测试结果及分析 老>推 将此系统在室外环境下测试，可正常显示车上 、纬度、行车速度、时间等数据。测试 <州 表1测试结果 经 ：纬度行车速度 洲 133125°3543°88 <种 5结论 级-等特 最终我们完成了公交车客流统计系统的设计即 总体的硬件连接和功能实现。 按照我们设计的控制方式，可顺序实现公交车 图6GPS模块软件流程图 站牌LCD显示车上人数变化、行车位置、行车速度

白 璐等：公交客流统计系统设计 15 图 5 人数统计模块软件流程图 3.1.2 GPS 模块： GPS 模块的应用关键在于串口通信协议的制 定，也就是模块的相关输入输出协议格式。它主要 包括数据类型与信息格式，其中数据类型主要有二 进制信息和NMEA 全国海洋电子学会 数据信息。 这两类信息可以通过串口与 GPS 接收机进行通信。 GPS 模块软件流程图如图 6 所示。 图 6 GPS 模块软件流程图 3.2 接收部分： 接收部分负责用 LCD12864 显示人数和位置信 息，并响应无线模块发送的接收数据中断。接收部 分软件流程图如图 7 所示。 图 7 接收部分软件流程图 4 系统测试结果及分析 将此系统在室外环境下测试，可正常显示车上 人数、经度、纬度、行车速度、时间等数据。测试 结果如下表 1 所示。 表 1 测试结果 测试 次数 车上 人数 经度 纬度 行车速度 (km/h) 1 33 125°35′ 43°88′ 36 2 16 125°35′ 43°88′ 25 3 27 125°35′ 43°88′ 38 5 结论 最终我们完成了公交车客流统计系统的设计即 总体的硬件连接和功能实现。 按照我们设计的控制方式，可顺序实现公交车 站牌 LCD 显示车上人数变化、行车位置、行车速度

吉林大学仪器科学与电气工程学院2013年下半年中文论文集 等信息，达到了乘客可根据行车情况与车载人数来 决定是否乘坐该车的目的 同时依然将这些信息通过无线传输给中心电脑 即公交公司调度中心进行车辆的合理调度，实现资 源利用的合理化。 参考文献 】黎洪生智能仪器实时并发打印程序的设计方法 [J].电子与自动化，1995，(1) 2张林，孙光.12位AD转换器MAX197及其在谐 波分析仪中的应用[J].电子工程师，2002，(5) 3尹斌，王惠庆，杨志点阵液晶显示模块 MGLS?12864T的接口和编程[J].河南大学学 报，2000，(5). 4MAXM公司产品资料全集[M]2002 5王志田无线电电子学计量M上册北京：原 子能出版社，2002：243-312 6Tek公司.TDS3000系列数字式荧光示波器用 户手册K]2004 7周英航探头的原理及种类K]2006 8 Fisherpan.教你认识示波器探头[K],2010. 9赵中义示波器原理、维修与检定M北京：电 子工业出版社，1990：89-106 10刘东卓.电子测量技能训练K]2005. 11范世福科学仪器在线、现场化应用发展趋势 现代科学仪器K]2009 12杜天旭，谢林柏仪器仪表的发展历程及趋势，重 庆文理学院学报28(4). 13温申酵物理实验M,广州：华南理工大学出 版社，1991 14姬成周.电子示波器的基本知识)，物理，1975 (06) 15武汉大学《电子线路》教材编写组电子线路 M,北京：人民教育出版社，1979 16孙续电子示波器在挑战中发展)国外电子测 量技术，200903)

