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1、遘 廑 一 J 家用电场强度测试仪 的设计 西安外事学院工学院李龚冰 【 摘要 】随着现代 电子工业、 电信产业 的讯 猛发展及 电器产 品的普及 ，人类生存坏境 中的电磁 能力密度不断增强 ，电磁 污染也 日益严重。测量评价 电磁 辐射是否 对 该 空间内的人 员和设 备产 生影 响，现 已成为 了研究热 点，开发高质 、廉价、耐 用的家庭 式测试仪器也便 成为重 中之 重。本文在分 析 了家用 电场的强度 的基础 上，介绍 了一种 最新型的电场测试仪 的设计 方案。该方案将硬件 划分 为探 头和主机两大模块 。并在 家用 电场强度测试仪 系统硬 件设计的基础上 ，给出了系统软件 的总体设计
2、思想及详 细设计 过程。系统软件包括 下位 机软件和上位机 软件 。在家用 电场强度 测试仪 系统硬件和软件 实现 的基础 上，对家用 电场 强度测试仪 进行 了 功能测试。测试结 果表 明 ，该场强仪性 能稳定，能够实现 电磁辐 射的准确测量、上下位机通信 安全可靠符合设计要 素，并且有便携、 多功 能、扩展功能 良好等特 点，具有很 好的使用价值 ，能够准确无误的测试家用 电场强度。 【关键 词】家用电场强度测试仪 ；设计 ；通信协议；控制软件 2 O 世 纪 以来 ，人 类 最伟 大 的 科技 成 果 和技术进 步，当属信 息技术和产 业的迅速 发 展 。现代 电子工业 、电信产业 的讯
3、猛发展及 电器产 品的普及 ，不仅 给人类带 来快速 、有 效地 获 取信 息和 交流 信 息 的新 技 术 、新 手 段 ，同时也使人们 能获得廉价和 便利 的信 息 服 务 。伴 随着科学技 术的不 断发展， 电磁 技 术 已广泛 应用于 国民经济 的各个 行业 、各个 部 门，甚至走入 了千 家万户 。然 而 ，电子 产 品及相 关技术 的广泛 应用不仅 给人类创造 了 巨大 的物 质文 明，同时也把 人们 带近一个 充 满人造 电磁辐射 的环 境。这就好 比太 阳和 紫 外线总 是形影相随 一样，人类要 享受 到阳光 普照 ，就 不可避免 的要遭受 紫外线 的辐 射。 而 电磁辐 射是
4、一种看 不见 、摸不着 、难 以感 知的 “ 隐形污染 ”。各国科 学家通过长 期的 研究 ，逐 渐取得 了一个共识 ，他 们认为 ：当 电子辐 射在一定 的空间 区域 内，其强度 达到 一定 的强度限值 以后 ，对人 身健康或动 物的 生存安全 等 ，都会产 生不 良的影响 ，同时也 对 电子 仪 器 、设 备 ，包 括通 信 设 备 的安 全 运行 产生 负面影 响 。E M F ( E 1 e c t r o m a g n e t i c F i e l d ，电磁场)目前 已经是 人们公认 的、最 为普遍 的环境影 响因素之一 ，无论是经 济科 技发达 国家还是发 展 中国家 ，人们
5、都越 来越 关心 电磁场可能 导致的各种 危及健康 的负面 效应 。 一 、国内外研究现状 述评 人们认 识到 电磁波对 人类的伤害 ，最早 可追溯 到上个世纪 3 O 年代 。当时众多高频 加 热工人 出现 乏力 等症状 。二战期间 ，雷达 被 广泛使 用，这使 不少人受 到微 波的照射 ，战 后还有 一些媒体报 道 了第 一例 微波 白内障的 病例 。但是在那个 时代里 ，人 们更为关注 的 是 电离 辐射 ，显然 这些报道 在当时并没有 引 起人们 足够 的重视 。人类 有组织的开 展相 关 科研 活动 ，始于2 O 世纪5 O 年代 。1 9 5 4 年 ，美 国调集 各方专家 开始
