社區(qū)地下管線探測繪圖儀的研究與設(shè)計

題目:社區(qū)地下管線探測繪圖儀的研究與設(shè)計畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要本文闡述了社區(qū)地下管線探測繪圖儀的整體結(jié)構(gòu)與軟硬件設(shè)計。該系統(tǒng)以ATMEGA328P單片機(jī)為主控制器。從前端振蕩電路中獲取電感上的正弦波信號，將其放大整形后送至單片機(jī)進(jìn)行頻率計算，通過與諧振回路產(chǎn)生波形的頻率比較，判斷金屬管線的有無。隨后根據(jù)探測情況進(jìn)入不同工作模式，進(jìn)行尋跡或自動搜索管線或手動控制。同時通過電子羅盤獲取當(dāng)前方向下地磁場在X、Y軸的分量，計算出當(dāng)前方向角，通過控制舵機(jī)將其與光流傳感模塊保持初始方向，以保證光流傳感器的坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系保持相對靜止。光流傳感器實(shí)時讀取探測儀當(dāng)前坐標(biāo)之并將其通過藍(lán)牙傳輸至PC上位機(jī)，LabVIEW通過數(shù)據(jù)解包、運(yùn)算、消抖動處理等將其輸入X-Y圖顯示控件生成金屬管線分布圖。該儀器體積小，攜帶、使用方便靈活，幾乎不受環(huán)境因素制約，可在GPS信號不好的地方良好工作。具有一定的市場和科研價值。關(guān)鍵詞金屬探測LabVIEW視覺處理姿態(tài)獲取畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要TitleTheInstrumentofCommunityUndergroundPipelineDetectionandDrawingAbstractThispaperintroducestheoverallstructureandhardwareandsoftwaredesignofcommunityundergroundpipelinesurveyingplotter.ThesystemtoATMEGA328Pmicrocontrollerasthemaincontroller.Fromthefront-endoscillationcircuittoobtaintheinductanceofthesinewavesignal,itsamplificationandthensenttothemicrocontrollertocalculatethefrequency,throughtheresonantcircuitwiththefrequencyofthewaveformtodeterminethepresenceofmetalpipelines.Andthenenterthedifferentoperatingmodesaccordingtothedetectionsituation,totrackorautomaticallysearchthepipelineormanualcontrol.AtthesametimethroughtheelectroniccompasstoobtainthecurrentdirectionofthemagneticfieldintheX,Yaxiscomponent,calculatethecurrentdirectionangle,throughthecontrolservoandopticalflowsensormoduletomaintaintheinitialdirectiontoensurethattheopticalflowsensorcoordinatesystemandtheearthcoordinatesystemRemainrelativelystationary.Opticalflowsensorreal-timereadthecurrentcoordinatesofthedetectorandtransferittothePCthroughtheBluetoothhostcomputer,LabVIEWthroughdataunpacking,operation,eliminatejitterprocessing,etc.toentertheX-Ydiagramdisplaycontrolmetalpipedistributionmap.Theinstrumentissmall,portable,easytouseandflexible,almostfreefromenvironmentalconstraints,canworkwellinareaswheretheGPSsignalispoor.Haveacertainmarketvalue.KeywordsmetaldetectingLabVIEWVisualprocessingAttitudeacquisitionKeywordsMulti-functionMP3MusicplayerDigitalphotoframeCalendar目次TOC\o"1-2"\u1引言 11.1社區(qū)地下管線探測儀研究背景 11.2社區(qū)地下管線現(xiàn)狀 11.3本課題的任務(wù)與技術(shù)指標(biāo) 11.4本章小結(jié) 22地下管線探測方法理論基礎(chǔ) 32.1電磁法 32.2充電法 32.3甚低頻法 32.4地質(zhì)雷達(dá)法 42.5平面深度定位方法 52.6電渦流效應(yīng)法 62.7本章小結(jié) 83系統(tǒng)總體設(shè)計與方案論證 93.1系統(tǒng)設(shè)計的總體框圖 93.2各模塊功能簡介 103.3方案論證 103.4本章小結(jié) 134系統(tǒng)硬件設(shè)計 144.1整體電路 144.2主控模塊電路 144.3USB轉(zhuǎn)串口電路 154.4金屬探測模塊電路 164.5波形整形電路 174.6光流傳感模塊電路 194.7電子羅盤模塊電路 204.8藍(lán)牙模塊電路 214.9電源模塊電路 214.10電機(jī)驅(qū)動模塊電路 214.11PCB繪制 224.12本章小結(jié) 235系統(tǒng)軟件設(shè)計 245.1LabVIEW上位機(jī)串口配置及驅(qū)動程序流程圖 245.2LabVIEW上位機(jī)串口讀寫程序流程圖 245.3LabVIEW上位機(jī)數(shù)據(jù)處理及繪圖程序流程圖 255.4探測儀金屬傳感器數(shù)據(jù)讀取程序流程圖 285.5探測儀小車驅(qū)動程序流程圖 295.6探測儀傳感姿態(tài)獲取部分程序流程圖 315.7本章小結(jié) 326實(shí)驗(yàn)結(jié)果 336.1金屬探測模塊電路仿真結(jié)果 336.2上位機(jī)繪圖結(jié)果 356.3調(diào)試遇到的問題 366.4本章小結(jié) 37結(jié)論 38致謝 39參考文獻(xiàn) 401引言1.1社區(qū)地下管線探測儀研究背景隨著國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展、城市擴(kuò)建的加快以及人們生活質(zhì)量的進(jìn)步，住宅小區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施也越來越豐富，水電、燃?xì)?、寬帶等已?jīng)成為了居民生活的必需品，而這些因素對應(yīng)設(shè)施的控制管理程度、維修保養(yǎng)的質(zhì)量、更新完善的速度等，影響著城市的規(guī)劃與發(fā)展，也影響著居民的生活質(zhì)量。因此住宅小區(qū)的地下管線探測技術(shù)迎來了一個發(fā)展的高潮。按檢測區(qū)域分類，地下管線可分為四大類，市政管線、工廠或生活社區(qū)管線、施工工地管線和專用管線，本設(shè)計屬于住宅小區(qū)管線探測。不同于道路和其他地區(qū)地下管線探測的是，社區(qū)內(nèi)地下管線種類繁雜，分支較多并且支路數(shù)量多、直徑細(xì)。這些都使探測難度大大增加。本設(shè)計社區(qū)地下管線探測繪圖儀以小車作為載體，本身體積小，活動靈敏，可深入社區(qū)的各個角落進(jìn)行勘測。