工頻弱磁測量儀

目前，環(huán)境電磁污染的研究與防治越來越受到人們的關(guān)注，電磁生物效應(yīng)也已經(jīng)成為電磁兼容研究領(lǐng)域的一個重要研究方向；其中輸電線路產(chǎn)生的工頻電磁場對生物體的影響是人們最為關(guān)心的問題之一。但是目前針對環(huán)境工頻磁場的測量手段還很欠缺，針對這一需要，我們研制了以8032單片機為中心的工頻弱磁測量儀，能測量一毫高到一千毫高范圍內(nèi)、方向未知的工頻磁場，可以作為環(huán)境工頻磁場的有效監(jiān)測手段。

測量儀硬件由電源模塊和兩塊電路板以及磁場探頭組成。由于本儀器的用途在于測量環(huán)境工頻磁場的大小，有可能長時間在難以取得電源的戶外環(huán)境下工作，我們選擇了蓄電池（12V，4Ah）作為測量儀的供電電源，并制作了與蓄電池配套的充電裝置，蓄電池的輸出電壓經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換器（輸入5~18V，輸出12V，+5V）進行轉(zhuǎn)換后供給測量儀電路。兩塊電路板中一塊為模擬板，主要完成經(jīng)探頭采樣的信號的濾波、放大、采樣以及對放大倍數(shù)選擇的控制；一塊為數(shù)字板，主要完成采樣信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換、計算（消除噪聲并還原信號）、顯示以及對一個固定時段最大值的存取。測量儀的總體框圖如圖1所示。

探頭（感應(yīng)線圈）將待測磁場轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過濾波、放大、采樣保持和多路開關(guān)（有三路信號）后送入到AD574進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后送入單片機8032進行信號處理并通過液晶顯示模塊將測量結(jié)果顯示出來。

模擬電路結(jié)構(gòu)

模擬電路部分框圖如圖2所示，其中Vin1、Vin2、Vin3為探頭輸出的三路感應(yīng)電壓信號，由于待測磁場比較微弱，感應(yīng)線圈輸出的電壓信號將是疊加有大量噪聲的工頻信號；為了從噪聲中提取有用信號，我們采用了RLC串聯(lián)諧振電路對輸入信號進行濾波，然后???芤怯梅糯篤鰽D624對工頻信號進行放大（由單片機控制多路開關(guān)AD7502選通控制放大倍數(shù)），三路采樣保持器的輸出經(jīng)多路開關(guān)AD7501（由單片機控制選通）后輸入到數(shù)字板上的模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

數(shù)字電路結(jié)構(gòu)

數(shù)字電路部分框圖如圖3所示，單片機8032是本測量儀的中心，ROM27128和RAM6264直接掛在單片機的數(shù)據(jù)總線和地址總線上，LCM為字符型液晶顯示模塊，Vin為模擬電路的輸出信號。

輸入到AD574的電壓信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后輸入到單片機還原成模擬量，然后輸出到LCM進行顯示。

AD574功能介紹

AD574是美國AnalogDevice公司生產(chǎn)的12位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其主要特點是：①有參考電壓基準(zhǔn)和時鐘電路，不需外部時鐘就可以工作；②轉(zhuǎn)換速率高，12位轉(zhuǎn)換25s，8位轉(zhuǎn)換16s；③8位或16位微處理器接口，自帶三態(tài)輸出緩沖電路，可直接掛在單片機的數(shù)據(jù)總線上而無需接口電路；④溫度適應(yīng)范圍大，在-55~+125C范圍內(nèi)滿足線性要求。其管腳排列如圖4所示。主要功能引腳介紹如下：

AC：模擬地

DC：數(shù)字地

CS：片選信號，低電平有效

CE：片使能，高電平有效

R/C：讀/啟動信號，高電平讀數(shù)據(jù)，低轉(zhuǎn)換

12/8：數(shù)據(jù)格式選擇，高電平12位數(shù)據(jù)同時有效，低電平時第一次輸出高8位，第二次輸出低四位有效，中四位為零。

A0：內(nèi)部寄存器控制輸入端，在12/8接地的情況下，高電平時高8位數(shù)據(jù)有效，低電平時低4位有效，中間4位為零，高4位為高阻態(tài)；在R/C為低的情況下，高電平啟動12位轉(zhuǎn)換，低電平啟動8為轉(zhuǎn)換。

