一种基于北斗定位的居民环境电磁测量系统的制作方法

本实用新型属于电磁探测技术领域，具体涉及一种基于北斗定位的居民环境电磁测量系统。

背景技术：

随着社会的发展和科技的进步，电子产品越来越多地进入人们的生活，居民环境的高压线、建筑楼顶的发射天线、无线电广播、移动电话等都成为了电磁辐射干扰源。这些电磁干扰都可能形成电磁污染，影响人体健康。电磁辐射形成干扰源之后，不仅能影响通讯，影响心脏起搏器功能，影响精密仪器的精确运作，有时甚至可能引起炸弹引爆，迫使飞机异常起飞或降落。最重要的是，它们也对人们的身体健康造成了直接的影响。目前，有关居民环境的电磁干扰问题己引起了世界各国及有关国际组织的普遍关注；因此我们有必要测量居民周边的电磁场强，来了解电磁辐射情况。

目前存在的电磁探测手段以及国家标准都是对低频如50Hz～1kHz的频率的场强进行测试。但电磁辐射频率很宽，不同的频率对人体伤害程度不一样，仅仅对低频进行了限制，无法满足对电磁辐射危害的研究要求。而且当前也没有相应的测量系统来完整地检测居民区域的电磁干扰，并基于位置形成三维的电磁骚扰发射图。

因此，本领域技术人员有必要提供一种能够完整的检测居民区域的电磁干扰、记录居民生活环境中每个位置电磁辐射水平的基于北斗定位的居民环境电磁测量系统。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足，本实用新型提供了一种能够完整的检测居民区域的电磁干扰、记录居民生活环境中每个位置电磁辐射水平的基于北斗定位的居民环境电磁测量系统。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种基于北斗定位的居民环境电磁测量系统，包括北斗定位系统，还包括用于采集0.05～7GHz电磁辐射信号的超宽带磁场探头、用于将采集信号下混频成中频信号的混频模块，所述超宽带磁场探头的信号输出端与混频模块的输入端电连接、所述混频模块的输出端与宽带放大器的输入端电连接、所述宽带放大器输出端经过A/D转换器电连接至单片机；所述北斗定位系统与单片机的输入端电连接，所述单片机的输出端连接有液晶显示模块。

优选的，所述超宽带磁场探头采用带状线结构的近场磁场探头。

优选的，所述混频模块采用混频芯片NE602。

进一步的，所述混频芯片NE602的8引脚通过150Ω电阻外接+5V的电源，并通过电容C1接地；探头信号通过高频变压器输入NE602的1、2引脚，NE602的4引脚连接电容后输出信号；6、7引脚连接晶振；3引脚接地。

优选的，所述宽带放大器的型号为AD620，A/D转换器采用AD转化芯片AD7793。

进一步的，所述放大器AD620的1、5引脚之间接一个498Ω的电阻，2引脚接一个1kΩ电阻并接地，信号通过3引脚输入；7OUTPUT引脚和8REF各自通过一个1kΩ的电阻与AD转化芯片AD7793的5、6引脚相连，AD转化芯片AD7793的5、6引脚通过电容C1直接相连,并分别通过电容C3、C2接地；AD7793的13、14引脚通过100Ω的电阻后接+5V的电源，同时与两个并联电容C4、C5串联并接地。

优选的，所述液晶显示模块采用LCD12864液晶显示模块。

进一步的，所述单片机的P00-P07和P10-P14分别与LCD12864的9-16和8、7、6、2、1引脚相连；另外单片机于18、19口外接一个晶振，并分别通过30pF的电容接地；单片机的引脚RNVF连接+5V电源，并通过22μF电容连接引脚RESET，20引脚接地并通过1kΩ电阻和引脚RESET相连；所述LCD12864的3引脚接地，4引脚连接电源，5、18引脚通过滑动变阻器连接+5V电源。

进一步的，该电磁测量系统设为手持式。

本实用新型的有益效果在于：

1)本实用新型一方面采用了超宽带磁场探头，可以对较大频率范围的电磁场进行测试，满足对电磁辐射危害的研究要求；另一方面，基于北斗定位的位置信息可以把探测的每一个位置的电磁辐射水平结合起来构成整个居民环境的电磁辐射水平图，可以明显直观的反应居民生活区的电磁辐射情况，可以为居民的身体健康提供一份参考。从而本实用新型系统能够完整的检测居民区域的电磁干扰、记录居民生活环境中每个位置的电磁辐射水平，具有较强的实用性。

2)本实用新型可以实时在系统的液晶屏上显示当前位置的电磁辐射情况；连续地记录不同位置的场强即可完成周边的电磁辐射水平图，便于实时观察环境的电磁辐射。

3)本实用新型采用了带状线结构的近场磁场探头，该探头由本课题组自主设计，于2016-03-28公开在中国文献中【冯超超，万发雨，安苏生.一种探测电磁干扰的磁场探头设计[J].合肥工业大学学报：自然科学版，2016,39(3):347-350】，具有探头直径尺寸小、结构简单，空间分辨率较好、测量频带范围较宽等优点，在0.05～7GHz频带范围内频率特性良好；从而可以做成手持式，应用于探测室内的电磁强度；不仅结构简单，功耗低，成本低，使用起来经济方便，便于推广利用。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构图。