探測過程中小車通過金屬探測傳感器沿金屬管道行進(jìn)，并使用光流傳感器實(shí)時將坐標(biāo)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)絇C端。然后通過基于Labview編寫的上位機(jī)處理數(shù)據(jù)，并將運(yùn)動軌跡以坐標(biāo)圖的形式在上位機(jī)上顯示出來，按一定比例放大就可得到地下管線的真實(shí)分布圖。1.2社區(qū)地下管線現(xiàn)狀考慮到本設(shè)計為主要為地下管線探測，搜集資料了解到目前社區(qū)地下管線按制作材料分可分為四大類：由鋼材和鐵等金屬組成的金屬管道，包括供水類管道（生活用水）、燃?xì)忸惞艿溃簹夤艿?、天然氣管道、液化氣管道）。由銅、鋁材料構(gòu)成的電纜，包括電力電纜（動力線纜、照明電纜及各種輸配電力電纜）、電信電纜（市話和長話電纜、金屬加強(qiáng)芯光纜和其他通信電纜）。由陶瓷、水泥、塑料等非金屬材料組成的管道，包括污水管、雨水管、合流污水等。由鋼筋作為骨架組成的墻體、水泥管，包括地下構(gòu)筑等。1.3本課題的任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)完成總體方案設(shè)計；自行設(shè)計、繪制Arduino主控板；設(shè)計金屬探測電路，精準(zhǔn)探測地下金屬管線；用電子羅盤獲取當(dāng)前傳感器姿態(tài)并通過舵機(jī)調(diào)整，保持傳感器方向與地磁場方向相對靜止；將光流傳感器獲取的實(shí)時坐標(biāo)在Labview界面顯示；將金屬管線形狀在LabVIEW界面繪制出來；探測儀可自動搜索并切入金屬管線軌道，并精準(zhǔn)循跡；在繪制路線形狀的同時，可以通過預(yù)設(shè)比例尺計算出軌道實(shí)際長度；1.4本章小結(jié)本章分析了對課題的背景與目前地下管線探測的發(fā)展?fàn)顩r，給出了課題指標(biāo)。指出了地下管線探測繪圖儀的設(shè)計與研究對城市建設(shè)發(fā)展的意義，它有利于城市規(guī)劃和小區(qū)地下管線排布，具有一定的社會價值。

2地下管線探測方法理論基礎(chǔ)2.1電磁法勘探地下管線最常用的是電磁法，其原理也是許多其他探測法的理論基礎(chǔ)。地下管線與周圍物體有著不同的導(dǎo)電和導(dǎo)磁性，以此和電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，通過獲取電磁場在空間和時間上的分布并加以分析，便可探測到目標(biāo)地下管線。探測時，主動激發(fā)或現(xiàn)有的電場源會在管線中形成感應(yīng)電流，該電流會在其周圍空間再生成一個相同頻率的交變電磁場，探測人員只需在地面利用探測設(shè)備觀測該電場的時間與空間分布，并根據(jù)兩參數(shù)的分布特征，便可探測出管線具體位置。因?yàn)殡姶艌鲆资艿酵饨缬绊?，所以精確的探測結(jié)果建立在一定基礎(chǔ)上，需滿足的條件如下（1）這是地下管線探測最基礎(chǔ)的條件，管線被外部場源激發(fā)而形成的電磁場，其空間分布必須可被地表探測儀器采集到。（2）目標(biāo)管線能被電磁場激發(fā)出穩(wěn)定和足夠強(qiáng)度的電流以產(chǎn)生反向磁場，并使目標(biāo)管線周圍介質(zhì)中的干擾電流盡量小，以抑制對反向磁場的干擾。（3）使用的探測儀器需要有較高的靈敏度和豐富的數(shù)據(jù)分析算法，保證能采集到電磁場的各種實(shí)際參數(shù)，以保證探測結(jié)果精確度。電磁感應(yīng)原理如圖2.1所示。圖2.1電磁感應(yīng)原理示意圖2.2充電法將供電端正極與金屬管線裸露部分相連，負(fù)極垂直管線接大地，在管線延展方向垂直剖面上，觀測電勢及其梯度變化，從而定位地下管線，這就是充電法。在給地下管線通電時，需將電源正極與金屬管線裸露端良好接觸，并使電源負(fù)極遠(yuǎn)離管線，且正負(fù)極間連線應(yīng)與目標(biāo)管線垂直，正負(fù)間長度需要為目標(biāo)管線剖面的五倍以上，對供輸易燃易爆氣/液體的管線不能用此方法。2.3甚低頻法世界上許多國家都設(shè)立了大功率、發(fā)射頻率范圍在15-25KHz內(nèi)的長波電臺供軍、商通信使用，這些電臺可作為探測管線的發(fā)射場源。這種探測方法即為甚低頻電磁法，簡稱甚低頻法。目前，我國可用的電臺有：日本17.4KHz的NDT電臺；澳大利亞22.3KHz的NWC電臺；莫斯科17.1KHz的UMS電臺；美國17.8KHz的NAA電臺。這些電臺具有500-1000kW的極強(qiáng)功率，因而傳播距離很遠(yuǎn)。即使在電臺范圍320-4800km處仍可使用其作為勘探的發(fā)射場源。其工作原理為，傳播范圍內(nèi)的管線及其周圍介質(zhì)受電臺發(fā)射的大功率電磁波影響而極化并產(chǎn)生一個二次場，由于目標(biāo)管線和其他導(dǎo)電物體在電氣特性上的差別，產(chǎn)生的二次場也會與總場有一定的區(qū)別，通過測量這些電磁場的特性，可分辨出不同種類，或低阻抗或高阻抗的地下管線。其中測量方法有傾角法和波阻抗法。甚低頻法的特點(diǎn)為激發(fā)場源強(qiáng)度均勻、噪聲低，場源穩(wěn)定。并且該方法使用簡便、不需要人工建立場源因而低成本，勘探效率顯著提高，然而其精度有限、抗干擾能力差，無線電臺與目標(biāo)管線相對方位影響著其信號強(qiáng)度。2.4地質(zhì)雷達(dá)法地質(zhì)雷達(dá)法是一種高分辨率和探測率的廣譜電磁技術(shù)，發(fā)射天線將高頻短脈沖電磁波（1-255MHz）發(fā)射至介質(zhì)內(nèi)部，介質(zhì)將其反射回地表的接收天線。電磁波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)的電氣特性和幾何形狀都會影響其傳播路徑、場強(qiáng)和波形，介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖參照接收回波的時間、幅度、相位這些參數(shù)進(jìn)行構(gòu)建。地下管線位置和存在可根據(jù)脈沖反射波的傳播時間公式來推測，其中z為目標(biāo)管線深度（m），s為固定值，而雷達(dá)波的傳播速度v（m/ns）可根據(jù)傳播介質(zhì)的介電常數(shù)推算，公式為，C為光速。再根據(jù)雷達(dá)讀取的t值，便可計算出目標(biāo)深度。地質(zhì)雷達(dá)法原理如圖2.2所示。圖2.2雷達(dá)原理示意圖2.5平面深度定位方法無論使用以上哪種方法，最終都需要對地下管線的深度和平面進(jìn)行定位，常用的平面定位方法有極大值法和極小值法，深度定位主要有直讀法、45°法和特征點(diǎn)法。（1）平面定位方法a）極大值法極大值又稱為峰值法。二次場在金屬管線正上方水平分量最大，通過極大值點(diǎn)的讀取即可判斷管線投影位置。b）極小值法極小值法又稱為零值法或啞點(diǎn)法。二次場在金屬管線正上方形成的垂直分量最小，通過極小值點(diǎn)的讀取即可判斷管線投影位置。極大值極小值定位示意圖如圖2.3所示。圖2.3極大值極小值定位示意圖（2）深度定位方法a）直讀法（梯度測量）管線正上方產(chǎn)生的磁場水平分量值同時傳播到接收機(jī)內(nèi)部一上一下兩個垂直線圈（線圈面垂直）中，通過儀器的運(yùn)算電路運(yùn)行深度計算公式來計算管線深度，并由顯示器直接顯示深度值。直接法較快捷、簡單，無干擾的情況下精度較高、b）45°法儀器確定極小值后，將接收機(jī)側(cè)面與地面成45°角并沿垂直管道走線方向移動，當(dāng)儀器出現(xiàn)零值（極?。c(diǎn)后，零值點(diǎn)到管線在地面投影位置的距離就是管線深度。45°定深法如圖2.4所示。圖2.445°定深法示意圖c）特征點(diǎn)法特征點(diǎn)法的選取取決于不同的探測設(shè)備，常見的有80%、70%、50%、25%法等。