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基于MXT8051单片机的电磁波测试仪的研制

—— Development of Electromagnetic Detector Based on MXT8051
作者:刘晨亮 师丽菊 秦皇岛市康泰医学系统有限公司时间:2010-06-29来源:电子产品世界

  引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/110406.htm

  随着各种通讯设备的日益增多,无线电在我们的生活中发挥着越来越重要的作用。在我们享受无线电带来的各种便利的同时,几乎毫无防备地受到电磁波的影响,特别是,电磁波的影响不是在当时就立刻产生危害,而是储存在人体内,以后会以癌或畸形儿等症状出现,因此,它的危险性更加可怕。

  那么,怎样才能摆脱电磁波的危害呢?如果想要找到完全摆脱电磁波影响的地方,只有像原始人那样生活才有可能,所以只能是想办法将电磁波对我们的影响减到最小。要达到这个目的,主要有两个途径:一种是采用被动防御,即穿戴具有防护功能的衣物,将电磁波辐射阻止在身体之外;另一种是采用主动出击,通过检测设备测试周围的电磁波辐射强度,如果超出国标要求,可以选择远离辐射源,或想办法使辐射源的辐射强度减到国标要求之内。本文就是从第二种途径出发,借着本次杯设计大赛的机会,设计了这款仪用来检测人们生活环境中的电磁辐射,通过声光报警的方式告诉使用者周围的电磁辐射是否超标。

  电磁波简介

  从科学的角度来说,电磁波是能量的一种,凡是能够释放出能量的物体,都会释放出电磁波。 电与磁可说是一体两面,变动的电会产生磁,变动的磁则会产生电。电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一样,因此被称为电磁波,而每秒钟变动的次数便是频率。当电磁波频率低时,主要藉由有形的导电体才能传递;当频率渐提高时,电磁波就会外溢到导体之外,不需要介质也能向外传递能量,这就是一种辐射。电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和积累效应等。

  热效应:人体内70%以上是水,水分子受到电磁波辐射后相互摩擦,引起机体升温,从而影响到身体其他器官的正常工作。

  非热效应:人体的器官和组织都存在微弱的电磁场,它们是稳定和有序的,一旦受到外界电磁波的干扰,处于平衡状态的微弱电磁场即遭到破坏,人体正常循环机能会遭受损害。

  累积效应:热效应和非热效应作用于人体后,对人体的伤害未来得及自我修复之前再次受到电磁波辐射的话,其伤害程度就会累积,久之会成为永久性病态或危及生命。对于长期接触电磁波辐射的群体,即使功率很小,频率很低,也会诱发想不到的病变。

  介绍

  是以高速单指令周期8051为核的MCU。电路拥有丰富的外设,包括PWM、UART、WDT,Timer等,大容量存储器,内嵌32Kx8可在线编程flash,10位AD,8位DA,若干OP,36x4 LCD driver、POR以及可编程增益放大器(PGA)等模拟电路。电路集成片上调试系统,通过标准JTAG接口,快速诊断复杂SoC,该调试系统具有不占用任何硬件资源可进行全速和单步运行、支持硬件断点、软件断点、以及观察内部特殊功能寄存器、程序指针和内部RAM等功能。

  本次大赛我们设计的仪用到了的ADC、PWM、UART、WDT、定时器等大部分模块,的功能得到充分发挥,可谓物尽其用。

  关键技术和解决方案

  该项目主要关键点在无线电波的收集与放大调理电路设计上。由于电磁波波谱比较宽,周围的电磁波从几赫兹到上G赫兹都存在,如果要精确测量每种频段的电磁波强度,电路就会很复杂,也不是几十元成本的电子元器件能实现的。考虑到本机的市场定位为民用市场,仅是大概的定性检测电磁辐射是否在一个符合标准的范围内,对检测的数值精度要求不是很高,数值本身是用于评估周围电磁辐射的一个参考,因此在尽可能节省成本的基础上做了以下设计:

  1. 根据周围电磁波存在最多的频段为手机的900MHz~1800MHz,天线设计为对该频段最敏感,转化效率最高,因此本机对手机等通讯设备的检测效果最好,反应最灵敏。

  2.样率远远低于电磁波频率,所以不能对电磁波转化的电信号直接采样,而是先将电磁波耦合的高频电信号转化为低频的包络信号,然后对包络信号进行放大处理,再送到ADC采样,实现对电磁波强度的检测。


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