基于MXT8051單片機(jī)的電磁波測(cè)試儀的研制

　　引言

　　隨著各種通訊設(shè)備的日益增多，無線電在我們的生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。在我們享受無線電帶來的各種便利的同時(shí)，幾乎毫無防備地受到電磁波的影響，特別是，電磁波的影響不是在當(dāng)時(shí)就立刻產(chǎn)生危害，而是儲(chǔ)存在人體內(nèi)，以后會(huì)以癌或畸形兒等癥狀出現(xiàn)，因此，它的危險(xiǎn)性更加可怕。

　　那么，怎樣才能擺脫電磁波的危害呢?如果想要找到完全擺脫電磁波影響的地方，只有像原始人那樣生活才有可能，所以只能是想辦法將電磁波對(duì)我們的影響減到最小。要達(dá)到這個(gè)目的，主要有兩個(gè)途徑：一種是采用被動(dòng)防御，即穿戴具有防護(hù)功能的衣物，將電磁波輻射阻止在身體之外;另一種是采用主動(dòng)出擊，通過檢測(cè)設(shè)備測(cè)試周圍的電磁波輻射強(qiáng)度，如果超出國標(biāo)要求，可以選擇遠(yuǎn)離輻射源，或想辦法使輻射源的輻射強(qiáng)度減到國標(biāo)要求之內(nèi)。本文就是從第二種途徑出發(fā)，借著本次時(shí)代民芯杯設(shè)計(jì)大賽的機(jī)會(huì)，設(shè)計(jì)了這款電磁波測(cè)試儀用來檢測(cè)人們生活環(huán)境中的電磁輻射，通過聲光報(bào)警的方式告訴使用者周圍的電磁輻射是否超標(biāo)。

　　電磁波簡介

　　從科學(xué)的角度來說，電磁波是能量的一種，凡是能夠釋放出能量的物體，都會(huì)釋放出電磁波。 電與磁可說是一體兩面，變動(dòng)的電會(huì)產(chǎn)生磁，變動(dòng)的磁則會(huì)產(chǎn)生電。電磁的變動(dòng)就如同微風(fēng)輕拂水面產(chǎn)生水波一樣，因此被稱為電磁波，而每秒鐘變動(dòng)的次數(shù)便是頻率。當(dāng)電磁波頻率低時(shí)，主要藉由有形的導(dǎo)電體才能傳遞;當(dāng)頻率漸提高時(shí)，電磁波就會(huì)外溢到導(dǎo)體之外，不需要介質(zhì)也能向外傳遞能量，這就是一種輻射。電磁輻射危害人體的機(jī)理主要是熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)和積累效應(yīng)等。

　　熱效應(yīng)：人體內(nèi)70%以上是水，水分子受到電磁波輻射后相互摩擦，引起機(jī)體升溫，從而影響到身體其他器官的正常工作。

　　非熱效應(yīng)：人體的器官和組織都存在微弱的電磁場(chǎng)，它們是穩(wěn)定和有序的，一旦受到外界電磁波的干擾，處于平衡狀態(tài)的微弱電磁場(chǎng)即遭到破壞，人體正常循環(huán)機(jī)能會(huì)遭受損害。

　　累積效應(yīng)：熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)作用于人體后，對(duì)人體的傷害未來得及自我修復(fù)之前再次受到電磁波輻射的話，其傷害程度就會(huì)累積，久之會(huì)成為永久性病態(tài)或危及生命。對(duì)于長期接觸電磁波輻射的群體，即使功率很小，頻率很低，也會(huì)誘發(fā)想不到的病變。

　　MXT8051單片機(jī)介紹

　　MXT8051是以高速單指令周期8051為核的MCU。電路擁有豐富的外設(shè)，包括PWM、UART、WDT，Timer等，大容量存儲(chǔ)器，內(nèi)嵌32Kx8可在線編程flash，10位AD，8位DA，若干OP，36x4 LCD driver、POR以及可編程增益放大器(PGA)等模擬電路。電路集成片上調(diào)試系統(tǒng)，通過標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口，快速診斷復(fù)雜SoC，該調(diào)試系統(tǒng)具有不占用任何硬件資源可進(jìn)行全速和單步運(yùn)行、支持硬件斷點(diǎn)、軟件斷點(diǎn)、以及觀察內(nèi)部特殊功能寄存器、程序指針和內(nèi)部RAM等功能。

　　本次大賽我們?cè)O(shè)計(jì)的電磁波測(cè)試儀用到了MXT8051單片機(jī)的ADC、PWM、UART、WDT、定時(shí)器等大部分模塊，單片機(jī)的功能得到充分發(fā)揮，可謂物盡其用。

　　關(guān)鍵技術(shù)和解決方案

　　該項(xiàng)目主要關(guān)鍵點(diǎn)在無線電波的收集與放大調(diào)理電路設(shè)計(jì)上。由于電磁波波譜比較寬，周圍的電磁波從幾赫茲到上G赫茲都存在，如果要精確測(cè)量每種頻段的電磁波強(qiáng)度，電路就會(huì)很復(fù)雜，也不是幾十元成本的電子元器件能實(shí)現(xiàn)的。考慮到本機(jī)的市場(chǎng)定位為民用市場(chǎng)，僅是大概的定性檢測(cè)電磁輻射是否在一個(gè)符合標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，對(duì)檢測(cè)的數(shù)值精度要求不是很高，數(shù)值本身是用于評(píng)估周圍電磁輻射的一個(gè)參考，因此在盡可能節(jié)省成本的基礎(chǔ)上做了以下設(shè)計(jì)：

　　1. 根據(jù)周圍電磁波存在最多的頻段為手機(jī)的900MHz~1800MHz，天線設(shè)計(jì)為對(duì)該頻段最敏感，轉(zhuǎn)化效率最高，因此本機(jī)對(duì)手機(jī)等通訊設(shè)備的檢測(cè)效果最好，反應(yīng)最靈敏。

　　2.樣率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電磁波頻率，所以不能對(duì)電磁波轉(zhuǎn)化的電信號(hào)直接采樣，而是先將電磁波耦合的高頻電信號(hào)轉(zhuǎn)化為低頻的包絡(luò)信號(hào)，然后對(duì)包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行放大處理，再送到ADC采樣，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波強(qiáng)度的檢測(cè)。