本實(shí)用新型屬于電磁探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于北斗定位的居民環(huán)境電磁測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，電子產(chǎn)品越來越多地進(jìn)入人們的生活，居民環(huán)境的高壓線、建筑樓頂?shù)陌l(fā)射天線、無線電廣播、移動(dòng)電話等都成為了電磁輻射干擾源。這些電磁干擾都可能形成電磁污染，影響人體健康。電磁輻射形成干擾源之后，不僅能影響通訊，影響心臟起搏器功能，影響精密儀器的精確運(yùn)作，有時(shí)甚至可能引起炸彈引爆，迫使飛機(jī)異常起飛或降落。最重要的是，它們也對(duì)人們的身體健康造成了直接的影響。目前，有關(guān)居民環(huán)境的電磁干擾問題己引起了世界各國及有關(guān)國際組織的普遍關(guān)注；因此我們有必要測(cè)量居民周邊的電磁場(chǎng)強(qiáng)，來了解電磁輻射情況。

目前存在的電磁探測(cè)手段以及國家標(biāo)準(zhǔn)都是對(duì)低頻如50Hz～1kHz的頻率的場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行測(cè)試。但電磁輻射頻率很寬，不同的頻率對(duì)人體傷害程度不一樣，僅僅對(duì)低頻進(jìn)行了限制，無法滿足對(duì)電磁輻射危害的研究要求。而且當(dāng)前也沒有相應(yīng)的測(cè)量系統(tǒng)來完整地檢測(cè)居民區(qū)域的電磁干擾，并基于位置形成三維的電磁騷擾發(fā)射圖。

因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員有必要提供一種能夠完整的檢測(cè)居民區(qū)域的電磁干擾、記錄居民生活環(huán)境中每個(gè)位置電磁輻射水平的基于北斗定位的居民環(huán)境電磁測(cè)量系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型提供了一種能夠完整的檢測(cè)居民區(qū)域的電磁干擾、記錄居民生活環(huán)境中每個(gè)位置電磁輻射水平的基于北斗定位的居民環(huán)境電磁測(cè)量系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案：

一種基于北斗定位的居民環(huán)境電磁測(cè)量系統(tǒng)，包括北斗定位系統(tǒng)，還包括用于采集0.05～7GHz電磁輻射信號(hào)的超寬帶磁場(chǎng)探頭、用于將采集信號(hào)下混頻成中頻信號(hào)的混頻模塊，所述超寬帶磁場(chǎng)探頭的信號(hào)輸出端與混頻模塊的輸入端電連接、所述混頻模塊的輸出端與寬帶放大器的輸入端電連接、所述寬帶放大器輸出端經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器電連接至單片機(jī)；所述北斗定位系統(tǒng)與單片機(jī)的輸入端電連接，所述單片機(jī)的輸出端連接有液晶顯示模塊。

優(yōu)選的，所述超寬帶磁場(chǎng)探頭采用帶狀線結(jié)構(gòu)的近場(chǎng)磁場(chǎng)探頭。

優(yōu)選的，所述混頻模塊采用混頻芯片NE602。

進(jìn)一步的，所述混頻芯片NE602的8引腳通過150Ω電阻外接+5V的電源，并通過電容C1接地；探頭信號(hào)通過高頻變壓器輸入NE602的1、2引腳，NE602的4引腳連接電容后輸出信號(hào)；6、7引腳連接晶振；3引腳接地。

優(yōu)選的，所述寬帶放大器的型號(hào)為AD620，A/D轉(zhuǎn)換器采用AD轉(zhuǎn)化芯片AD7793。

進(jìn)一步的，所述放大器AD620的1、5引腳之間接一個(gè)498Ω的電阻，2引腳接一個(gè)1kΩ電阻并接地，信號(hào)通過3引腳輸入；7OUTPUT引腳和8REF各自通過一個(gè)1kΩ的電阻與AD轉(zhuǎn)化芯片AD7793的5、6引腳相連，AD轉(zhuǎn)化芯片AD7793的5、6引腳通過電容C1直接相連,并分別通過電容C3、C2接地；AD7793的13、14引腳通過100Ω的電阻后接+5V的電源，同時(shí)與兩個(gè)并聯(lián)電容C4、C5串聯(lián)并接地。

優(yōu)選的，所述液晶顯示模塊采用LCD12864液晶顯示模塊。

進(jìn)一步的，所述單片機(jī)的P00-P07和P10-P14分別與LCD12864的9-16和8、7、6、2、1引腳相連；另外單片機(jī)于18、19口外接一個(gè)晶振，并分別通過30pF的電容接地；單片機(jī)的引腳RNVF連接+5V電源，并通過22μF電容連接引腳RESET，20引腳接地并通過1kΩ電阻和引腳RESET相連；所述LCD12864的3引腳接地，4引腳連接電源，5、18引腳通過滑動(dòng)變阻器連接+5V電源。