吉林大学仪器科学与电气工程学院 2013 年下半年中文论文集 16 等信息，达到了乘客可根据行车情况与车载人数来 决定是否乘坐该车的目的。 同时依然将这些信息通过无线传输给中心电脑 即公交公司调度中心进行车辆的合理调度，实现资 源利用的合理化。 参考文献 1 黎洪生.智能仪器实时并发打印程序的设计方法 ［J］.电子与自动化，1995，(1). 2 张林，孙光.12 位 AD 转换器 MAX197 及其在谐 波分析仪中的应用［J］.电子工程师，2002，(5). 3 尹斌，王惠庆，杨志 . 点阵液晶显示模块 MGLS??12864T 的接口和编程［J］.河南大学学 报，2000，(5). 4 MAXIM 公司产品资料全集［M］.2002. 5 王志田.无线电电子学计量 [M] .上册.北京：原 子能出版社，2002:243-312 6 Tek 公司.TDS3000 系列数字式荧光示波器用 户手册[K].2004. 7 周英航.探头的原理及种类[K].2006. 8 Fisherpan.教你认识示波器探头[K].2010. 9 赵中义.示波器原理、维修与检定[M].北京：电 子工业出版社，1990:89-106 10 刘东卓.电子测量技能训练[K].2005. 11 范世福.科学仪器在线、现场化应用发展趋势. 现代科学仪器[K]2009. 12 杜天旭,谢林柏.仪器仪表的发展历程及趋势.重 庆文理学院学报 28(4). 13 温申麟.物理实验[M]，广州：华南理工大学出 版社，1991. 14 姬成周.电子示波器的基本知识[J]，物理，1975 （06）. 15 武汉大学《电子线路》教材编写组.电子线路 [M]，北京：人民教育出版社,1979. 16 孙续.电子示波器在挑战中发展[J].国外电子测 量技术,2009(03)

王油等：电碰福财检测仪的设计与实 电磁辐射检测仪的设计与实现 王迪，任天明，蒋明杰 (吉林大学，仪器科学与电气工程学院，吉林长春130001) 摘要：本文介绍了一种基于MSP430F149的电磁辐射检测仪，该仪器采用传统的天线为传感器，井由滤波、放 大电路、AD模块以及RF905无线模块和12864液品显示模块共同组成。通过无线模块对各点被测数据进行 发送，最终通过液品显示界面实现汇总显示。市场上现有的电磁辐射检测仪能够在人为操作下对被检测点的电 避辐射器度进行检测，但检测必须人为开，由于人力因素的限制，不能达到对被检测点的实时检测，同时。 在被检测点较多时，现有的检测仪只能对其进行依次检测，不能微到多个数指的汇总显示。这种工作方式在一定 程度上浪费了人力，降低了电磁辐射检测的效率。文中介绍了一种可同时测量多点并将所测数据汇总显示的电 磁辐射检测仪的设计思路和实现方法，文中详细介绍了该仪器的硬件电路设计组成，和相关模块的软件调试结果 以及最终的实测结果展示 关键词：单片机：电磁辐射：无线传输：实时显示 The Design and Implementation of Electromagnetic Radiation Detector Wang Di,Ren Tian-ming,Jiang Ming-jie College of Instrumentation&Electrical Engineering.Jilin University,Changchun,Jilin Province 130001 Abstract:This paper escribesan proach of elec onventional ante or the by R wireless module and the 1 LCDmodul Various points transmit the measured data through the wireless module,the final summary via LCD display interface impleme Available on the market capable of electromagnetic radiation detector operating under artificial point is detected to detec electromagnetic radiation.but the detection must be manually turned on.because of the human factors.it can't achieve the real-time ofa plurality of data can'tbe displayed.This mode of op will w manpower This paper prentsamut-oint ous measuremen and display of the measureddat aggregation electromagnetic radiation detector design ideas and methods.This paper details the hard ware circuit design of the instrument composition,and related software module debugging results,and the final experimental results show 化产生的电磁波，电磁波向空中发射或泄露的现象 0引言 叫电磁辐射)，因此导致人们大部分时间都暴露在电 磁辐射下。电磁辐射可谓是“隐形杀手”，研究表 随若现代电子技术的发展，人们的工作生活都 明电磁辐射对人体健康有若很大的影响，虽然人们 需要频繁地使用各种电子设备。电子设备的运行必 极力希望减小电磁辐射的伤害，但是面对无法用肉 然产生不同程度的电磁辐射（电场和磁场的交互变 眼捕捉的伤害又该如何是好？ ”指导老师：杨大鹏 项日类型：大学生创新项日

