基于单片机的工程管线检测仪的设计与制作

刘勇++李富强++孙德明

管线检测仪，主要应用在房屋装修时查找墙体中的电线、水管和金属物。使用管线检测仪可以有效提高施工效率和施工的安全性。通过仿真和实验验证，证明了设计制作的管线检测仪能达到检测水管、通电电线、金属的目的，性能稳定，检测精度达到设计要求。

【关键词】STM32单片机 水管检测 电线检测 金属检测

1 绪论

管线检测仪是针对墙体中电线、水管、金属而设计的检测仪，设计运用传感器，用以检测被测管线电压电流大小、埋藏位置。

本设计主要是对带水的塑料水管、通电电线、金属进行检测。针对水管检测，自己动手制做了电容极板检测传感器进行信号检测。针对通电电线，自己制作了感应电板进行信号检测；针对墙内金属，利用电涡流原理检测信号。

2 管线检测仪硬件电路的设计

检测水管模块，自制电容式传感器，主要根据水管中水的电解质不同于墙体的电解质，从而测量墙体中介电常数的变化，得到输出信号随被测水管位置变化的规律。

利用电容充放电原理的脉冲型测量电路，其中E、f为方波激励电源的幅值和频率，D1-D4为特性相同的二极管，本设计选用IN4148，A为放大器，Cx1、Cx2即为差动变面积式电容传感器的两个差接电容CAC，CBC，BL，为负载电阻。其中方波用于控制电容Cx1、Cx2的充放电。本设计选用NE555P来生成所需的方波，因为555定时器外接电路简单，虽然产生的方波不是很好看，但经过整形后会得到较好的波形。同时由于占空比与振荡频率之间彼此独立，互不影响，可组成占空比可调的矩形波发生器，且占空比调节范围较宽。

2.1 通电电线检测

实现原理为：当电路处于常态时，Q1因栅极悬空二导通，形成漏电流，Q2基极无电流流入，D3处于熄灭状态。当感应板靠近AC220V或以上的交变电源时，因电源在四周将形成一交变电场，感应板上将感应出相应交变电压加到Q1栅极，感应板上感应电压为负时，Q1截止，电压经过R1、D4加至Q2基极，Q2导通，D3发光。从而检测通电电线位置。

2.2 金属检测

工作原理为：Q1、L1、L2、C2、C3、R1、W组成高频振荡电路，适合的振荡级增益可通过电位器W调节得到，适合的振荡增益可使荡器处于临界振荡状态，即刚好使振荡器起振。这里的检测电路由Q2、Q3组成，电路正常振荡时，振荡电压超过0.6V时，Q2就会在负半周导通使C4放电短路，这样可让Q3截止；当金属物体靠近检测线圈L1时，金属导体中会产生涡电流，导致振荡回路中的能量损耗增大，正反馈减弱，从而使处于临界状态的振荡器振荡减弱，甚至无法维持振荡所需的最低能量导致不再进行振荡，使Q2截止，R2给C4充电，Q3导通，使蜂鸣器和发光二极管动作。从而判定金属物体的位置。

3 总结

本文设计的管线检测仪的核心是STM32单片机。是集合三种功能的智能型检测仪。该硬件的设计简洁易用，软件流程清楚明了，在保证实现基本工作性能的同时最大程度减小了成本。

参考文献

[1]张文彬.电磁金属检测器的设计[D].天津：天津理工大学，2013.

作者单位

中国矿业大学徐海学院 江苏省徐州市 221008endprint