70%法是一種取峰值點(diǎn)兩側(cè)70%極大值處間距作為管線深度的經(jīng)驗(yàn)求深法。為雷迪公司特有的深度測量法，具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，并被廣泛采用。70%定深法示意圖如圖2.5所示。圖2.570%法定深示意圖2.6電渦流效應(yīng)法渦流式傳感器是建立在電磁場理論基礎(chǔ)上，利用電渦流效應(yīng)工作的一種常用傳感器。該種方式下要求被測物體必須是導(dǎo)體。發(fā)生器生成的高頻信號激勵傳感器探頭中的小型線圈，使其產(chǎn)生一個高頻交變電磁場。當(dāng)被測導(dǎo)體靠近線圈時，導(dǎo)體受磁場影響，表層產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢從而生成電渦流,而其又會產(chǎn)生一反向磁場阻礙源磁場的變化，電渦流傳感器工作原理圖如圖2.6所示。被測導(dǎo)體若為金屬塊的話，本身電阻較小，所以渦流會在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生極大熱量，產(chǎn)生電渦流損耗（當(dāng)頻率較高時，忽略磁損耗）。能量損耗使傳感器的Q值和等效阻抗Z降低，被測物體的磁導(dǎo)率、導(dǎo)電率、線圈參數(shù)、幾何形狀、電源頻率及線圈與被測物體間距將造成電感量L的變化，在其他參數(shù)不變的情況下，便可完成傳感器與被測物體間距的測量，這便是電渦流傳感器的工作原理。在金屬導(dǎo)體是均勻介質(zhì)，其性能是線性的情況下，則可由磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、尺寸因子、及X、激勵電流和頻率等參數(shù)來確定線圈與金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)。線圈的阻抗Z計算如式（2.1）所示 （2.1）圖2.6電渦流傳感器原理示意圖 圖2.7等效電路圖當(dāng)測量目標(biāo)物體厚度時，被測物體中形成的電渦流可等效為短路環(huán)電流，等效電路圖如圖2.7所示從而線圈與被測物體可等效為互耦的兩個線圈，等效電路如，R1、R2分別為線圈電阻和短路環(huán)電阻；L1、L2分別為線圈電感和短路環(huán)電感；U1為激勵電壓；M為線圈與短路環(huán)的互感值，S距離的減小（即被測導(dǎo)體厚度的增大）M則增大。設(shè)傳感器線圈原有電阻，電感為，則其復(fù)阻抗如式（2.2）所示。 （2.2）在等效定律中，由基爾霍夫定律得出式（2.3）； （2.3）解上述公式可得和，然后可求線圈在受金屬導(dǎo)體影響后的等效阻抗Z如式（2.4）所示； （2.4）還可以得到線圈的等效電感L如式（2.5）所示： （2.5）通過比較兩式可得，渦流的作用下，阻抗的實(shí)部（即電阻部分）變大；而金屬導(dǎo)體材料的種類決定虛部（即等效電感部分）的增大或減小。金屬導(dǎo)體為磁性材料時，導(dǎo)體被磁化，所以也增大，甚至比L中的第二項(xiàng)增大的還要多，因此等效電感L也增大；金屬導(dǎo)體為非磁性材料時，值不變，所以等效電感L減小。使用其他固定值電阻與電感L搭建為一個平衡電橋，便可在靠近金屬物體時電感的變化值轉(zhuǎn)為可供單片機(jī)使用的電平信號。2.7本章小結(jié)考慮到本設(shè)計的載體為移動探測儀，所以不考慮高密度電法、磁梯度法、夾鉗法等需要在勘探場地進(jìn)行大面積鋪排專用設(shè)備或需要人工操作的方案。根據(jù)對以上探測方法的闡述與分析，總結(jié)出每種探測法的特點(diǎn)如下，電磁法：無損探測、速度快、精度高，但對探測儀器靈敏度要求高，抗干擾能力較差。充電法：精度高、分辨力強(qiáng)，但需要裸露管線部分外表，不能測量運(yùn)輸易燃易爆氣、液體的管線。甚低頻法：操作簡單、成本低，但抗干擾能力差，對管線所處位置也有一定要求。地質(zhì)雷達(dá)法：分辨力強(qiáng)、精度高、獲取數(shù)據(jù)類型豐富，但對探測儀器要求高，成本較高。電渦流效應(yīng)法：探測精度高、抗干擾能力強(qiáng)，但獲取數(shù)據(jù)類型較少，探測距離短。以上分析為后續(xù)工作提供了理論基礎(chǔ)。3系統(tǒng)總體設(shè)計與方案論證3.1系統(tǒng)設(shè)計的總體框圖本設(shè)計立足于社區(qū)地下管線中最表層金屬管線的探測，查閱小區(qū)路面施工條例、地下管線埋深標(biāo)準(zhǔn)等資料后得知，小區(qū)混凝土路面最厚約為20cm，自上至下管線鋪設(shè)順序依次為電力管、電訊管、煤氣管、給水管、雨水管、污水管。而某些淺埋方案中，金屬介質(zhì)電力管線埋深也在200mm左右，本設(shè)計理論探測深度可達(dá)20-30cm，基本可以滿足要求。地下管線探測繪圖儀以單片機(jī)為核心，并使用上述方法中的電磁感應(yīng)效應(yīng)法設(shè)計金屬探測模塊。組成一個主要由控制器模塊、金屬探測模塊、波形整形模塊、光流傳感器模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、藍(lán)牙模塊、電源模塊、電子羅盤模塊、PC端LabVIEW上位機(jī)為一體的金屬管線探測繪圖系統(tǒng)。地下管線探測繪圖儀系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。圖3.1地下管線探測繪圖儀系統(tǒng)框圖以ATMEGA328P為核心的地下管線探測系統(tǒng)中，支持最高40V輸入電壓的穩(wěn)壓模塊給整個電路提供電源。金屬探測模塊中的接收線圈將接收到的波形送至波形整形模塊，轉(zhuǎn)換為TTL信號后傳至主控器。主控器在分析處理后控制電機(jī)驅(qū)動模塊驅(qū)動電機(jī)從而改變探測儀走向。而電子羅盤模塊讀取當(dāng)前地磁場在其系統(tǒng)坐標(biāo)系的分矢量并計算出與當(dāng)前光流傳感器的方向角，并使用舵機(jī)調(diào)整，使其方向角與地磁場方向保持相對靜止，方便其數(shù)據(jù)讀取。同時光流傳感器將實(shí)時坐標(biāo)信號通過藍(lán)牙模塊傳送至PC的LabVIEW端，LabVIEW從PC串口將數(shù)據(jù)讀取出并經(jīng)過運(yùn)算處理送至前面板XY圖界面，從而生成探測儀運(yùn)動軌跡即地下金屬管線的位置和走向。3.2各模塊功能簡介根據(jù)本課題社區(qū)地下管線探測繪圖儀的設(shè)計要求，可以將金屬探測繪圖系統(tǒng)主要分為以下幾個模塊：主控制器：按照設(shè)計要求本課題采用ATMEGA328P單片機(jī)作為主控制器，用于控制系統(tǒng)各模塊的正常工作，包括金屬傳感器的數(shù)據(jù)讀取、電子羅盤的數(shù)據(jù)讀取、控制光流傳感器UART信號的使能、對電機(jī)模塊的驅(qū)動等。金屬探測模塊：主要通過電容三點(diǎn)式振蕩電路產(chǎn)生31KHz左右正弦波，通過線圈發(fā)射交變磁場激發(fā)目標(biāo)金屬物體，使其產(chǎn)生一個反向交變磁場，影響原磁場的同時使原振蕩電路的幅度和周期發(fā)生變化，并將該信號輸送到后級以供放大整形。波形整形模塊：將金屬探測模塊中受目標(biāo)物體磁場影響而改變的正弦波放大，通過施密特觸發(fā)器整形，輸出TTL方波供單片機(jī)計算，實(shí)現(xiàn)金屬探測。電機(jī)驅(qū)動模塊：使用了L293D四倍電流H橋驅(qū)動芯片，輸出電流最高600mA，輸出電壓4.5V-36V，專為驅(qū)動繼電器，直流、步進(jìn)電機(jī)和馬達(dá)等負(fù)載。Labview上位機(jī)部分：主要由串口配置單元，串口寫入、讀取單片、幀處理運(yùn)算單元、XY圖顯示單元構(gòu)成，將PC串口讀取的每幀TTL信號截取、運(yùn)算，轉(zhuǎn)為直觀的XY坐標(biāo)，并將其輸入XY圖控件，從而顯示軌跡圖。光流傳感器模塊：模塊上集成的STM32F103將光學(xué)傳感芯片ADS3080讀取的SPI信號轉(zhuǎn)成UART信號，方便PC端上位機(jī)的讀取。