王 迪等：电磁辐射检测仪的设计与实现 17 电磁辐射检测仪的设计与实现∗ 王迪，任天明，蒋明杰 (吉林大学，仪器科学与电气工程学院，吉林长春 130001) 摘要：本文介绍了一种基于 MSP430F149 的电磁辐射检测仪，该仪器采用传统的天线为传感器，并由滤波、放 大电路、AD 模块以及 nRF905 无线模块和 12864 液晶显示模块共同组成。通过无线模块对各点被测数据进行 发送，最终 通过液晶显示界面实现汇总显示。市场上现有的电磁辐射检测仪能够在人为操作下对被检测点的电 磁辐射强度进行 检测，但检测必须人为开启，由于人力因素的限制，不能达到对被检测点的实时检测。同时， 在被检测点较多时，现有的检测仪只能对其进行依次检测，不能做到多个数据的汇总显示。这种工作方式在一定 程度上浪费了人力，降 低了电磁辐射检测的效率。文中介绍了一种可同时测量多点并将所测数据汇总显示的电 磁辐射检测仪的设计思路和实现方法。文中详细介绍了该仪器的硬件电路设计组成，和相关模块的软件调试结果， 以及最终的实测结果展示。 关键词：单片机；电磁辐射；无线传输；实时显示 The Design and Implementation of Electromagnetic Radiation Detector Wang Di, Ren Tian-ming, Jiang Ming-jie College of Instrumentation & Electrical Engineering, Jilin University, Changchun, Jilin Province 130001 Abstract: This paper describes an approach of electromagnetic radiation detector based on MSP430F149, the instrument uses a conventional antenna for the sensor by the filter, amplifier, AD modules and nRF905 wireless module and the 12864 LCD module. Various points transmit the measured data through the wireless module, the final summary via LCD display interface implementation. Available on the market capable of electromagnetic radiation detector operating under artificial point is detected to detect electromagnetic radiation, but the detection must be manually turned on, because of the human factors, it can’t achieve the real-time detection point is detected. Meanwhile, in the detection point is large, the current detector can be sequentially detected, the summary of a plurality of data can’t be displayed. This mode of operation will waste manpower to a certain extent, reduce the efficiency of detection of electromagnetic radiation. This paper presents a multi-point simultaneous measurement and display of the measured data aggregation electromagnetic radiation detector design ideas and methods. This paper details the hard ware circuit design of the instrument composition, and related software module debugging results, and the final experimental results show. Keyword: microcontroller; electromagnetic radiation; wireless transmission; real-time display ∗ 指导老师：杨大鹏 项目类型：大学生创新项目 0 引言 随着现代电子技术的发展，人们的工作生活都 需要频繁地使用各种电子设备。电子设备的运行必 然产生不同程度的电磁辐射（电场和磁场的交互变 化产生的电磁波，电磁波向空中发射或泄露的现象， 叫电磁辐射），因此导致人们大部分时间都暴露在电 磁辐射下[1]。电磁辐射可谓是“隐形杀手”，研究表 明电磁辐射对人体健康有着很大的影响，虽然人们 极力希望减小电磁辐射的伤害，但是面对无法用肉 眼捕捉的伤害又该如何是好？

吉林大学仪器科学与电气工程学院2013年下半年中文论文集 目前现有的电磁辐射检测仪器己经能够对被松 测点的电磁辐射值进行测量，但有时需要对一个点 硬件电路的设计 讲行长期的电磁辐射检测，或者同时对多个被检测 点进行检测，例如通过检测电气设备的电磁辐射值 2.1上位机设计 来判渐该设冬是否正常运行，检查线路是否在在损 211传成器 电隐忠。这就需要检测设备能够脱离人力控制进行 传感器部分采用天线作为接收电磁信号的设 长期而稳定的工作并且可以将多个检测地点的数据 备。由于电磁辐射在空间可分为电场辐射分量和磁 整合在一起进行监控。但是以现有的设备来讲，还 场辐射分量。电场辐射是由与电压感应出电场，单 不能实现这种具有时效性和整合能力的检测。 位是Vm。磁场辐射是由于磁场感应出电流，单位 为了让电磁检测技术能够更加灵活的应用在生 是Am。所以电磁辐射量的单位是uwm2,即功 活以及工业生产中，实现电磁辐射的实时检测和数 据整合。本文所设计的电磁辐射检测仪在基于传织 感应电场、 磁场， 的检测设备上，又增加了无线数据传输部分，通过 该仪器的设计要求和标准。 nRF9O5无线传输模块将各个监测点的数据分别发 2.1.2滤波及放大电路 送到上位机，再通过液晶显示模块进行显示。 对天线传感器所采集到的信号需要滤掉其高 领成分，保留低顷成分，故将滤波申路设计为有派 1 整体设计 低通滤波电路。由于天线采集的信号比较微弱， 所以经过滤波之后要对其进行放大，以满足后续电 该仪器可分为信号采集和处理及发送部分（下 路对电压的要求。本设计采用基本的μA741作为 位机)和信号的接收与整合显示部分（上位机） 放大电路的主芯片。uA741具有操作简单，电路构 下位机采用将空间电磁信号用天线作为传感器接 架简易等优点。其工作由压设计为土12V双申源申 再通过滤波电路将干扰信号过滤，然后通过 压供电。通过2、3脚外接电阻值来调节其放大倍 电路对处理后的信号进行放大，再通过AD转换 模块将电信号转化为数字信号，最终通过无线发射 D,F,NPac 给上位机。上位机首先用无线将信号接收，然后遥 过液晶显示出来。总体来说上位机是整个仪器设计 的重点。 VERTING INPUT 2 7V+ NON BVERTING INPUT3 5 OUTPUT TOP VIEW 图2uA741管脚图 A741 图3uA741电路连接 U,-U_ R 位 下位 R R

