一种可视化的非接触式电路诊断器

陈刚 何景峰 陈文博 刘杰

摘要：当前存在的电路检修工具都是接触式检修，就是将检修工具的检测端和电路实际接触才能读取电路信息，电路维护和故障检修面临的问题就比较突出，隐式电路布线在不拆除线路遮蔽物的情况下很难进行电路信息的读取。

关键词：非接触式;STM32;电磁感应;可视化

1.引言

最具代表电路检修器目前是验电笔，虽然使用方便，但是其功能单一且必须要与被测电路进行直接接触才能检测，而随着电路布线规范、美观、安全的逐渐推行，现有类似于验电笔之类的电路示波器等已经不能够满足人们的需求，人们更需求一种全新的非接触式的电路检测器，以STM32单片机为核心控制芯片，通过SPN1太阳能检测传感器来感应太阳光照强度，从而整个系统的供电方式进行选择。用户可以根据屏幕上显示的电压电流的波形图及数值对电路的基本信息进行判断。

2.硬件的搭建

一种可视化的非接触式电路诊断器的设计，主要分为主机和从机两部分，主机由两部分，主机端的单片机和NRF24L01。整体的设计框图如图1所示：

电源模块采用的是太阳能电池板，其与整个系统分开，然后通过USB与从机端进行连接，从而达到供电的目的[1]。

太阳能充电器设计的来源是将太阳能转换成电能，主要解决的技术问题是如何将太阳能转换成能够充电的电能。太阳能作为一种可再生能源，具有清洁安全、取之不尽用之不竭的优点，光伏发电技术也越来越受到人们的关注，随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的发展，太阳能光伏发电系统将逐渐由现在的补充能源向替代能源过渡[2]。

太阳能充电器是由单片机最小系统、太阳能充电电路、ADC0832转换模块、太阳能充电电池、液晶显示模块和电源模块组成。太阳能充电系统是太阳能充电板在阳光的照耀下产生电荷，存储太阳能电池板的电荷，经过稳压芯片作用后给TP4056芯片提供电源和充电电池充电。充电时，充电指示灯点亮，当充电完成后，充电指示灯熄灭[3]。利用ADC0832转换器采集充电电池的电压并在LCD1602液晶显示屏上显示充电电压值。此太阳能充电器制作简单，性价比高，性能稳定。其原理图如图2所示：

3.软件设计

本次系统设计将采用模块化的程序设计思路，首先对各个模块应用程序进行编写，然后在主程序中对各模块的程序调用。模块化编写的程序不仅有利于系统的调试，而且能够方便快速的在项目间件进行移植，缩短项目开发周期，整体的流程如图3所示：

3.1太阳能电池程序设计

当光伏太阳能充电打开电源开关时，STC89C52单片机自动复位，开始运行该程序。该程序首先对STC89C52系统初始化，液晶屏定时器初始化。然后给出开机显示，接着判断打开定时器开始定时，同时开启ADC0832模数转换器采集锂电池电压的数据值。并且把采集的数据转换的十进制数在液晶屏上进行显示。

3.2数据采集程序设计

信号采集模块采用的是使用程序IIC进行模拟通信的，因为电磁感应模块部分已经直接将测得的模拟信号转换成数字信号，所以程序部分便是直接将数据读取出来，具体流程如图4所示。

3.3数据处理模块程序设计

STM32-F103VET6通过IIC通讯，将数据从接收端NRF电磁感应模块读取到自身的寄存器中，具体流程如图5所示。

4.系统测试

在本设计中，由于用到了多个模块，因此需要在组装好之后测试，测试环节先对电磁感应模块进行测试，最后屏幕显示和播报装置，主要分为以下步骤：

（1）用万用表检测电路板焊接是否正常，在手工焊接过程中，容易存在虚焊，漏焊现象，在焊盘、焊点多的地方进行检测，这里很容易出现短路，最终在检测与调试下正常。

（2）程序烧录完成后，用示波器对波形进行检测，因为本设计提及的所有由单片机控制的屏幕显示、语音播报都是通过电信号进行控制的，可以通过示波器对其周期脉宽进行检测，看其是否与程序设定过程一致，这样就可以有效地保护硬件。

5.总结

新型的可视化电路诊断器的设计需要至少四大块理论知识：传感器技术、经典控制理论技术、现代控制理论技术、嵌入式开发技术、光伏太阳能发电技术。尤其是经典控制理论技术和现代控制理论，可以说是伴随着现代工业的发展而产生的，并且推动智能时代的到来。

参考文献：

[1]吴房胜，徐金秀，李如平.增量型PID算法控制的嵌入式視频智能车设计[J].宜宾学院学报，2016，16（12）：48-52.

[2]叶云岳，陆凯元.直线电机的PID控制与模糊控制[J].电子技术学报，2001，16（3）：11-15.

[3]肖骁，戈文祺.电气传动系统中单片机技术的应用解析[J].中国标准化，2017（22）：250-252.

（西京学院 陕西西安 710123）