電子羅盤模塊：使用LSM303DLH芯片，讀取當(dāng)前地磁場在其芯片坐標(biāo)系中X、Y軸的矢量，計算出當(dāng)前方向角，輸出至單片機(jī)供其對舵機(jī)做出相應(yīng)控制。無線通信模塊：使用BC417藍(lán)牙模塊，空曠地區(qū)傳輸距離可達(dá)10M，將探測儀上裝備的光流傳感器采集到的數(shù)據(jù)完整的傳輸至PC端。電源模塊：采用LM259Y6電源管理芯片，支持最高40V的電壓輸入和1.23-37V的寬電壓輸出，為探測儀上的金屬探測、光流傳感、控制器提供穩(wěn)定的5V電壓。3.3方案論證3.3.1金屬探測器方案一使用電磁法探測金屬管道，電磁法有探測距離深、獲取信息豐富（根據(jù)磁導(dǎo)率、介電常數(shù)等可判斷不同種類管道）、精度高等優(yōu)點(diǎn)。但是對電路要求十分高，就發(fā)射端來說，由于需要調(diào)整發(fā)射電磁波的頻率來適應(yīng)勘探環(huán)境以獲得最優(yōu)勘探效果，所以需要設(shè)置多種不同的發(fā)射頻率。從接收端來說，由于電磁波法有三種不同工作模式，所以首先需要三個獨(dú)立線圈組成“工”字型供單片機(jī)選擇、切換；接收信號先經(jīng)過LC選頻電路濾除其他頻率雜波選取有用頻率信號，后進(jìn)入放大器進(jìn)行一級放大；再經(jīng)過高、低通濾波電路進(jìn)行濾波，抑制其他頻率干擾信號；然后進(jìn)入二級放大電路，由程序控制放大倍數(shù)以在整個測量范圍內(nèi)獲得合適分辨力；放大后的信號需要進(jìn)一步濾除干擾，就需要一個選頻濾波電路，而想要濾波器的頻率參數(shù)足夠精確，那為其提供的時鐘信號就需要準(zhǔn)確穩(wěn)定，而單片機(jī)輸出的時鐘不能滿足要求，因此就需要外加一個數(shù)字頻率合成芯片來提供外部時鐘；濾波后輸出為交流信號，進(jìn)行真有效值轉(zhuǎn)換變?yōu)橹绷餍盘柡筝斎雴纹瑱C(jī)，供后續(xù)使用。系統(tǒng)框圖如圖3.2所示。圖3.2電磁法探測系統(tǒng)框圖方案二使用電磁法，但是在上述方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行些微調(diào)整。上述電磁法是將電磁波信號轉(zhuǎn)為電平信號，而本設(shè)計靠檢測振蕩電路線圈上信號頻率來判斷金屬的存在；基于一個電容三點(diǎn)式震蕩電路，發(fā)出穩(wěn)定的正弦波，遇到金屬物體產(chǎn)生的反向磁場會讓該正弦波的頻率和幅度產(chǎn)生變化，信號經(jīng)放大器放大后送入后級波形整形電路產(chǎn)生TTL電平送入單片機(jī)，單片機(jī)分析判斷后對探測儀的運(yùn)動作出相應(yīng)控制或調(diào)整。比較以上兩種方法，方案一探測距離遠(yuǎn)，獲取信息豐富但是硬件搭建十分困難，對各環(huán)節(jié)的芯片運(yùn)行速度、精度等要求較高，抗干擾能力較差。本設(shè)計采用電路搭建較為簡單且抗干擾能力較強(qiáng)的方案二。方案二只需震蕩電路、放大電路和簡單的波形整形電路便可滿足設(shè)計要求。3.3.2繪圖儀坐標(biāo)獲取及配套上位機(jī)處理方案方案一此方案采用攝像頭拍攝探測儀行進(jìn)路線，當(dāng)探測到金屬管線時，攝像頭啟動，將每幀圖像傳輸至PC端，LabVIEW通過NIVisionAcquistinSoftware控件抓取出每幀圖像。算法采用將軌道微分處理的思想，先將其轉(zhuǎn)化為黑白灰度圖，并進(jìn)行二值化處理，然后將相鄰兩幀圖像像素值進(jìn)行比對后得出兩者的映射關(guān)系，便可獲得每小段軌跡的斜率。計算出每小段的斜率后將其與上一小段軌跡斜率累加，并在上一小段軌跡的終點(diǎn)坐標(biāo)后延展，數(shù)個小線段便構(gòu)成了完整的軌跡圖。方案二此方案采用光流傳感器，在光照充足的條件下，光學(xué)傳感芯片ADS3080以上電時坐標(biāo)作為原點(diǎn)，一旦移動便會生成新的坐標(biāo)信號（SPI），經(jīng)由STM32F103轉(zhuǎn)為UART信號并以固定的通信協(xié)議進(jìn)行編碼，便可方便的供上位機(jī)讀取、使用。上位機(jī)從USB端口讀取數(shù)據(jù)后解碼，便可提取出探測儀當(dāng)前坐標(biāo)，將X、Y值分別存入數(shù)組合并成簇輸入XY圖控件，便可生成軌跡圖。通過對上述兩個方案的比較，最終選擇方案二。在實(shí)際調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)方案一有以下缺點(diǎn)：第一，方案一的LabVIEW算法優(yōu)化程度不夠，程序運(yùn)行速度無法跟上高頻率的圖傳，所以繪制出來的圖像不夠精準(zhǔn)，需要調(diào)整各種參數(shù)來適應(yīng)不同類型軌道。第二，探測儀必須以極慢的速度運(yùn)動，等待、配合上位機(jī)的運(yùn)算結(jié)束，效率太低。而方案二傳感器對坐標(biāo)的獲取更加精確、通信方式多樣，LabVIEW算法執(zhí)行效率也更高。3.3.3無線通信部分方案一此方案采用藍(lán)牙作為無線通信方案.藍(lán)牙是一種短距離無線通信技術(shù)，使用2.4-2.485GHz的ISM波段的UHF無線電波，藍(lán)牙的點(diǎn)對點(diǎn)通信模式使用方便，成本較低，本方案擬采用BC417藍(lán)牙模塊，通信距離可達(dá)15米左右。方案二此方案采用WIFI作為無線通信方案。WIFI是一種使電子設(shè)備連接到無線局域網(wǎng)的技術(shù)，通常使用2.4GUHF或5GSHFISM射頻頻段，傳輸速度較藍(lán)牙快，為一對多通信模式，但成本較高，需路由器等設(shè)備。綜合上訴兩個方案的分析，并結(jié)合課題的實(shí)際要求，在上位機(jī)與探測儀之間建立的通信為點(diǎn)到點(diǎn)模式，結(jié)合制作成本考慮，采用藍(lán)牙通信模式。3.3.4電源模塊方案一采用AMS1117降壓穩(wěn)壓器作為電源芯片，其內(nèi)部集成了過熱保護(hù)和限流電路，分為固定輸出電壓（1,5、1.8、2.5、2.85、3.0、3.3、5V）和可調(diào)輸出電壓兩個版本。輸入電壓最大18V最小6.2V，輸出電流最大為1A。無需外圍電路。主要為SOT223封裝，體積較小。方案二采用LM2596降壓穩(wěn)壓器作為電源芯片，LM2596集成了一個兩級降頻限流保護(hù)和一個可在異常情況下自斷電的過溫保護(hù)電路。它的固定電壓輸出版本可輸出3.3、5、12V電壓，輸入電壓最大可達(dá)40V，輸出電流可達(dá)3A，外圍電路僅需4個元件。主要采用TO220和D2PAK封裝。比較上述兩個方案并結(jié)合本次課題的實(shí)際情況，需要LM2596的穩(wěn)定電壓及大電流輸出驅(qū)動電機(jī)，但是該芯片波紋系數(shù)較大，不能作為前端MCU及其他芯片的電源，所以同時采用LM2596和AMS1117，構(gòu)建雙路電源。3.4本章小結(jié)本章通過對任務(wù)書的分析，查閱大量的資料，得到了社區(qū)地下管線探測繪圖儀的系統(tǒng)整體框圖。系統(tǒng)主要由主控模塊、電源模塊、金屬探測模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、光流傳感模塊、無線通信模塊和PC端上位機(jī)組成。根據(jù)系統(tǒng)框圖對各模塊的芯片選擇進(jìn)行方案論證與分析，得到系統(tǒng)各模塊的組成。本系統(tǒng)選用ATMEGA328P單片機(jī)為主控制器、電感式傳感器作為金屬探測模塊、LM2596為電源芯片、L298N作為電機(jī)驅(qū)動芯片、ADS3080作為光流傳感芯片，BC417藍(lán)牙模塊作為通信模塊、LSM303DLH作為電子羅盤芯片、LabVIEW作為上位機(jī)編寫語言等作為社區(qū)地下管線探測繪圖儀系統(tǒng)各模塊的組成。