STS：工作狀態(tài)輸出端，高電平表示正在轉(zhuǎn)換，低電平表示轉(zhuǎn)換完畢。

AD574和單片機的接口

在本測量儀中，AD574與8032的接口電路如圖5所示。采用-5V~+5V雙極性輸入方式，腳直接接地，分兩次輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果，3、4、5腳分別接至單片機地址總線的高位P2。5、P2。4、P2。3，單片機的讀寫信號經(jīng)過一級與非門后送到AD574的CE腳作為使能信號，AD574狀態(tài)腳（STATUS）接單片機外部中斷0，用中斷方式讀轉(zhuǎn)換結(jié)果。與AD574的12腳和10腳相接的兩個0。1k的電位器分別用于零點調(diào)整和滿刻度調(diào)整（增益調(diào)整），具體的調(diào)整方法是：①零點調(diào)整：調(diào)整R1使得輸入模擬電壓從-5V變化到-4。9988V（即輸入電壓變化1/2LSB）時，輸出數(shù)字量從000000000000變化到000000000001。②滿刻度調(diào)整（增益調(diào)整）：調(diào)整R2使得輸入模擬電壓從+4。9988V變化到+5V（即輸入電壓變化1/2LSB），輸出數(shù)字量從111111111110變化到111111111111。

在設(shè)計硬件電路時要十分注意的一點就是AD574的數(shù)據(jù)輸出線與單片機數(shù)據(jù)總線的連接方式：應(yīng)該將高8位DB4~DB11接到數(shù)據(jù)總線的D0~D7，低4位DB0~DB3接到數(shù)據(jù)總線的高4位D4~D7。如果接錯的話就不能讀取正確的轉(zhuǎn)換結(jié)果，而且還很容易燒壞芯片。

中斷服務(wù)程序

由圖3所示的硬件接法，我們得到AD574各操作對應(yīng)的口地址為：

啟動變換：47FFH

讀轉(zhuǎn)換結(jié)果高8位：4FFFH

讀轉(zhuǎn)換結(jié)果低4位：5FFFH

據(jù)此我們用單片機高級語言C51編寫的AD574中斷服務(wù)程序為：

voidad574(void)interrupt0

{

charr1，r2;

charxdata*p;

intcaiyang1=0x2100;

intcaiyang2=0x2200;

p=0x4fff;

ACC=*p;

r1=ACC;//讀轉(zhuǎn)換結(jié)果高8位

p=0x5fff;r2=ACC;//讀轉(zhuǎn)換結(jié)果低4位

XBYTE[caiyang1]=r1;

XBYTE[caiyang2]=r2;/*將結(jié)果存入外部RAM絕對地址單元*/

caiyang1++;

caiyang2++;

wancheng=1;/*讀數(shù)完畢，置轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志位為1*/

PX0=0;//關(guān)中斷優(yōu)先級

}

結(jié)束語

AD574由三組電源供電，即15V和+5V，由于它對從電源線引入的噪聲十分敏感，幾毫伏的電源噪聲就會引起A/D轉(zhuǎn)換幾位的誤差，所以在應(yīng)用過程中應(yīng)特別注意電源的濾波和穩(wěn)壓，可以采用的抗干擾措施有：①在芯片的7腳和9腳、9腳和11腳以及1腳和15腳之間接入由一個47F鉭電容和一個0。01F瓷片電容并聯(lián)而成的去耦網(wǎng)絡(luò)。②在印制板設(shè)計時讓模擬量輸入電路與數(shù)字電路盡量分開。③芯片的數(shù)字地（15腳）和模擬地（9腳）就近接在一起。在發(fā)熱量較大的應(yīng)用場合，還應(yīng)采取一定的散熱措施。[!--empirenews.page--]

我們采用以上方法進行抗干擾設(shè)計后發(fā)現(xiàn)AD574的工作十分穩(wěn)定可靠。