墙骨探测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种墙骨探测装置，用于探测隐藏在表面之下的物体，包括第一电容极板、第二电容极板、耦接于第一电容极板的第一检测电路、耦接于第二电容极板的第二检测电路和微控制单元；第一检测电路处理对应于第一电容极板的第一电容的电压信号并输出第一电压信号到微控制单元；第二检测电路处理对应于第二电容极板的第二电容的电压信号并输出第二电压信号到微控制单元；微控制单元比较第一电压信号和第二电压信号以确定包括物体的中心位置的位置信息。本实用新型的墙骨探测装置还包括输出模块以显示物体的位置信息，输入模块以对微控制单元输入指令。本实用新型具有小体积、高集成度、快速的响应速度、高精确度和良好的抗干扰性能。
【专利说明】墙骨探测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种探测装置，尤其涉及一种墙骨探测装置。
【背景技术】
[0002]通常，用于探测隐藏在某表面之下的物体，例如墙体内部诸如木头、金属等其他材料的物体的探测装置被称作墙骨探测装置(stud sensor)。在建筑装修领域，墙骨探测装置是很有用的工具，其能探测到隐藏的物体，从而帮助使用者定位以进行后续的操作，例如拔除残留在墙体内的铁钉、在墙面上钻孔等。
[0003]目前通用的墙骨探测装置大多为基于电容的电子装置，这是因为大多隐藏在某表面之下的物体是具有与其周围物质不同的介电常数的，因此只要能探测这种介电常数的变化就能探测到隐藏的物体。一般地，墙骨探测装置具有一个用于接近被探测的表面的探测面，探测面上布置有一个或多个电容极板。使用时，将探测面接近被探测的表面(例如墙面)，并在该表面上移动，当墙骨探测装置探测到电容极板上的电容值的变化时，就能判断该处表面之下具有隐藏的物体。高级的墙骨探测装置还能确定隐藏的物体的边界、中心、材质等。
[0004]随着科技的发展，小体积、高集成度、快速的响应速度已成为各类电子装置的发展趋势，制作小体积、高集成度、快速的响应速度的墙骨探测装置是本领域技术人员的目标，并且小体积、高集成度、快速的响应速度的墙骨探测装置能更好地满足使用者的需求。
[0005]因此，本领域的技术人员致力于开发一种墙骨探测装置，其能实现小体积、高集成度和快速的响应速度。
实用新型内容
[0006]有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种墙骨探测装置，通过采用集成电路芯片，实现小体积、高集成度和快速的响应速度。
[0007]为实现上述目的，本实用新型提供了一种墙骨探测装置，用于探测隐藏在表面之下的物体，所述墙骨探测装置的探测面在所述表面上移动，其特征在于，
[0008]所述墙骨探测装置包括第一电容极板、第二电容极板、第一检测电路、第二检测电路和微控制单元；
[0009]所述第一电容极板和所述第二电容极板在所述探测面上；所述第一电容极板与所述表面构成第一电容器，所述第一电容器具有第一电容；所述第二电容极板与所述表面构成第二电容器，所述第二电容器具有第二电容；
[0010]所述第一检测电路耦接于所述第一电容极板，所述第一检测电路处理对应于所述第一电容的电压信号并输出第一电压信号；
[0011 ] 所述第二检测电路耦接于所述第二电容极板，所述第二检测电路处理对应于所述第二电容的电压信号并输出第二电压信号；
[0012]所述第一检测电路的输出端与所述微控制单元的第一输入端相连，所述第二检测电路的输出端与所述微控制单元的第二输入端相连；所述微控制单元比较所述第一电压信号和所述第二电压信号，并根据所述比较的结果确定所述物体的位置。
[0013]进一步地，所述微控制单元为AD型微控制单元。
[0014]进一步地，所述第一电容极板和所述第二电容极板具有相同的结构参数和介电常数。
[0015]进一步地，在所述探测面上，所述第一电容极板和所述第二电容极板被并列地布置。
