一種可視化的非接觸式電路診斷器

陳剛 何景峰 陳文博 劉杰

摘要：當前存在的電路檢修工具都是接觸式檢修，就是將檢修工具的檢測端和電路實際接觸才能讀取電路信息，電路維護和故障檢修面臨的問題就比較突出，隱式電路布線在不拆除線路遮蔽物的情況下很難進行電路信息的讀取。

關鍵詞：非接觸式;STM32;電磁感應;可視化

1.引言

最具代表電路檢修器目前是驗電筆，雖然使用方便，但是其功能單一且必須要與被測電路進行直接接觸才能檢測，而隨著電路布線規范、美觀、安全的逐漸推行，現有類似于驗電筆之類的電路示波器等已經不能夠滿足人們的需求，人們更需求一種全新的非接觸式的電路檢測器，以STM32單片機為核心控制芯片，通過SPN1太陽能檢測傳感器來感應太陽光照強度，從而整個系統的供電方式進行選擇。用戶可以根據屏幕上顯示的電壓電流的波形圖及數值對電路的基本信息進行判斷。

2.硬件的搭建

一種可視化的非接觸式電路診斷器的設計，主要分為主機和從機兩部分，主機由兩部分，主機端的單片機和NRF24L01。整體的設計框圖如圖1所示：

電源模塊采用的是太陽能電池板，其與整個系統分開，然后通過USB與從機端進行連接，從而達到供電的目的[1]。

太陽能充電器設計的來源是將太陽能轉換成電能，主要解決的技術問題是如何將太陽能轉換成能夠充電的電能。太陽能作為一種可再生能源，具有清潔安全、取之不盡用之不竭的優點，光伏發電技術也越來越受到人們的關注，隨著光伏組件價格的不斷降低和光伏技術的發展，太陽能光伏發電系統將逐漸由現在的補充能源向替代能源過渡[2]。

太陽能充電器是由單片機最小系統、太陽能充電電路、ADC0832轉換模塊、太陽能充電電池、液晶顯示模塊和電源模塊組成。太陽能充電系統是太陽能充電板在陽光的照耀下產生電荷，存儲太陽能電池板的電荷，經過穩壓芯片作用后給TP4056芯片提供電源和充電電池充電。充電時，充電指示燈點亮，當充電完成后，充電指示燈熄滅[3]。利用ADC0832轉換器采集充電電池的電壓并在LCD1602液晶顯示屏上顯示充電電壓值。此太陽能充電器制作簡單，性價比高，性能穩定。其原理圖如圖2所示：

3.軟件設計

本次系統設計將采用模塊化的程序設計思路，首先對各個模塊應用程序進行編寫，然后在主程序中對各模塊的程序調用。模塊化編寫的程序不僅有利于系統的調試，而且能夠方便快速的在項目間件進行移植，縮短項目開發周期，整體的流程如圖3所示：

3.1太陽能電池程序設計

當光伏太陽能充電打開電源開關時，STC89C52單片機自動復位，開始運行該程序。該程序首先對STC89C52系統初始化，液晶屏定時器初始化。然后給出開機顯示，接著判斷打開定時器開始定時，同時開啟ADC0832模數轉換器采集鋰電池電壓的數據值。并且把采集的數據轉換的十進制數在液晶屏上進行顯示。

3.2數據采集程序設計

信號采集模塊采用的是使用程序IIC進行模擬通信的，因為電磁感應模塊部分已經直接將測得的模擬信號轉換成數字信號，所以程序部分便是直接將數據讀取出來，具體流程如圖4所示。

3.3數據處理模塊程序設計

STM32-F103VET6通過IIC通訊，將數據從接收端NRF電磁感應模塊讀取到自身的寄存器中，具體流程如圖5所示。

4.系統測試

在本設計中，由于用到了多個模塊，因此需要在組裝好之后測試，測試環節先對電磁感應模塊進行測試，最后屏幕顯示和播報裝置，主要分為以下步驟：

（1）用萬用表檢測電路板焊接是否正常，在手工焊接過程中，容易存在虛焊，漏焊現象，在焊盤、焊點多的地方進行檢測，這里很容易出現短路，最終在檢測與調試下正常。

（2）程序燒錄完成后，用示波器對波形進行檢測，因為本設計提及的所有由單片機控制的屏幕顯示、語音播報都是通過電信號進行控制的，可以通過示波器對其周期脈寬進行檢測，看其是否與程序設定過程一致，這樣就可以有效地保護硬件。

5.總結

新型的可視化電路診斷器的設計需要至少四大塊理論知識：傳感器技術、經典控制理論技術、現代控制理論技術、嵌入式開發技術、光伏太陽能發電技術。尤其是經典控制理論技術和現代控制理論，可以說是伴隨著現代工業的發展而產生的，并且推動智能時代的到來。

參考文獻：

[1]吳房勝，徐金秀，李如平.增量型PID算法控制的嵌入式視頻智能車設計[J].宜賓學院學報，2016，16（12）：48-52.

[2]葉云岳，陸凱元.直線電機的PID控制與模糊控制[J].電子技術學報，2001，16（3）：11-15.

[3]肖驍，戈文祺.電氣傳動系統中單片機技術的應用解析[J].中國標準化，2017（22）：250-252.

（西京學院 陜西西安 710123）