吉林大学仪器科学与电气工程学院 2013 年下半年中文论文集 18 目前现有的电磁辐射检测仪器已经能够对被检 测点的电磁辐射值进行测量，但有时需要对一个点 进行长期的电磁辐射检测，或者同时对多个被检测 点进行检测，例如通过检测电气设备的电磁辐射值 来判断该设备是否正常运行，检查线路是否存在漏 电隐患。这就需要检测设备能够脱离人力控制进行 长期而稳定的工作并且可以将多个检测地点的数据 整合在一起进行监控。但是以现有的设备来讲，还 不能实现这种具有时效性和整合能力的检测。 为了让电磁检测技术能够更加灵活的应用在生 活以及工业生产中，实现电磁辐射的实时检测和数 据整合。本文所设计的电磁辐射检测仪在基于传统 的检测设备上，又增加了无线数据传输部分，通过 nRF905 无线传输模块将各个监测点的数据分别发 送到上位机，再通过液晶显示模块进行显示。 1 整体设计 该仪器可分为信号采集和处理及发送部分（下 位机）和信号的接收与整合显示部分（上位机） 。 下位机采用将空间电磁信号用天线作为传感器接 收，再通过滤波电路将干扰信号过滤，然后通过放 大电路对处理后的信号进行放大。再通过 AD 转换 模块将电信号转化为数字信号，最终通过无线发射 给上位机。上位机首先用无线将信号接收，然后通 过液晶显示出来。总体来说上位机是整个仪器设计 的重点。 （a）上位机 （b）下位机 图 1 整体设计图 2 硬件电路的设计 2.1 上位机设计 2.1.1 传感器 传感器部分采用天线作为接收电磁信号的设 备。由于电磁辐射在空间可分为电场辐射分量和磁 场辐射分量。电场辐射是由与电压感应出电场，单 位是 V/m。磁场辐射是由于磁场感应出电流，单位 是 A/m。所以电磁辐射量的单位是 µW/m2，即功 率密度。 天线作为传感器设备具有频带宽，能准确 感应电场、磁场，检测空间功率分布等优点，满足 该仪器的设计要求和标准[2]。 2.1.2 滤波及放大电路 对天线 传感器所采集到的信号需要滤掉其高 频成分，保留低频成分，故将滤波电路设计为有源 低通滤波电路[3]。由于天线采集的信号比较微弱， 所以经过滤波之后要对其进行放大，以满足后续电 路对电压的要求。本设计采用基本的 µA741 作为 放大电路的主芯片。µA741 具有操作简单，电路构 架简易等优点。其工作电压设计为±12V 双电源电 压供电。通过 2、3 脚外接电阻值来调节其放大倍 数。 图 2 μA741 管脚图 图 3 μA741 电路连接 41 1 1 2 UU U R R − = ① 52 23 2 3 UU UU R R − − = ②