[0016]进一步地，所述第一检测电路和所述第二检测电路中的各个元件和各个所述元件间的连接皆相同。
[0017]进一步地，当所述第一电压信号和所述第二电压信号相同时，所述微控制单元确定所述物体的中心位置。
[0018]进一步地，所述第一检测电路包括第一振荡器，所述第二检测电路包括第二振荡器，所述第一振荡器的输入端连接到所述微控制单元的第一 PWM通道，所述第二振荡器的输入端连接到所述微控制单元的第二 PWM通道。
[0019]进一步地，所述第一振荡器和所述第二振荡器皆为RC振荡电路。
[0020]进一步地，所述第一振荡器的输出端连接在所述第一电容极板上，所述第二振荡器的输出端连接在所述第二电容极板上。
[0021]进一步地，所述第一检测电路包括第一触发器，所述第一振荡器的所述输出端连接到所述第一触发器的第一输入端；所述第二检测电路包括第二触发器，所述第二振荡器的所述输出端连接到所述第二触发器的第一输入端。
[0022]进一步地，所述第一触发器和所述第二触发器皆为⑶4093触发器。
[0023]进一步地，所述墙骨探测装置还包括电源模块，所述电源模块与所述微控制单元、所述第一检测电路和所述第二检测电路分别相连以供电。
[0024]进一步地，所述电源模块包括电源和稳压电源芯片，所述电源与所述稳压电源芯片的输入端相连，所述稳压电源芯片的输出端与所述微控制单元、所述第一检测电路和所述第二检测电路分别相连。
[0025]进一步地，所述电源模块具有指示灯。
[0026]进一步地，所述电源为电池组。
[0027]进一步地，所述墙骨探测装置还包括输出模块，所述输出模块的输入端连接到所述微控制单元的输出端。
[0028]进一步地，所述输出模块为显示屏。
[0029]进一步地，所述墙骨探测装置还包括输入模块，所述输入模块的输出端连接到所述微控制单元的第三输入端。
[0030]进一步地，所述输入模块为键盘。
[0031]在本实用新型的较佳实施方式中，提供了一种用于探测隐藏在表面之下的物体的墙骨探测装置，其探测面上并列地布置有结构参数和介电常数皆相同的第一电容极板和第二电容极板，第一、第二电容极板分别与被探测的表面(及其之下的物体)构成第一、第二电容器，第一、第二电容器具有第一、第二电容。该墙骨探测装置还包括微控制单元、第一检测电路、第二检测电路电源模块、输出模块和输入模块。第一、第二检测电路分别包括第一、第二振荡器，它们分别连接到第一、第二电容极板；第一、第二检测电路还包括多个⑶4093触发器；第一、第二检测电路分别将对应于第一、第二电容的电信号处理后获得第一、第二电压信号；微控制单元对第一、第二电压信号进行比较，获得物体的位置信息并可在输出模块上显示该位置信息，输出模块是液晶显示屏；输入模块是键盘，用于供使用者向微控制单元输入指令；电源模块分别地为微控制单元、第一检测电路和第二检测电路供电。由此可见，本实用新型的墙骨探测装置通过使用微控制单元，大大提高了装置的集成度和响应速度；通过使用具有振荡器和⑶4093触发器的第一、第二检测电路处理并获得的第一、第二电压信号，大大提高了装置的精确度和抗干扰能力；由此使本实用新型的墙骨探测装置具有小体积、高集成度、快速的响应速度、高精确度和良好的抗干扰性能。
[0032]以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是在一个较佳的实施例中，本实用新型的墙骨探测装置的模块结构图。
[0034]图2显示了在一个较佳的实施例中，本实用新型的墙骨探测装置的两个电容极板在探测面上的布置。
[0035]图3显示了在一个较佳的实施例中，本实用新型的墙骨探测装置的第一检测电路的电路结构。
[0036]图4显示了在一个较佳的实施例中，本实用新型的墙骨探测装置的第二检测电路的电路结构。
[0037]图5显示了在一个较佳的实施例中，本实用新型的墙骨探测装置的电源模块的电路结构。
【具体实施方式】