進(jìn)一步的，該電磁測(cè)量系統(tǒng)設(shè)為手持式。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

1)本實(shí)用新型一方面采用了超寬帶磁場(chǎng)探頭，可以對(duì)較大頻率范圍的電磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，滿足對(duì)電磁輻射危害的研究要求；另一方面，基于北斗定位的位置信息可以把探測(cè)的每一個(gè)位置的電磁輻射水平結(jié)合起來構(gòu)成整個(gè)居民環(huán)境的電磁輻射水平圖，可以明顯直觀的反應(yīng)居民生活區(qū)的電磁輻射情況，可以為居民的身體健康提供一份參考。從而本實(shí)用新型系統(tǒng)能夠完整的檢測(cè)居民區(qū)域的電磁干擾、記錄居民生活環(huán)境中每個(gè)位置的電磁輻射水平，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

2)本實(shí)用新型可以實(shí)時(shí)在系統(tǒng)的液晶屏上顯示當(dāng)前位置的電磁輻射情況；連續(xù)地記錄不同位置的場(chǎng)強(qiáng)即可完成周邊的電磁輻射水平圖，便于實(shí)時(shí)觀察環(huán)境的電磁輻射。

3)本實(shí)用新型采用了帶狀線結(jié)構(gòu)的近場(chǎng)磁場(chǎng)探頭，該探頭由本課題組自主設(shè)計(jì)，于2016-03-28公開在中國文獻(xiàn)中【馮超超，萬發(fā)雨，安蘇生.一種探測(cè)電磁干擾的磁場(chǎng)探頭設(shè)計(jì)[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2016,39(3):347-350】，具有探頭直徑尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單，空間分辨率較好、測(cè)量頻帶范圍較寬等優(yōu)點(diǎn)，在0.05～7GHz頻帶范圍內(nèi)頻率特性良好；從而可以做成手持式，應(yīng)用于探測(cè)室內(nèi)的電磁強(qiáng)度；不僅結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，成本低，使用起來經(jīng)濟(jì)方便，便于推廣利用。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本實(shí)用新型磁場(chǎng)探頭的結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本實(shí)用新型混頻模塊的混頻芯片電路圖。

圖4為本實(shí)用新型放大器與采樣模塊的外圍電路圖。

圖5為本實(shí)用新型單片機(jī)與LCD12864的電路連接圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而不能以此來限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

一種基于北斗定位的居民環(huán)境電磁測(cè)量系統(tǒng)，包括北斗定位系統(tǒng)，還包括用于采集電磁輻射信號(hào)的超寬帶磁場(chǎng)探頭、用于將采集信號(hào)下混頻成中頻信號(hào)的混頻模塊，所述超寬帶磁場(chǎng)探頭的信號(hào)輸出端與混頻模塊的輸入端電連接、所述混頻模塊的輸出端與寬帶放大器的輸入端電連接、所述寬帶放大器輸出端經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器電連接至單片機(jī)；所述北斗定位系統(tǒng)與單片機(jī)的輸入端電連接，所述單片機(jī)的輸出端連接有液晶顯示模塊。

上述測(cè)量系統(tǒng)的工作原理為：本測(cè)量系統(tǒng)通過超寬帶磁場(chǎng)探頭采集電磁輻射信號(hào)，由于采集的高頻信號(hào)難以直接測(cè)量，故使用混頻模塊將采集信號(hào)下混頻成中頻信號(hào)，通過寬帶放大器將信號(hào)放大，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，并傳送至單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)計(jì)算處理后，在液晶顯示屏上顯示數(shù)值。同時(shí)，根據(jù)北斗定位系統(tǒng)的定位，確認(rèn)該經(jīng)緯度下的電磁輻射強(qiáng)度；連續(xù)地記錄不同位置的場(chǎng)強(qiáng)即可完成周邊的電磁輻射水平圖。

實(shí)施例1

本實(shí)用新型需要測(cè)量周圍電磁輻射信號(hào)，因此探頭的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，本實(shí)施例采用一種新型帶狀線結(jié)構(gòu)的近場(chǎng)磁場(chǎng)探頭，該探頭由本課題組自主設(shè)計(jì)，已于2016-03-28公開在中國文獻(xiàn)中【馮超超，萬發(fā)雨，安蘇生.一種探測(cè)電磁干擾的磁場(chǎng)探頭設(shè)計(jì)[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2016,39(3):347-350】。其具有探頭直徑尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單，空間分辨率較好、測(cè)量頻帶范圍較寬等優(yōu)點(diǎn)，在0.05～7GHz頻帶范圍內(nèi)頻率特性良好。該探頭通過帶狀線結(jié)構(gòu)以及圓環(huán)狀的導(dǎo)帶末端，總體呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，采用SMA(sub-mininature-A)接頭進(jìn)行饋電，可以達(dá)到很好的屏蔽電場(chǎng)作用，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