4系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1整體電路通過方案論證選擇社區(qū)地下管線探測繪圖儀各功能模塊的芯片后，查閱各芯片的資料得到芯片連接的電路結(jié)構(gòu)后，通過AltiumDesigner軟件畫出部分電路的原理圖。地下管線探測繪圖儀的組成包括：單片機(jī)最小控制電路、USB轉(zhuǎn)串口電路、電源電路、復(fù)位電路、晶振電路、電機(jī)驅(qū)動電路、金屬探測震蕩電路、波形整形電路、光流傳感電路、電子羅盤電路、藍(lán)牙通信電路。4.2主控模塊電路Arduino是一款便捷靈活，方便上手的開源硬件產(chǎn)品，自帶了數(shù)字及模擬IO口，支持IIC,SPI,UART等多種主流通信方式。就編程環(huán)境而言，他龐大而簡單實(shí)用的函數(shù)庫極大的方便了代碼的編寫，標(biāo)準(zhǔn)化的接口模式衍生了許多功能豐富的擴(kuò)展板，可拓展性能非常高。而本方案采用的ArduinoUNOR3控制板采用了ATMEGA328P芯片，它是ATMEL公司生產(chǎn)的一款高性能、低功耗的8位AVR單片機(jī)。它先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)使大多數(shù)指令的執(zhí)行時間為單個時鐘周期，芯片內(nèi)集成的硬件乘法器使乘法運(yùn)算只需兩個時鐘周期，工作頻率可達(dá)20MHz。內(nèi)置1024字節(jié)的片上EEPROM，同時可以對鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密。外設(shè)方面，它有兩個獨(dú)立分頻器，一個兼具比較、捕捉、預(yù)分頻器三種功能的16位定時/計數(shù)器，兩個可作比較器使用的8位定時/技術(shù)器，6路PWM通道，8路10位ADC，片內(nèi)模擬比較器，大大減少了用戶所需編寫的代碼量。地下管線探測繪圖儀由ATMEGA328P單片機(jī)作為主控制器與金屬探測、電機(jī)驅(qū)動模塊對應(yīng)引腳相連，通過程序設(shè)計來實(shí)現(xiàn)對這些功能模塊的控制，采集所需的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)進(jìn)行處理。ATMEGA328P支持多種通信方式，它有一組IIC、一組UART、一組SPI接口全部接到固定位置的排母處方便與其他擴(kuò)展板連接。它還有6個PWM口，可以直接輸出指定PWM波；6個模擬輸入口，不用再外加AD芯片，大大減少了代碼量。單片機(jī)工作電壓可為1.8-5.5V但是僅在4.5-5V之間才會獲得最大工作頻率20M。本設(shè)計使用PD2（INT0）PD3（INT1）作為兩個金屬探測器的脈沖輸入口，使用定時器0（PD4）用來控制金屬探測器脈沖的讀取周期，從而計算頻率；用PB1、PB2兩個PWM輸出口控制電機(jī)速度，PC0-4控制電機(jī)方向。所有可配置IO口都接到了Arduino標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的排針插座上，方便其他擴(kuò)展模塊的硬件連接。硬件原理圖如圖4.1所示。圖4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖15434.3USB轉(zhuǎn)串口電路USB轉(zhuǎn)串口電路使用ATMEGA16U2芯片。使用USB2.0TypeB連接器，四個引腳分別為電源、地和一組差分信號。ATMEGA16U2是高性能、低功耗的8位AVR單片機(jī)，支持在線編程的16KISPFLASH。其先進(jìn)的指令結(jié)構(gòu)使大多數(shù)指令的執(zhí)行僅需單時鐘周期。它擁有48MHz鎖相環(huán)的全速USB使傳輸速度可達(dá)12M/s。外圍設(shè)備有一個8位定時/計數(shù)器、一個16位定時/計數(shù)器、支持UART和SPI通信方式。USB差分信號經(jīng)由該芯片轉(zhuǎn)換為UART信號，并與主控芯片ATMEGA328P通過UART串口建立通信實(shí)現(xiàn)程序下載或數(shù)據(jù)通信的功能。該芯片的硬件啟動使能腳與主控器ATMEGA328P的復(fù)位腳相連，單片機(jī)復(fù)位時關(guān)閉USB芯片使能，而平時則用一個上拉電阻使其保持高電平即開啟狀態(tài)，硬件原理圖如圖4.2所示。圖4.2USB轉(zhuǎn)串口電路原理圖15434.4金屬探測模塊電路金屬探測模塊基于電磁感應(yīng)原理設(shè)計。分為振蕩電路、放大電路和波形整形電路三部分。振蕩電路采用經(jīng)典的電容三點(diǎn)式振蕩電路，具有易起振、波形好的特點(diǎn)。為了金屬探測模塊工作時不不受高頻廣播頻段或低頻校園廣播頻段的影響，在保證穩(wěn)定波形的前提下，使頻率低于300KHz。諧振回路中電容C1取100nF、C2取100nF和電感L取500uH。其中電感取值只是理論等效值，實(shí)際中使用的是半徑0.31mm的漆包線繞20匝，構(gòu)成的一個直徑6cm的線圈，該線圈電感值接近500uH。耦合電容選擇兩個10μF的獨(dú)石電容，旁路電容CB3選擇47μF的鋁電解電容。共射極反饋放大電路中的晶體管選用放大倍數(shù)100倍的高頻小功率三極管2N2222，振蕩電路理論頻率為31KHz左右，可滿足本設(shè)計需求。電容三點(diǎn)式振蕩電路的工作原理如下：若將反饋回路斷開，給晶體管的基極加以一個正信號，則晶體管的集電極為負(fù)極性（共射極放大電路的反向放大特性），由于諧振回路的兩個電容同時接地，并在另一端串連了一個電感，所以兩個電容的極性相反，反饋信號從電容CB2兩端獲取，且反饋端為正極性，滿足了相位平衡條件。電路中C1和C2的比值都小于0.5，且晶體管的放大倍數(shù)較大，所以有利于電路起振。由于電容兩端的為反饋電壓，且對高次諧波的阻抗很小，所以可以濾除高次諧波，使輸出波形更穩(wěn)定。振蕩頻率計算公式如式（4.1）所示。 （4.1）當(dāng)進(jìn)行探測時，諧振回路的金屬線圈檢測到金屬，則電感L1的Q值就會變化，由以上公式可以看出，諧振頻率減小時電感增加，諧振頻率增大時電感減小。電路的諧振頻率也影響著金屬探測的精度，當(dāng)諧振頻率高時線圈產(chǎn)生的磁場的交變頻率會更高，根據(jù)電磁感應(yīng)效應(yīng)原理金屬內(nèi)部的渦電流也更大，此時渦電流產(chǎn)生的磁場對原磁場的影響也就更大。振蕩電路原理圖如圖4.3所示，由波形圖可得一周期為32.180ns，取倒數(shù)可得頻率約為31KHz。圖4.3振蕩電路原理圖15434.5波形整形電路波形整形電路包括了放大電路和波形整形電路。前級金屬探測模塊諧振回路的正弦波信號受目標(biāo)物體磁場影響后，其振幅和頻率都會發(fā)生變化，該變化信號經(jīng)過放大電路進(jìn)行放大，然后送給一個施密特觸發(fā)器對其進(jìn)行整形以產(chǎn)生規(guī)則的方波，最后加上一個反相器使波形反相與正弦波基本對應(yīng)，最后將該方波送給單片機(jī)計算分析。放大電路采用LM158芯片，LM158是一款ST公司生產(chǎn)的低功耗運(yùn)放，電壓增益最大可達(dá)100dB，最大允許輸入頻率為1.1MHz，輸出電壓為0-電源電壓±1.5V。放大電路的作用是對正弦交流信號進(jìn)行放大。LM158的輸出端串聯(lián)一個22μF的電解電容濾除放大后信號中的高頻雜波，并接上一個1M電阻與放大器的反相輸入端相連，構(gòu)成負(fù)反饋。并在反相端接一100K分壓電阻；為了反相端輸入電壓穩(wěn)定接上一個100nF旁路電容。輸入端串連一個47μF的電解電容濾除高頻雜波，一個1M限流電阻，和分別為100K、100K的分壓電阻以及一個10μF的旁路電容。放大倍數(shù)，本設(shè)計選擇6倍放大。放大電路原理圖如圖4.4所示。