基于單片機的工程管線檢測儀的設計與制作

劉勇++李富強++孫德明

管線檢測儀，主要應用在房屋裝修時查找墻體中的電線、水管和金屬物。使用管線檢測儀可以有效提高施工效率和施工的安全性。通過仿真和實驗驗證，證明了設計制作的管線檢測儀能達到檢測水管、通電電線、金屬的目的，性能穩定，檢測精度達到設計要求。

【關鍵詞】STM32單片機 水管檢測 電線檢測 金屬檢測

1 緒論

管線檢測儀是針對墻體中電線、水管、金屬而設計的檢測儀，設計運用傳感器，用以檢測被測管線電壓電流大小、埋藏位置。

本設計主要是對帶水的塑料水管、通電電線、金屬進行檢測。針對水管檢測，自己動手制做了電容極板檢測傳感器進行信號檢測。針對通電電線，自己制作了感應電板進行信號檢測；針對墻內金屬，利用電渦流原理檢測信號。

2 管線檢測儀硬件電路的設計

檢測水管模塊，自制電容式傳感器，主要根據水管中水的電解質不同于墻體的電解質，從而測量墻體中介電常數的變化，得到輸出信號隨被測水管位置變化的規律。

利用電容充放電原理的脈沖型測量電路，其中E、f為方波激勵電源的幅值和頻率，D1-D4為特性相同的二極管，本設計選用IN4148，A為放大器，Cx1、Cx2即為差動變面積式電容傳感器的兩個差接電容CAC，CBC，BL，為負載電阻。其中方波用于控制電容Cx1、Cx2的充放電。本設計選用NE555P來生成所需的方波，因為555定時器外接電路簡單，雖然產生的方波不是很好看，但經過整形后會得到較好的波形。同時由于占空比與振蕩頻率之間彼此獨立，互不影響，可組成占空比可調的矩形波發生器，且占空比調節范圍較寬。

2.1 通電電線檢測

實現原理為：當電路處于常態時，Q1因柵極懸空二導通，形成漏電流，Q2基極無電流流入，D3處于熄滅狀態。當感應板靠近AC220V或以上的交變電源時，因電源在四周將形成一交變電場，感應板上將感應出相應交變電壓加到Q1柵極，感應板上感應電壓為負時，Q1截止，電壓經過R1、D4加至Q2基極，Q2導通，D3發光。從而檢測通電電線位置。

2.2 金屬檢測

工作原理為：Q1、L1、L2、C2、C3、R1、W組成高頻振蕩電路，適合的振蕩級增益可通過電位器W調節得到，適合的振蕩增益可使蕩器處于臨界振蕩狀態，即剛好使振蕩器起振。這里的檢測電路由Q2、Q3組成，電路正常振蕩時，振蕩電壓超過0.6V時，Q2就會在負半周導通使C4放電短路，這樣可讓Q3截止；當金屬物體靠近檢測線圈L1時，金屬導體中會產生渦電流，導致振蕩回路中的能量損耗增大，正反饋減弱，從而使處于臨界狀態的振蕩器振蕩減弱，甚至無法維持振蕩所需的最低能量導致不再進行振蕩，使Q2截止，R2給C4充電，Q3導通，使蜂鳴器和發光二極管動作。從而判定金屬物體的位置。

3 總結

本文設計的管線檢測儀的核心是STM32單片機。是集合三種功能的智能型檢測儀。該硬件的設計簡潔易用，軟件流程清楚明了，在保證實現基本工作性能的同時最大程度減小了成本。

參考文獻

[1]張文彬.電磁金屬檢測器的設計[D].天津：天津理工大學，2013.

作者單位

中國礦業大學徐海學院 江蘇省徐州市 221008endprint