6、了协作研 究 ，他们 实施 了耗 资巨大 的动物 实验 ，当时采用 的辐射 强 度大 于I O O M C M 。经过长 期的观察和 计算 ， 专家 们一 致认 为 1 O M C M 是安 全 “ 上限 ”。 事实 上，前苏联 早在1 9 5 3 年就开始 了专门的 研 究。与美 国截然 不 同，他们 除 了实验 室工 作外 ，还进行 了大量 的深 入生存一线 的流行 病学 调查 。而我 国进行有 组织的专 门研究 ， 是从 1 9 6 3 年正式 开始 的。由于对 电磁辐 射所 造成 的健康危害 的理解有所 不 同，不 同的 国 家所 制定 的电磁 辐射标准 有很大 的差 异。其 中俄 罗
7、斯 、意大 利 、中国、 比利时等 国家在 制定 标准时 ，充 分考虑 了电磁辐射对 人体神 经效应 方面 的影 响 ，标准 限值 比较严 厉；而 美 国、澳大利 亚、德 国等 国在制定标 准时 ， 则采 用了 国际非 电离协会 的推荐标准 ，没有 考 虑 到 电磁辐 射 对 人体 神 经效 应 方面 的影 响 ，而 只是考 虑 了 已有 明确 研 究 结 果的 热 效 应 ，标 准 限值 相对 较 为 宽松 ， 然而 迄 今 看来 ，将来仍然 有进一步提 高标准限值 的可 能 。 近 二十年来 ，随着 我国 国民经济 的持续 健康 发展 ，人们对 家用 电器 的需求量 日益增 加 。各种家用
8、 电器、 电子设 备和设施 日益广 泛地 应用于人们 的 日常生 活和工作 中。随之 而来 的是 ，电磁 辐射污染 问题也 日益严 重 。 据 国家环境保护 总局 的环境 电磁辐射污 染调 查 显示，我 国 目前环境 中人为电磁辐射 不断 增 加的 主要原 因是 ： ( 1 ) 各种 、家 用 电器 的 曰益增 多 ，功 率 的增大 ； ( 2 ) 工业 、科研 、 医 疗应用 中高 频用 电设备 的增 加 ： ( 3 ) 电力 部 门高压 输 电线路 的发展 ； ( 4 ) 交 通运输 工 具 及设备 的飞速增长 ，包 括私家车 的普 及应 用 。 还有 一 个 不容 忽视 的方面 ，就 是
9、 目前 我 国移动通信 设备的发展 突飞猛进 。据 有关 媒 体透露 ，全 世界家用 移动 电话用 户是数十 亿 ，中 国占其 中五分之 一。 电子科 技为我们 的生活、工作 带来 了巨大方便 ，但 同时带来 的磁 辐射也对 人体健康造成 了严重 的负面影 响 ，这越来越 受到人们 的广泛关注 。在早期 速P W M 信 号对 半导体 开 关器件 进行 不断 的导 通和 关断 的控 制 ，同时控 制P w M 信 号的 占空 比来 获得输 出大小变 化 的电压 值 。图4 所 示 是利 用开 关管 对直 流 电动 机进 行P W M 调 速控 制 的原理和 电压波形 。 。 砸 图5 H 桥
10、电动 机驱动 电路 在 图4 中， 当开关 管的栅 极输 入高 电平 时 ，开 关管导通 ，直流 电动机 电枢绕组 两端 电压为u s 。t 1 秒 后栅极输入 变为低 电平 ，开 关管截止 ，电动机 电枢 两端 电压为0 。 ( T - t 1 ) 秒后 ，栅极输入 电压重新 变为高 电平 ，开关 管 的动作重 复前面 的过程 。 六、H 桥 电动机 驱动电路 H 桥 电路 中的四个 功率M O S 管 采用N 沟道 M O S 管 ，N 沟 道 的M O S 管具有 以下两 方面 的优 点： 一方 面 ，N 沟 道 的M 0 S 管 载流 子 的迁 移 率 较 高 ，频 率 响应 较好 ，