圖4.4放大電路原理圖波形整形電路用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，施密特觸發(fā)器可以將把變化緩慢的輸入信號整形成陡峭的矩形方波，同時，它還能憑借其高低電平的閾值觸發(fā)電壓來提高抗干擾能力。與一般觸發(fā)器不同的是，其采用電位觸發(fā)方式，狀態(tài)由輸入信號電位維持；其有兩種不同的觸發(fā)電壓，適用于正向上升和負(fù)向下降這兩種輸入信號。本處電路使用了74LS132D施密特觸發(fā)與非門，波形整形電路原理圖如圖4.5所示。正相反相電壓觸發(fā)閾值分別為1.6V和0.8V。輸入端分別接了一個10K的偏置電阻到電源和地，使輸出信號為方波。輸出端正接和反接一個穩(wěn)壓二極管二極管作為瞬態(tài)高壓保護(hù)。對輸出的方波再用74HC04N反相器進(jìn)行反相，便成了可供單片機(jī)使用的了0/4VTTL電平。 圖4.5波形整形電路原理圖金屬探測模塊和波形整形模塊整體原理圖如圖4.6所示。圖4.6金屬探測模塊和波形整形模塊整體原理圖15434.6光流傳感模塊電路光流傳感模塊集成了ADNS3080光學(xué)傳感芯片、STM32F103T8U6和一塊電源芯片。ADNS3080最小系統(tǒng)如圖4.6所示。ADNS3080是一款多用于光學(xué)鼠標(biāo)上的高性能傳感器，它建立在一個更先進(jìn)架構(gòu)支持下的導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上。該芯片能感應(yīng)最高40英寸/s即101.6cm/s的運(yùn)動速度。它集成了ADNS2120鏡頭和ADNS2220裝配夾，形成了一個完整緊湊的光學(xué)跟蹤系統(tǒng)，不再需要外加感光芯片。它的內(nèi)部包含了一個圖像采集系統(tǒng)（IAS）,一個數(shù)字信號處理器（DSP），和一個四線串行端口（SPI），它通過鏡頭和照明系統(tǒng)獲得表面圖像，然后把圖像交由DSP處理，比較每幀圖像之間像素值的映射關(guān)系，從而確定運(yùn)動的方向和距離。DSP計算出相對位移值后，外部MCU從傳感器的串行接口（SPI）讀取并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成PS2或USB信號，將他們發(fā)送至PC端上位機(jī)處理。此處STM32F103芯片將從ADNS3080處讀取的SPI信號轉(zhuǎn)成TTL信號，并將一定協(xié)議發(fā)出，一幀數(shù)據(jù)格式如下：BYTE1:X的高8位 BYTE2:X的低8位 BYTE3:Y的高8位 BYTE4:Y的低8位BYTE5：結(jié)束符0x53 BYTE6：結(jié)束符0x53光流模塊原理圖如圖4.7所示。光流傳感模塊將與藍(lán)牙模塊通過UART串口連接，將坐標(biāo)數(shù)據(jù)無線傳輸至PC端。圖4.7光流模塊原理圖15434.7電子羅盤模塊電路采用集成了3軸數(shù)字地磁傳感器和3軸數(shù)字線性加速度傳感器的低功耗LSM303DLH芯片。用戶可選擇該芯片的線性加速度和磁場的量程，分別為±2g/±4g/±8g和±1.3/±1.9/±2.5/±4.0/±4.7/±5,6/±8.1高斯，模擬電源供電電壓為2.5V-3.3V，數(shù)字電源IO電壓為1.8V，他提供6路16位的數(shù)據(jù)輸出，采用I2C通信接口。電子羅盤傳感器主要采用三個互相垂直的磁阻傳感器構(gòu)成，分別測量X、Y、Z三個軸向上的地磁場強(qiáng)度，即地磁場在該軸向上的分矢量值，經(jīng)過傾角補(bǔ)償后輸出，經(jīng)過運(yùn)算后便可得到當(dāng)前模塊的姿態(tài)角。因?yàn)楸驹O(shè)計中采用的光流傳感器工作在有頭模式下，即其采用的是基于芯片自身的坐標(biāo)系，這樣在探測儀轉(zhuǎn)彎時他的坐標(biāo)系也會跟著改變方向，而上位機(jī)繪圖所需的坐標(biāo)需建立在大地坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上，因此所以加入該模塊循環(huán)調(diào)整光流傳感模塊方向角，使其坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系保持相對靜止。15434.8藍(lán)牙模塊電路HC05藍(lán)牙模塊采用了CSRBluetooth2.0核心芯片BC417和MXIC公司的8M外部存儲芯片MX29LV800C，支持UART協(xié)議下的數(shù)據(jù)透傳、多種常用波特率、異步串行通信中的奇偶校驗(yàn)，還可修改藍(lán)牙設(shè)備名稱以及密碼，保證藍(lán)牙設(shè)備連接安全。支持5V和3.3V電壓供電，通信時峰值電流小于70mA，待機(jī)連接狀態(tài)電流小于10mA，功耗低；傳輸速率快可達(dá)3Mbps、傳輸距離適中可在15米內(nèi)高速穩(wěn)定通信、配置和配對連接簡單，十分適合作為單片機(jī)的無線通信方案。15434.9電源模塊電路電源模塊采用LM2596和AMS1117兩款芯片，LM2596輸出電流較大，因此輸出負(fù)責(zé)電機(jī)驅(qū)動模塊的供電，AMS1117波紋系數(shù)低，電壓更加穩(wěn)定，因此負(fù)責(zé)其他數(shù)字芯片的供電。LM2596穩(wěn)壓器能通過優(yōu)良的內(nèi)部線路和負(fù)載調(diào)節(jié)駕馭3A的大電流輸出，它的內(nèi)部補(bǔ)償電路使外部元件數(shù)量大大減少，簡化了電源電路設(shè)計。在較高輸入電壓情況下，他的性能比常用的三端線性穩(wěn)壓器更加優(yōu)越。LM2596內(nèi)部振蕩器可產(chǎn)生150KHz的工作頻率上，并且自身可在電路出現(xiàn)故障或電流過大情況下進(jìn)行保護(hù)性的熱關(guān)閉。該芯片輸入最高可達(dá)40V，可調(diào)輸出范圍為1.23V-37V，并保證最大3A的負(fù)載電流輸出。并有TTL電平控制關(guān)機(jī)功能。本模塊使用其5V固定輸出版本。AMS1117三端線性穩(wěn)壓器電壓精度可達(dá)2%，紋波抑制比一般在75dB，RMS輸出噪聲僅0.003%，輸出電壓穩(wěn)定。工作電壓最高可達(dá)12V，具有過溫保護(hù)和限流功能。國產(chǎn)AMS1117價格在0.2元左右，性價比較高。本模塊使用其5V固定輸出版本。此外還需要一片ME6217C33降壓芯片將AMS1117輸出的5V轉(zhuǎn)為3.3V供單片機(jī)使用。電源模塊電路原理圖如圖4.8所示。圖4.8電源模塊原理圖15434.10電機(jī)驅(qū)動模塊電路電機(jī)驅(qū)動模塊使用L293D推挽型四通道二極管驅(qū)動器，每通道輸出電流最高1.2A，允許工作在最高5KHz的開關(guān)頻率下。電源電壓允許范圍為5-36V，具有過溫保護(hù)功能。該芯片對邏輯“0”的判斷范圍-0.3V-1.5V，上限的提高提升了抗干擾能力，而對邏輯“1”為2.3V-電源電壓，主控IO口高低電平輸出電壓與其兼容。對芯片ENABLE使能腳輸入不同占空比的PWM波可達(dá)到控制電機(jī)速度的功能。15434.11PCB繪制Arduino主控板繪制中，布局、布線要注意以下幾點(diǎn)USB接口、電源接口放在PCB板邊緣，USB轉(zhuǎn)UART芯片靠近USB接口放置；旁路電容靠近電源芯片電源輸入端，去耦電容靠近芯片電源端，晶振靠近芯片，晶振起振電容靠近晶振；電源、地線盡量寬，30mil為佳；USB差分信號注意等長；走線避免銳角和直角，防止產(chǎn)生輻射和電磁干擾；若PCB上同時有數(shù)字和模擬芯片，注意將其地分為數(shù)字和模擬地，可用磁珠或0R電阻串聯(lián)在數(shù)字地與模擬地、數(shù)字電源與模擬電源之間；覆銅時注意將過孔覆蓋，如果有兩個相鄰的地口，不要將其直接連在一起，防止焊接時連錫；Aruidno主控板PCB如圖4.9所示。圖4.9主控板PCB15434.12本章小結(jié)本章設(shè)計了系統(tǒng)各部分的硬件電路，分析了他們的工作原理和性能。