[0038]本实用新型的墙骨探测装置用于探测隐藏在表面之下的物体，其具有一个探测面20 (参见图2)，使用时将探测面20贴合或贴近被探测的表面并沿该表面移动。
[0039]如图1所示，在一个较佳的实施例中，本实用新型的墙骨探测装置包括微控制单元10、第一电容极板21、第二电容极板22、第一检测电路31、第二检测电路32和电源模块40。第一电容极板21和第二电容极板22具有相同的结构参数和介电常数，如图2所示，它们被并列地布置在探测面20上。在探测面20贴合或贴近被探测的表面时，第一电容极板21和第二电容极板22分别与被探测的表面(及其之下的物体)构成第一电容器和第二电容器，第一电容器具有第一电容，第二电容器具有第二电容。微控制单兀10为AD型微控制单元。
[0040]如图3所示，第一检测电路31具有输入端INl和输出端OUTl，其中输入端INl与第一电容极板21相连,输出端OUTl与微控制单兀10的第一输入端相连。第一检测电路31包含第一振荡器51，第一振荡器51的输入端连接到微控制单元10的第一 PWM通道PWMl，第一振荡器51的输出端与第一电容极板21相连。第一检测电路31还包含第一触发器U21,第一触发器U21是⑶4093触发器,第一振荡器51的输出端接入第一触发器U21的第一输入端。
[0041]本实施例中，第一振荡器51由电阻R50、R51、R52以及电容器C21、C22构成，其中，电阻R50、R51和R52串联；电容器C21 —端连接在电阻R50和电阻R51之间，另一端接地；电容器C22 —端连接在电阻R51和电阻R52之间，另一端接地。较佳地，选用的电阻R50、R51和R52的阻值分别为1ΚΩ、1ΚΩ和820ΚΩ ;选用的电容器C21和C22的电容皆为104 μ F。
第一振荡器51输出具有第一振荡频率的电压信号。
[0042]本实施例中，第一检测电路31还包括元件:触发器U22、触发器U23、触发器U24、放大器 U43、晶体管 Q5、电阻 R26、R53、R54、R27、R30、R55、R56、R31、R58、R57 和 R34、电容器C24、C23、C25、C26、C27、C28和C29以及二极管D3。这些元件的连接关系如图3所示，在此不赘述。较佳地，选用的各个元件的参数如下:
[0043]触发器U22、触发器U23和触发器U24皆为CD4093触发器；
[0044]放大器U43的型号为LM324 ；
[0045]二极管D3的型号为ΙΝ4148 ；
[0046]晶体管Q5为晶体管9014 ;
[0047]电阻1?26、1?53、1?54、1?27、1?30、1?55、1?56、1?31、1?58、1?57 和 R34 的阻值分别为 120ΚΩ、33Κ Ω、1K Ω、47Κ Ω、1K Ω、1K Ω、470Κ Ω、100Κ Ω、470Κ Ω、150Κ Ω 和 IK Ω ；
[0048]电容器C24、C23、C25、C26、C27、C28 和 C29 的电容值分别为 471 μ F、104 μ F、471yF、471yF、105yF、103yF 和 104μ F0
[0049]如图4所示，第二检测电路32具有输入端ΙΝ2和输出端0UT2，其中输入端ΙΝ2与第二电容极板22相连，输出端0UT2与微控制单元10的第二输入端相连。第二检测电路32包含第二振荡器52，第二振荡器52的输入端连接到微控制单元10的第二 PWM通道PWM2，第二振荡器52的输出端与第二电容极板22相连。第二检测电路32还包含第二触发器U212，第二触发器U212是⑶4093触发器，第二振荡器52的输出端接入第二触发器U212的第一输入端。
[0050]本实施例中，第二振荡器52由电阻R502、R512、R522以及电容器C212、C222构成，其中，电阻R502、R512和R522串联；电容器C212 —端连接在电阻R502和电阻R512之间，另一端接地；电容器C222 —端连接在电阻R512和电阻R522之间，另一端接地。较佳地，选用的电阻R502、R512和R522的阻值分别为1ΚΩ、1ΚΩ和820ΚΩ ;选用的电容器C212和C222的电容皆为104yF。第二振荡器52输出具有第二振荡频率的电压信号，本实施例中第二振荡频率等于第一振荡频率。