11、跨 导较 大 ；另 一 方 面，N 沟道M 0 S 管 的导通 电流大和 导通 电阻 小。其 电路 如图5 所示 。 图 中V I 、V Z 、V 3 、V 4 四个M O S F E T 的型 号 为I R F 8 4 0 ，是H 桥 的核心元 件 ，其主要 的 电特性参 数 如表4 3 所示 。D 1 、D z 、D 3 、D 4 为 续 流二 极 管 ，其 主 要作 用 是提 供 电路 续 流 回路，消 除电动机所产 生的反 向电动势 ， 避 免该反 向电动 势击穿M O S F E T 。电源 电压为 + 1 2 V ，由汽车 蓄电池提供 。 电动机 正转 时 ，V 1 与V 4 受
12、同一路P W M 控 制信 号控制 ，V z 与V 3 输入 低 电平 ，使 反转 电 路截 止； 电动机 反转时 ，V z 与V 3 受 另外一路 P W M 控制 信号 控制 ，V 1 与V 4 输 入低 电平 ，使 正转 电路截 止。 节气 门体 电机 电枢 电 阻取3 3 Q，正常 电流 1 2 A，峰值 电流 5 7 8 A ，工 作 电压 l 2 伏 。 七、结论 电子 节 气 门控 制 系统 与传 统 机械 式 节 气 门控制系 统相 比，具 有节能环保 、结构紧 凑 ，重量轻 ，装配方便 ，成本低 ，效益高 ， 易与汽车其它 电子控制 系统集成 ，保 养方便 等 特点 。介绍
13、了电子节 气门控制系 统的基本 原 理，对控制 系统涉及 的电源模块 、角传感 器 信号处理 、A D 转换 、执行控制模块 和H 桥 电动 机驱 动 等 部分 的 电路 进 行 了分 析和 设 计 ，为 电子节 气 门控制 系统总成 的设计提供 了硬 件支持。 参考文献 【 1 】 勇 刚， 吴伯农AD7 7 0 5 高精 度数据采集的实现 D 】 外 电子测量技术， 2 0 0 6 ， 1 2 1 周志敏，周 纪海 高频开关电源设计 与应用实例 北 京： 人 民邮 电出版社，2 0 0 8 ， 1 2 3 1 周 继敏， 周 继海， 纪爱华 开 关电源实 用技术【 M1 北 京： 人 民邮
14、 电出版社，2 0 0 7 ，8 I4 1 陈伯 时 电力拖动 自动控制系统 M 北京： 机械 工业 出版 社， 1 9 9 2 【 5 1 李旭， 谢运样P WM技术实现 方法综述U 】 电源技术 应用， 2 0 0 5 ， 8 ( 2 ) ： 5 1 5 5 【 6 6崔如 汽油机 电子节气 门控 制技术 的研究 D 】 南京 理 工大学， 2 0 0 9 作者 简介 ：曹永 ( 1 9 8 9 ) ，男，山东泰安人 ，研 究方向：汽车运用 工程 。 电 - m B一1 3 1 I 鳗 廛 一 的 电磁 功率测量 中提 出了各种 方法 ，比较 传 统 的 ，如 小 功率 二 极管 检波 法
15、 、 热 点偶 发 等 ，大功率的有 谁热熔记 。在早期 的国家标 准 中，经 常在 电磁辐 射测量 中采用 的，是上 海 无线 电厂 、宿 迁 无线 电厂及 深 圳深 望 的 R C Q 一 1 A 、M L 一 9 1 与S R M 一 3 0 0 0 等 ，这 些产 品大 多存在 体积笨重 、智能性差 和测量精度低 的 缺 点，特 别是测 量频段范 围不能符合技 术要 求 。国外 的产 品则主 要有 德国 的Y M R 一 3 0 0 与 意大 利 的P M M 8 0 5 3 等产 品，性 能 良好 但其 价 格较 为昂贵 。为 了适应我 国人民 日益增 长的 物质 文明和精神 文明的现 实需要 ，今后 相当 长一 段时间 内，深入开展 电磁辐射监测 的单 位和 机构必将 日益增多 ，可 由此预测 出，未 来对 检测仪器 的需求量势必 很大 。积 极研制 开发 高质量且廉 价耐用 的仪 器、尤其是 自动 检测仪 ，可 以帮 助人们针对 电磁环境 的负面 影响采 取一定 的防护措施 ，因而对于家 用 电 场强度 测量仪 的设计具有非 常重要 的现 实意 义 。 二 、家用 电场 电磁辐射 防护与测量标准 为 了避 免 或 尽量 减 少 电磁 辐 射对 人 类