給出了系統(tǒng)整體硬件搭建方案：首先是以ATMEGA328P為核心的主控模塊。然后是提供程序下載和調(diào)試功能的USB轉(zhuǎn)串口模塊。其次是系統(tǒng)獲取外部信息的兩個主要傳感器：金屬探測模塊和光流傳感模塊。波形整形模塊將金屬探測模塊輸出的信息轉(zhuǎn)為單片機(jī)可識別的方波。電子羅盤模塊和舵機(jī)保證光流傳感模塊的方向角與地磁場的方向相對靜止。藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)光流傳感模塊與PC的無線通信。電機(jī)驅(qū)動模塊控制探測儀的運(yùn)動。最后電源模塊提供以上各模塊的工作電壓。5系統(tǒng)軟件設(shè)計15435.1LabVIEW上位機(jī)串口配置及驅(qū)動程序流程圖LabVIEW端整體設(shè)計思路為從串口抓取前端發(fā)送來的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，對每幀數(shù)據(jù)進(jìn)行截取、運(yùn)算從而轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制坐標(biāo)值，再經(jīng)過繪圖算法處理，輸入X-Y圖顯示控件，從而顯示金屬管線形狀。首先搭建連接接口，本設(shè)計使用電腦USB口讀取前端傳感器數(shù)據(jù)。通過VISAresourcename控件配置VISA資源名稱（port口），baudrate控件配置波特率、timeout控件配置超時時間、stopbits控件配置停止位、databits控件配置數(shù)據(jù)位、parity控件配置奇偶校驗(yàn)、flowcontrol控件配置流控制、terminationchar控件配置終止符。配置正確后，數(shù)據(jù)流從port口、錯誤信息從串口配置控件并行輸出，供后面模塊使用。串口配置及驅(qū)動程序流程圖如5.1所示。圖中VISAopen控件的VISA資源名稱口輸出串口信息數(shù)據(jù)流，錯誤輸出口輸出錯誤信息數(shù)據(jù)流。圖5.1串口配置及驅(qū)動程序流程圖15435.2LabVIEW上位機(jī)串口讀寫程序流程圖數(shù)據(jù)流輸出后先經(jīng)過數(shù)據(jù)寫入部分，數(shù)據(jù)寫入部分為一個條件結(jié)構(gòu)，由一個布爾開關(guān)控件作為條件結(jié)構(gòu)的真假判斷，為真時將用戶寫在寫入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)輸至串口返回前端傳感器；為假時跳過該部分。隨后經(jīng)過一定時間延時，數(shù)據(jù)流進(jìn)入數(shù)據(jù)讀取部分。讀取部分為兩個條件結(jié)構(gòu)的嵌套。使用一個布爾開關(guān)控件控制外部條件結(jié)構(gòu)使能，當(dāng)為真時進(jìn)入數(shù)據(jù)讀取部分。內(nèi)部條件結(jié)構(gòu)的使能通過一個屬性節(jié)點(diǎn)控制，屬性節(jié)點(diǎn)是對LabVIEW中對象的某種屬性進(jìn)行調(diào)用或變成的控件，這里調(diào)用了串口讀取控件的字節(jié)總數(shù)屬性，加上一個判斷是否為0的比較控件，即當(dāng)有數(shù)據(jù)可接受時輸出假進(jìn)入假分支，反之輸出真，從而控制內(nèi)部條件結(jié)構(gòu)的使能。外部布爾控件輸出為真，內(nèi)部條件結(jié)構(gòu)判斷為假時，進(jìn)入數(shù)據(jù)讀取模式。讀取緩沖區(qū)將每幀數(shù)據(jù)抓取并輸入一個連接字符串控件與上一幀數(shù)據(jù)相連，再輸入到一個移位寄存器，每次循環(huán)移位寄存器都會將數(shù)據(jù)輸入顯示控件并存入新的一幀數(shù)據(jù)，從而達(dá)到在顯示控件處顯示歷次接收數(shù)據(jù)的功能。串口配置及驅(qū)動程序流程圖如圖5.2所示。圖5.2串口配置及驅(qū)動程序流程圖15435.3LabVIEW上位機(jī)數(shù)據(jù)處理及繪圖程序流程圖當(dāng)串口數(shù)據(jù)接收部分接收到新的數(shù)據(jù)幀時，便需要對其解碼轉(zhuǎn)成直觀的十進(jìn)制X-Y坐標(biāo)。但是此處接收數(shù)據(jù)雖然顯示為十六進(jìn)制，但是實(shí)際為字符串，需將其轉(zhuǎn)為十六進(jìn)制數(shù)字。所以調(diào)用了其文本屬性節(jié)點(diǎn)，先用字符串截取控件按通信協(xié)議分別取出X、Y坐標(biāo)高八位低八位，協(xié)議如下：BYTE1:X的高8位 BYTE2:X的低8位 BYTE3:Y的高8位 BYTE4:Y的低8位BYTE5：結(jié)束符0x53 BYTE6：結(jié)束符0x53取出四個字節(jié)后使用字符串搜索替換控件搜索空格符并替換成空，再輸入十六進(jìn)制字符串轉(zhuǎn)十進(jìn)制數(shù)值控件便可轉(zhuǎn)為十進(jìn)制數(shù)，將高八位乘以256加上低8位便可得到完整的十進(jìn)制坐標(biāo)數(shù)據(jù)。在實(shí)際測試中發(fā)現(xiàn)由于傳感器判斷原因，偶爾會產(chǎn)生一個坐標(biāo)數(shù)值偏離上一點(diǎn)幾千甚至幾萬的抖動點(diǎn)，所以加入一個消抖函數(shù)：先創(chuàng)建一個允許抖動值，該值可在上位機(jī)界面修改，然后建立一個局部變量，初值賦為0。每次接收到新的XY坐標(biāo)數(shù)據(jù)時將其分別與其對應(yīng)局部變量相減，取絕對值。再建立一個條件建構(gòu)，當(dāng)X、Y任一坐標(biāo)計算出的絕對值在允許抖動范圍內(nèi)時，進(jìn)入假分支，將兩者坐標(biāo)賦給局部變量并輸出；若任一坐標(biāo)的該絕對值超出允許抖動范圍，便將兩者的局部變量輸出。該程序可有效消除大部分抖動。得到經(jīng)過處理的坐標(biāo)值后，需要將其轉(zhuǎn)換為可被X-Y圖顯示控件調(diào)用的結(jié)構(gòu)，本程序使用如下方法，創(chuàng)建X-Y圖顯示控件的“值”屬性節(jié)點(diǎn)，將其解除捆綁拆分為兩個一維數(shù)組，使用數(shù)值插入函數(shù)將消抖程序輸出的X、Y坐標(biāo)值分別插入兩數(shù)組并再次捆綁為簇數(shù)組，這樣便形成了一個循環(huán)添加新坐標(biāo)元素、可被X-Y圖顯示控件調(diào)用循環(huán)刷新新坐標(biāo)的程序結(jié)構(gòu)。將該簇數(shù)組輸入顯示控件便可生成探測儀行進(jìn)軌跡圖。數(shù)據(jù)處理及繪圖程序流程圖如圖5.3所示。圖5.3數(shù)據(jù)處理及繪圖程序流程圖由于X-Y圖顯示控件不會自動清除軌跡，需要多次繪圖時便需要添加一個清空界面程序。如果直接將在顯示控件循環(huán)的簇數(shù)組直接清空，則新坐標(biāo)則會回到原點(diǎn)，上一個坐標(biāo)可能與原點(diǎn)距離很遠(yuǎn)，而由于上文中消抖程序的存在，可能會無法繼續(xù)繪圖。所以在判斷是否清空的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)中，加入兩個全局變量，并將當(dāng)前坐標(biāo)寫入，隨后再將顯示控件的簇數(shù)組全部復(fù)位，這樣在清空界面還會產(chǎn)生一個斷點(diǎn)重續(xù)的效果，使新坐標(biāo)在原本應(yīng)該出現(xiàn)的位置，而不是原點(diǎn)。清空界面程序流程圖如圖5.4所示。圖5.4清空界面程序流程圖最終上位機(jī)界面分為串口配置數(shù)據(jù)直讀頁面和軌跡圖頁面，如圖5.5和圖5.6所示。