基于MXT8051單片機的電磁波測試儀的研制

　　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，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時就立刻產(chǎn)生危害，而是儲存在人體內(nèi)，以后會以癌或畸形兒等癥狀出現(xiàn)，因此，它的危險性更加可怕。

　　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我們的影響減到最小。要達到這個目的，主要有兩個途徑：一種是采用被動防御，即穿戴具有防護功能的衣物，將電磁波輻射阻止在身體之外;另一種是采用主動出擊，通過檢測設(shè)備測試周圍的電磁波輻射強度，如果超出國標要求，可以選擇遠離輻射源，或想辦法使輻射源的輻射強度減到國標要求之內(nèi)。本文就是從第二種途徑出發(fā)，借著本次時代民芯杯設(shè)計大賽的機會，設(shè)計了這款電磁波測試儀用來檢測人們生活環(huán)境中的電磁輻射，通過聲光報警的方式告訴使用者周圍的電磁輻射是否超標。

　　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，都會釋放出電磁波。 電與磁可說是一體兩面，變動的電會產(chǎn)生磁，變動的磁則會產(chǎn)生電。電磁的變動就如同微風(fēng)輕拂水面產(chǎn)生水波一樣，因此被稱為電磁波，而每秒鐘變動的次數(shù)便是頻率。當電磁波頻率低時，主要藉由有形的導(dǎo)電體才能傳遞;當頻率漸提高時，電磁波就會外溢到導(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，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)的微弱電磁場即遭到破壞，人體正常循環(huán)機能會遭受損害。

　　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，其傷害程度就會累積，久之會成為永久性病態(tài)或危及生命。對于長期接觸電磁波輻射的群體，即使功率很小，頻率很低，也會誘發(fā)想不到的病變。

　　MXT8051單片機介紹

　　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)，通過標準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行全速和單步運行、支持硬件斷點、軟件斷點、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。

　　本次大賽我們設(shè)計的電磁波測試儀用到了MXT8051單片機的ADC、PWM、UART、WDT、定時器等大部分模塊，單片機的功能得到充分發(fā)揮，可謂物盡其用。

　　關(guān)鍵技術(shù)和解決方案

　　該項目主要關(guān)鍵點在無線電波的收集與放大調(diào)理電路設(shè)計上。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，如果要精確測量每種頻段的電磁波強度，電路就會很復(fù)雜，也不是幾十元成本的電子元器件能實現(xiàn)的。考慮到本機的市場定位為民用市場，僅是大概的定性檢測電磁輻射是否在一個符合標準的范圍內(nèi)，對檢測的數(shù)值精度要求不是很高，數(shù)值本身是用于評估周圍電磁輻射的一個參考，因此在盡可能節(jié)省成本的基礎(chǔ)上做了以下設(shè)計：

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

　　2.樣率遠遠低于電磁波頻率，所以不能對電磁波轉(zhuǎn)化的電信號直接采樣，而是先將電磁波耦合的高頻電信號轉(zhuǎn)化為低頻的包絡(luò)信號，然后對包絡(luò)信號進行放大處理，再送到ADC采樣，實現(xiàn)對電磁波強度的檢測。