[0051]本实施例中，第二检测电路32还包括元件:触发器U222、触发器U232、触发器U242、放大器 U432、晶体管 Q52、电阻 R262、R532、R542、R272、R302、R552、R562、R312、R582、R572 和 R342、电容器 C242、C232、C252、C262、C272、C282 和 C292 以及二极管 D32。这些元件的连接关系如图4所示，在此不赘述。较佳地，选用的各个元件的参数如下:
[0052]触发器U222、触发器U232和触发器U242皆为CD4093触发器；
[0053]放大器U432的型号为LM324 ；
[0054]二极管D32的型号为IN4148 ；
[0055]晶体管Q52为晶体管9014 ；
[0056]电阻 R262、R532、R542、R272、R302、R552、R562、R312、R582、R572 和 R342 的阻值分别为 120ΚΩ、33ΚΩ、1K Ω、47ΚΩ、1K Ω、1K Ω、470ΚΩ、100Κ Ω、470ΚΩ、150ΚΩ 和 1ΚΩ ；
[0057]电容器 C242、C232、C252、C262、C272、C282 和 C292 的电容值分别为 471 μ F、104 μ F,471 μ F、471 μ F、105y F、103y F 和 104 μ F0
[0058]电源模块40分别地与微控制单元10、第一检测电路31和第二检测电路32连接以为它们供电。如图5所示，本实施例中，电源模块包括电源41、稳压电源芯片42、电容器43、电阻44和发光二极管45。其中，电源41为电池组，其正极接入稳压电源芯片42的输入端VIN，其负极接地；稳压电源芯片42的输出端VOUT连接到微控制单元10的引脚VCC以为微控制单元10供电，稳压电源芯片42的接地端接地；电阻44和发光二极管串联后与电容器43并联，连接在输出端VOUT和地之间。另外，通过将第一检测电路31和第二检测电路32连接到微控制单元10的引脚VCC上，可以同时实现电源模块40向第一检测电路31和第二检测电路32供电，具体的连接方式如图3和4所示。选用的电阻44和电容器43的参数和型号可以根据实际需要确定。
[0059]由此，第一电容的变化将影响第一检测电路31的第一触发器U21接收到的来自第一振荡器51的电压信号的振荡频率，第一检测电路31的其他电路部分对该电压信号进行诸如去噪、放大等的处理后输出第一电压信号到微控制单元10 ;同样地，第二电容的变化将影响第二检测电路32的第二触发器U212接收到的来自第二振荡器52的电压信号的振荡频率，第二检测电路32的其他电路部分对该电压信号进行诸如去噪、放大等的处理后输出第二电压信号到微控制单元10。微控制单元10对第一电压信号和第二电压信号进行比较，获得物体的位置信息(包括物体的中心位置，例如当第一电压信号和第二电压信号相同时，即两者具有相同的幅度和振荡频率时，认为此时墙骨探测装置的探测面20上第一电容极板21和第二电容极板22的中心位置所在处的被探测表面之下为隐藏的物体的中心位置)。
[0060]本实用新型的墙骨探测装置还包括输出模块60，其连接在微控制单元10的一个输出端上，用于显示微控制单元10得到的隐藏的物体的位置信息。输出模块60可以是显示屏，例如液晶显示屏，以文字或图像的形式显示物体的位置信息；也可以是扬声器，以声音的形式传送物体的位置信息；还可以既包括显示屏又包括扬声器。
[0061]本实用新型的墙骨探测装置还包括输入模块70，其连接在微控制单元10的第三输入端上，用于供使用者向微控制单元10输入指令，例如调节微控制单元10的PWM通道PWMl和PWM2输出的电信号的振荡频率。本实施例中输入模块70为键盘，包括实体的键盘或形成在液晶显示屏上的虚拟的键盘。