王迪等：电磁福射检测仪的设计与实现 取_则有以下结果 位2进制代码转换为4为10进制数显示在屏幕 上。12864液晶显示器的工作电压为4.75-525V RR 本次设计使用5.0V供电。该液品显示器自带义 字库，具有操作方便，成本低，性能稳定等优点。 4=是u,-g 3软件设计 改变R和R的电阻值即可改变放大倍数， 即改变输出电压U3。 软件电路的设计也是分为上位机和下位机用来 和硬件电路设计相匹配。其中，上位机的设计包括 2.1.3模数转换模块 无线接收模块的系统初始化以及接受程序，对己经 本文设计采用的转横块是通使用 接收到利的粉据进行判渐通过程序设计判断接受是 MSP430F149内置比较器实现的 D转换 ,它的基 否完成。完成之后再将接收 到的信 本原理是用鲜 一的VO端口，执行1位的数模转换 模块，通过程序运算将2进制信息转换为10进制 (DAC),以比较器的输出作反馈，来维持Va与 信息并将其显示：下位机的软件设计包括 Vn相等。要维持V=Vm必须通过I/O口对电容进 mDs430F149的系统初始化，以及使用芯片中内置 行充放电，而确定为充电还是放电（即V0口输 的AD模块对采集到的模拟信号讲行转换，将其转 格头为方外的之信是托日通计积学坐斯法 出为高电平时 ,说明V 是否完成 如果完成 则将所转换的信号发送到 则V0口输出低电平：当比较器输出为低电平时， 线发射模块，由无线发送模块将数字信号发送出去， 得出结论Vou<Vm,应对电容充电，则VO口输出高 通过程序判断发送是否完成，如果完成，则程序结 由平 束，等待上位机接收无线信号。 2.1.4无线发送模块 本设计采用的无线模块使用的是nRF905 片射频收发器。它的工作电压为30-3.6V。稳定 传输距离为300m。nRF905由频率合成器、接收 解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成」 其具备配置简单、使用方便、工作稳定和节能等优 点。 2-NRF905 日令日 图4nR905管脚图 2.2下位机设 2.2.1无线接收模块 无线接收部分采用和发送模块相同的RF905 单片射频收发器。 2.2.2液晶显示模块 (a)上位机流程图 (6)下位机流程图 液晶显示模块采用12864液晶显示器作为整 图5软件流程图 个系统的输出 负责将各 个检测点的电磁辐射数 汇总显示，通过算法将下位机无线模块接收到的12 4仪器测试数据 9

王 迪等：电磁辐射检测仪的设计与实现 19 取 3 4 2 1 R R R R = 则有以下结果 3 3 45 2 ( ) R U UU R = − 改变 R2 和 R3 的电阻值即可改变放大倍数， 即改变输出电压 U3 。 2.1.3 模数转换模块 本文设计采用的模数转换模块是通过使 用 MSP430F149 内置比较器实现的 AD 转换。它 的基 本原理是用单一的 I/O 端口，执行 1 位的数模转换 （DAC），以比较器的输出作反馈，来维持 Vout 与 Vin 相等。要维持 Vout=Vin,必须通过 I/O 口对电容进 行充放电，而确定为充电 还是放电（即 I/O 口输 出高低电平）由比较器 的输出来决定。当比较器输 出为高电平时，说 明 Vout>Vin，此时应对电容放电， 则 I/O 口输出低电平；当比较器输出为低电平时， 得出结论 Vout<Vin，应对电容充电，则 I/O 口输出高 电平[4] 。 2.1.4 无线发送模块 本设计采用的无线模块使用的是 nRF905 单 片射频收发器。它的工作电压为 3.0~3.6V。 稳定 传输距离为 300m。nRF905 由频率合成器、 接收 解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制 器组成。 其具备配置简单、使用方便、工作稳 定和节能等优 点[5] 。 图 4 nRF905 管脚图 2.2 下位机设计 2.2.1 无线接收模块 无线接收部分采用和发送模块相同的 nRF905 单片射频收发器。 2.2.2 液晶显示模块 液晶显示模块采用 12864 液晶显示器作为整 个系统的输出，负责将各个检测点的电磁辐射数据 汇总显示，通过算法将下位机无线模块接收到的 12 位 2 进制代码转换为 4 为 10 进制数显示在屏幕 上。12864 液晶显示器的工作电压为 4.75~5.25V， 本次设计使用 5.0V 供电[6]。该液晶显示器自带文 字库，具有操作方便，成本低，性能稳定等优点。 3 软件设计 软件电路的设计也是分为上位机和下位机用来 和硬件电路设计相匹配。其中，上位机的设计包括 无线接收模块的系统初始化以及接受程序，对已经 接收到的数据进行判断，通过程序设计判断接受是 否完成[7]。完成之后再将接收到的信号发送给液晶 模块，通过程序运算将 2 进制信息转换为 10 进制 信息并将其显示；下位机的软件设计包括 mps430F149 的系统初始化，以及使用芯片中内置 的 AD 模块对采集到的模拟信号进行转换，将其转 换为方便处理的数字信号，并且通过程序判断转换 是否完成，如果完成，则将所转换的信号发送到无 线发射模块，由无线发送模块将数字信号发送出去， 通过程序判断发送是否完成，如果完成，则程序结 束，等待上位机接收无线信号。 （a）上位机流程图 （b）下位机流程图 图 5 软件流程图 4 仪器测试数据