根據(jù)其設(shè)計(jì)原理，當(dāng)磁場(chǎng)垂直穿過探頭的環(huán)面，則探頭的輸出電壓可近似表示為：

V₀∝-jωμ₀∫_S|H|ds＝-jωμ₀HS (1)

其中，μ₀為真空磁導(dǎo)率，H為探頭導(dǎo)帶圓環(huán)中心的磁場(chǎng)強(qiáng)度，S為探頭的圓環(huán)面積，ω由磁場(chǎng)的頻率決定。所以只需測(cè)出探頭的輸出電壓V₀，即可通過公式(1)求出該處的磁場(chǎng)強(qiáng)度。但是由于探頭測(cè)得的信號(hào)為幾百兆的高頻信號(hào)，所以需要通過混頻將其下混頻為中頻信號(hào)，才可方便測(cè)量。

本實(shí)用新型通過混頻模塊完成混頻過程。輸入信號(hào)在混頻前先被放大，其電壓增益約為10?；祛l模塊電路圖具體如圖3所示，混頻芯片NE602的8引腳通過150Ω電阻外接+5V的電源，并通過電容C1接地；探頭信號(hào)通過高頻變壓器輸入NE602的1、2引腳；NE602的4引腳連接一個(gè)電容后輸出信號(hào)；6、7引腳連接晶振；3引腳接地。

由于從混頻模塊出來的中頻信號(hào)幅值仍較小，所以需要對(duì)其進(jìn)行放大。本實(shí)施例中所用的放大器為常見的儀表放大器。放大器的兩個(gè)內(nèi)部增益電阻為24.7kΩ,因而增益方程式為

G＝49.4kΩ/RG+1 (2)

對(duì)于所需的增益,則外部控制電阻值為

RG＝49.4/(G-1)kΩ (3)

在本實(shí)施例中需對(duì)微小信號(hào)放大100倍，使得采樣更為精準(zhǔn)。所以由公式(3)得，應(yīng)選用RG的值約為498Ω。

當(dāng)放大后的信號(hào)傳到A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，選用常見的AD轉(zhuǎn)化芯片AD7793對(duì)其進(jìn)行采樣，放大電路與采樣模塊(由AD7793芯片和其外圍電路組成)的外圍電路圖具體如圖4所示。放大器AD620的1、5引腳之間接一個(gè)498Ω的電阻，2引腳接一個(gè)1kΩ電阻并接地，信號(hào)通過3引腳輸入，而7OUTPUT引腳和8REF各自通過一個(gè)1kΩ的電阻與AD轉(zhuǎn)化芯片AD7793的5、6引腳相連，AD轉(zhuǎn)化芯片AD7793的5、6引腳通過電容C1直接相連，并分別通過電容C3、C2接地，以起到消除交流信號(hào)的作用。AD7793的13、14引腳通過100Ω的電阻后接+5V的電源，同時(shí)與兩個(gè)并聯(lián)電容C4、C5串聯(lián)并接地來消除交流信號(hào)。

最后本系統(tǒng)通過單片機(jī)對(duì)一定時(shí)間內(nèi)的AD采樣數(shù)值求平均值，以減少誤差，得到當(dāng)前的電壓幅值V。而初始信號(hào)的電壓幅值V₀經(jīng)過調(diào)頻器20dB、放大器40dB放大，再考慮到電路中的噪聲影響大約3dB，所以可以得到當(dāng)前電壓值V與初始電壓值V₀的關(guān)系，如公式(4)所示：

因此可以得到V₀的值，再根據(jù)公式(1)，即可求出當(dāng)前的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。單片機(jī)與LCD12864的電路連接圖如圖5所示，單片機(jī)的P00-P07和P10-P14分別與液晶顯示模塊LCD12864的9-16和8、7、6、2、1引腳相連；另外單片機(jī)于18、19口外接一個(gè)晶振，并分別通過30pF的電容接地。引腳RNVF連接+5V電源，并通過22μF電容連接引腳RESET；單片機(jī)的20引腳接地，并通過1kΩ電阻和引腳RESET相連。LCD12864的3引腳接地，4引腳連接電源，5、18引腳通過滑動(dòng)變阻器連接+5V電源。然后由單片機(jī)輸出到液晶屏LCD12864，同時(shí)單片機(jī)從北斗定位系統(tǒng)的芯片中獲取當(dāng)前定位坐標(biāo)，一并輸出顯示，即可完成測(cè)量顯示當(dāng)前坐標(biāo)的電磁強(qiáng)度。之后在該區(qū)域不同位置記錄下當(dāng)前數(shù)值，便可完成測(cè)量當(dāng)前區(qū)域的電磁輻射情況，利用電腦即可畫出電磁輻射水平圖。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。