[0062]以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本【技术领域】的技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种墙骨探测装置，用于探测隐藏在表面之下的物体，所述墙骨探测装置的探测面沿所述表面移动，其特征在于， 所述墙骨探测装置包括第一电容极板、第二电容极板、第一检测电路、第二检测电路和微控制单兀； 所述第一电容极板和所述第二电容极板分布在所述探测面上；所述第一电容极板与所述表面构成第一电容器，所述第一电容器具有第一电容；所述第二电容极板与所述表面构成第二电容器，所述第二电容器具有第二电容； 所述第一检测电路耦接于所述第一电容极板，所述第一检测电路用于处理对应于所述第一电容的电信号并输出第一电压信号； 所述第二检测电路耦接于所述第二电容极板，所述第二检测电路用于处理对应于所述第二电容的电信号并输出第二电压信号； 所述第一检测电路的输出端与所述微控制单元的第一输入端相连，所述第二检测电路的输出端与所述微控制单元的第二输入端相连；所述微控制单元用于比较所述第一电压信号和所述第二电压信号，并根据所述比较的结果确定所述物体的位置。
2.如权利要求1所述的墙骨探测装置，其中所述微控制单元为AD型微控制单元。
3.如权利要求1或2所述的墙骨探测装置，其中所述第一电容极板和所述第二电容极板具有相同的结构参数和介电常数。
4.如权利要求3所述的墙骨探测装置，其中在所述探测面上，所述第一电容极板和所述第二电容极板被并列地布置。
5.如权利要求3所述的墙骨探测装置，其中所述第一检测电路和所述第二检测电路中的各个元件和各个所述元件间的连接皆相同。
6.如权利要求3所述的墙骨探测装置，其中所述第一检测电路包括第一振荡器，所述第二检测电路包括第二振荡器，所述第一振荡器的输入端连接到所述微控制单元的第一PWM通道，所述第二振荡器的输入端连接到所述微控制单元的第二 PWM通道。
7.如权利要求6所述的墙骨探测装置，其中所述第一振荡器和所述第二振荡器皆为RC振荡电路。
8.如权利要求7所述的墙骨探测装置，其中所述第一振荡器的输出端连接在所述第一电容极板上，所述第二振荡器的输出端连接在所述第二电容极板上。
9.如权利要求8所述的墙骨探测装置，其中所述第一检测电路包括第一触发器，所述第一振荡器的所述输出端连接到所述第一触发器的第一输入端；所述第二检测电路包括第二触发器，所述第二振荡器的所述输出端连接到所述第二触发器的第一输入端。
10.如权利要求9所述的墙骨探测装置，其中所述第一触发器和所述第二触发器皆为CD4093触发器。
11.如权利要求3所述的墙骨探测装置，其中还包括电源模块，所述电源模块与所述微控制单元、所述第一检测电路和所述第二检测电路分别相连以供电。
12.如权利要求11所述的墙骨探测装置，其中所述电源模块包括电源和稳压电源芯片，所述电源与所述稳压电源芯片的输入端相连，所述稳压电源芯片的输出端与所述微控制单元、所述第一检测电路和所述第二检测电路分别相连。
13.如权利要求12所述的墙骨探测装置，其中所述电源模块具有指示灯。
14.如权利要求12所述的墙骨探测装置，其中所述电源为电池组。
15.如权利要求3所述的墙骨探测装置，其中还包括输出模块，所述输出模块的输入端连接到所述微控制单元的输出端。
16.如权利要求15所述的墙骨探测装置，其中所述输出模块为显示屏。
17.如权利要求3所述的墙骨探测装置，其中还包括输入模块，所述输入模块的输出端连接到所述微控制单元的第三输入端。
18.如权利要求17所述的墙骨探测装置，其中所述输入模块为键盘。
【文档编号】G01V3/00GK203981898SQ201420411599
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】王伟毅 申请人:杭州巨星工具有限公司, 杭州巨星科技股份有限公司