图2为本实用新型磁场探头的结构图。

图3为本实用新型混频模块的混频芯片电路图。

图4为本实用新型放大器与采样模块的外围电路图。

图5为本实用新型单片机与LCD12864的电路连接图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

一种基于北斗定位的居民环境电磁测量系统，包括北斗定位系统，还包括用于采集电磁辐射信号的超宽带磁场探头、用于将采集信号下混频成中频信号的混频模块，所述超宽带磁场探头的信号输出端与混频模块的输入端电连接、所述混频模块的输出端与宽带放大器的输入端电连接、所述宽带放大器输出端经过A/D转换器电连接至单片机；所述北斗定位系统与单片机的输入端电连接，所述单片机的输出端连接有液晶显示模块。

上述测量系统的工作原理为：本测量系统通过超宽带磁场探头采集电磁辐射信号，由于采集的高频信号难以直接测量，故使用混频模块将采集信号下混频成中频信号，通过宽带放大器将信号放大，经过A/D转换器将模拟信号变为数字信号，并传送至单片机，经单片机计算处理后，在液晶显示屏上显示数值。同时，根据北斗定位系统的定位，确认该经纬度下的电磁辐射强度；连续地记录不同位置的场强即可完成周边的电磁辐射水平图。

实施例1

本实用新型需要测量周围电磁辐射信号，因此探头的设计至关重要，本实施例采用一种新型带状线结构的近场磁场探头，该探头由本课题组自主设计，已于2016-03-28公开在中国文献中【冯超超，万发雨，安苏生.一种探测电磁干扰的磁场探头设计[J].合肥工业大学学报：自然科学版，2016,39(3):347-350】。其具有探头直径尺寸小、结构简单，空间分辨率较好、测量频带范围较宽等优点，在0.05～7GHz频带范围内频率特性良好。该探头通过带状线结构以及圆环状的导带末端，总体呈对称结构，采用SMA(sub-mininature-A)接头进行馈电，可以达到很好的屏蔽电场作用，具体结构如图2所示。

根据其设计原理，当磁场垂直穿过探头的环面，则探头的输出电压可近似表示为：

V₀∝-jωμ₀∫_S|H|ds＝-jωμ₀HS (1)

其中，μ₀为真空磁导率，H为探头导带圆环中心的磁场强度，S为探头的圆环面积，ω由磁场的频率决定。所以只需测出探头的输出电压V₀，即可通过公式(1)求出该处的磁场强度。但是由于探头测得的信号为几百兆的高频信号，所以需要通过混频将其下混频为中频信号，才可方便测量。

本实用新型通过混频模块完成混频过程。输入信号在混频前先被放大，其电压增益约为10。混频模块电路图具体如图3所示，混频芯片NE602的8引脚通过150Ω电阻外接+5V的电源，并通过电容C1接地；探头信号通过高频变压器输入NE602的1、2引脚；NE602的4引脚连接一个电容后输出信号；6、7引脚连接晶振；3引脚接地。

由于从混频模块出来的中频信号幅值仍较小，所以需要对其进行放大。本实施例中所用的放大器为常见的仪表放大器。放大器的两个内部增益电阻为24.7kΩ,因而增益方程式为

G＝49.4kΩ/RG+1 (2)

对于所需的增益,则外部控制电阻值为

RG＝49.4/(G-1)kΩ (3)

在本实施例中需对微小信号放大100倍，使得采样更为精准。所以由公式(3)得，应选用RG的值约为498Ω。

当放大后的信号传到A/D转换器时，选用常见的AD转化芯片AD7793对其进行采样，放大电路与采样模块(由AD7793芯片和其外围电路组成)的外围电路图具体如图4所示。放大器AD620的1、5引脚之间接一个498Ω的电阻，2引脚接一个1kΩ电阻并接地，信号通过3引脚输入，而7OUTPUT引脚和8REF各自通过一个1kΩ的电阻与AD转化芯片AD7793的5、6引脚相连，AD转化芯片AD7793的5、6引脚通过电容C1直接相连，并分别通过电容C3、C2接地，以起到消除交流信号的作用。AD7793的13、14引脚通过100Ω的电阻后接+5V的电源，同时与两个并联电容C4、C5串联并接地来消除交流信号。

最后本系统通过单片机对一定时间内的AD采样数值求平均值，以减少误差，得到当前的电压幅值V。而初始信号的电压幅值V₀经过调频器20dB、放大器40dB放大，再考虑到电路中的噪声影响大约3dB，所以可以得到当前电压值V与初始电压值V₀的关系，如公式(4)所示：

因此可以得到V₀的值，再根据公式(1)，即可求出当前的电磁场强度。单片机与LCD12864的电路连接图如图5所示，单片机的P00-P07和P10-P14分别与液晶显示模块LCD12864的9-16和8、7、6、2、1引脚相连；另外单片机于18、19口外接一个晶振，并分别通过30pF的电容接地。引脚RNVF连接+5V电源，并通过22μF电容连接引脚RESET；单片机的20引脚接地，并通过1kΩ电阻和引脚RESET相连。LCD12864的3引脚接地，4引脚连接电源，5、18引脚通过滑动变阻器连接+5V电源。然后由单片机输出到液晶屏LCD12864，同时单片机从北斗定位系统的芯片中获取当前定位坐标，一并输出显示，即可完成测量显示当前坐标的电磁强度。之后在该区域不同位置记录下当前数值，便可完成测量当前区域的电磁辐射情况，利用电脑即可画出电磁辐射水平图。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。