圖5.5上位機(jī)串口配置及數(shù)據(jù)直讀頁面圖5.6上位機(jī)軌跡圖頁面15435.4探測儀金屬傳感器數(shù)據(jù)讀取程序流程圖探測儀部分代碼整體思路如下，首先為其設(shè)立三個工作模式:尋跡模式、搜索模式和手動模式；單片機(jī)整體的程序大循環(huán)分兩個部分，先從探測儀上設(shè)置的兩個金屬探測模塊循環(huán)讀取數(shù)據(jù)，然后根據(jù)讀取數(shù)值判斷進(jìn)入哪種工作模式。探測到金屬管線時進(jìn)入自動尋跡模式，未探測到則進(jìn)入搜索模式搜索附近地下管線，一定時間內(nèi)未搜索到則轉(zhuǎn)為手動控制，人工控制小車探測并回到管線軌道上，探測到則切回尋跡模式。金屬傳感模塊傳送至主控部分的是一定頻率的方波，而判斷是否檢測到金屬管線的關(guān)鍵是接收頻率是否產(chǎn)生變化。本部分代碼用定時器T0計時100mS，用外部中斷設(shè)為上升沿觸發(fā)模式來記錄計時時間內(nèi)收到多少個脈沖，脈沖數(shù)量/定時時間便可得到當(dāng)前回波的頻率。同時設(shè)立一個門限值，當(dāng)頻率低于該門限值時，即判斷為檢測到金屬物體。同時根據(jù)兩邊傳感器的數(shù)據(jù)判斷是左、右或同時檢測到金屬，并將方向標(biāo)志位置0x1、0x2或0x3，將模式標(biāo)志位置為0x2，即進(jìn)入尋跡模式；若兩邊都沒有檢測到便將模式標(biāo)志位置為0x01即進(jìn)入搜索模式。金屬傳感器數(shù)據(jù)讀取及模式判斷程序流程圖如圖5.7所示。圖5.7金屬傳感器數(shù)據(jù)讀取及模式判斷程序流程圖15435.5探測儀小車驅(qū)動程序流程圖進(jìn)入模式判斷函數(shù)后，通過switch.case語句查詢模式標(biāo)志位并進(jìn)入相應(yīng)控制函數(shù)。模式判斷程序流程圖如圖5.8所示。圖5.8模式判斷程序流程圖當(dāng)標(biāo)志為0x2時進(jìn)行正常尋跡，小車尋跡模式下程序流程圖如圖5.9所示。圖5.9尋跡模式下程序流程圖標(biāo)志為0x1時進(jìn)入搜索模式：先停止電機(jī)、將搜索循環(huán)使能置1、關(guān)閉光流傳感器的串口以停止上位機(jī)界面的繪圖，同時打開系統(tǒng)時間函數(shù)取出當(dāng)前值，計時5S。接下來讓探測儀循環(huán)執(zhí)行搜索管線動作，若5S內(nèi)搜索到管線，則將標(biāo)志為置回1，搜索循環(huán)使能置0。從而退出循環(huán)回到外部大循環(huán)；若5S內(nèi)未搜索到管線，則將電機(jī)停止，關(guān)閉搜索函數(shù)使能，將執(zhí)行模式置為0x03手動模式，最后退出中斷函數(shù)，并退出搜索循環(huán)。此處判斷搜索模式的case語句后面不加break，并且下面緊跟判斷手動模式的case語句，達(dá)到當(dāng)為手動模式時跳出搜索模式函數(shù)可直接進(jìn)入手動模式函數(shù)的功能，避免了再次執(zhí)行金屬傳感器讀取函數(shù)從而引發(fā)的錯誤。搜索模式下程序流程圖如圖5.10所示。圖5.10搜索模式下程序流程圖手動模式中可手動控制探測儀尋找金屬管線，確認(rèn)探測到后退出，并將模式標(biāo)志位恢復(fù)0x2即尋跡模式，繼續(xù)正常尋跡，并打開光流傳感器串口，恢復(fù)正常繪圖。以上代碼整體實(shí)現(xiàn)了探測儀對金屬管線探測尋跡、在剛開始探測時和碰到管道短路時自動搜索管道并停止繪圖、一定時間沒有探測到便交由人工處理的功能。同時對串口的使能控制能夠讓上位機(jī)在小車未探測到金屬管線時停止繪圖，保證了繪制圖形的精確性。15435.6探測儀傳感姿態(tài)獲取部分程序流程圖該部分主要獲取的為光流傳感模塊的姿態(tài)，在探測儀程序初始化中，先讀取當(dāng)前方向角并作為本次工作參考值。從IIC接口讀取LSM303DH芯片探測到的當(dāng)前地磁場在水平X、Y軸上的分量，并計算出當(dāng)前光流傳感器的方向角，通過單片機(jī)的PWM口輸出一個模擬量來控制舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，不斷調(diào)整使光流傳感模方向角回到上電初始值，即與地磁場保持相對靜止，從而保證坐標(biāo)信息的正確讀取。姿態(tài)獲取程序流程圖如圖5.11。圖5.11探測儀姿態(tài)獲取程序流程圖 圖5.12探測儀整體程序流程圖探測儀部分整體程序（主循環(huán)）流程圖如圖5.12所示。15435.7本章小結(jié)本章設(shè)計了系統(tǒng)所需的代碼。分析了設(shè)計思路和一些細(xì)節(jié)的處理。代碼分為上位機(jī)、探測儀兩個部分。上位機(jī)程序使用LabVIEW語言，主要有串口配置程序，串口讀寫程序、串口數(shù)據(jù)處理程序、繪圖程序和界面清空程序這五個部分。串口配置程序的探測儀程序使用C語言編寫，主循環(huán)中主要有金屬探測模塊數(shù)據(jù)讀取程序、電機(jī)驅(qū)動程序、電子羅盤數(shù)據(jù)讀取程序、舵機(jī)驅(qū)動程序這四個函數(shù)。以上程序按一定時序運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了地下管線探測繪圖儀的整體功能，完成了課題預(yù)設(shè)目標(biāo)。6實(shí)驗(yàn)結(jié)果15436.1金屬探測模塊電路仿真結(jié)果本仿真使用Multisim13軟件。金屬探測模塊中振蕩電路輸出波形及電路連接圖如圖6.1所示。頻率計測量結(jié)果顯示輸出正弦波周期為31KHz，波形較好，完成了預(yù)設(shè)目標(biāo)。圖6.1振蕩電路仿真結(jié)果圖金屬探測模塊中放大電路輸入及輸出波形及電路連接圖如圖6.2所示?？梢钥闯鲂盘栐诜糯筮^程中頻率沒有變化，波形也未出現(xiàn)失真；輸入信號幅值為1.915V，輸出信號幅度為11.426V，而預(yù)設(shè)的放大倍數(shù)為6倍，較標(biāo)準(zhǔn)的完成了預(yù)設(shè)目標(biāo)。圖6.2放大電路仿真結(jié)果圖金屬探測模塊中波形整形電路及電路連接圖如圖6.3所示?？梢娸斎霝榉?V左右的正弦波，輸出為0V-4V的標(biāo)準(zhǔn)方波，頻率保持完好。因?yàn)槭褂昧耸┟芴赜|發(fā)器所以波形在時間上有一定遲滯性，但是對單片機(jī)的讀取無影響。圖6.3波形整形電路仿真結(jié)果圖整體波形圖如圖6.4所示。其中幅值較小的正弦波為振蕩電路輸出信號，幅值較小的正弦波為6倍放大后的信號，方波為施密特觸發(fā)器正經(jīng)后輸出的TTL方波。圖6.4振蕩電路仿真結(jié)果圖15436.2上位機(jī)繪圖結(jié)果需探測金屬軌道如圖6.5和6.7所示，綠線為綠色塑料包裹的銅絲，用一排銅絲模擬地下管線。上位機(jī)繪制的軌跡圖如圖6.6和6.8所示。圖6.5金屬軌道1號實(shí)物圖 圖6.6上位機(jī)繪制1號軌跡圖圖6.7金屬軌道2號實(shí)物圖 圖6.8上位機(jī)繪制2號軌跡圖可見，繪制出的圖像與實(shí)際軌道十分貼近，精度較高。軌道1中，起測點(diǎn)到最上轉(zhuǎn)彎處約為50CM，左右兩條平行之間間距約為30CM，由圖6.6可得，該兩者距離在圖上的坐標(biāo)值差約為1650,、1050，比例尺分別為33,35，基本相同，說明可以按比例放大至真實(shí)大小。軌道2中，由圖6.7和6.8可見，中間沒有金屬管線的地方上位機(jī)也相應(yīng)的沒有繪制，與管線形狀完全符合，完成了課題目標(biāo)。6.3調(diào)試遇到的問題在實(shí)際測試中，碰到了一些之前沒有考慮到或意外發(fā)生的問題，在次舉出幾個例子及他們的解決方法:在LabVIEW上位機(jī)繪制圖形時經(jīng)常會從當(dāng)前點(diǎn)發(fā)射出去一條很遠(yuǎn)的雙程線，起初認(rèn)為是算法中有錯誤，反復(fù)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)因?yàn)閭鞲衅鲗獾囊蠓浅Ｃ舾校诠饩€不足的情況下可能會發(fā)生抖動輸出一個偏差極大的坐標(biāo)值，因此在LabVIEW上位機(jī)中加入了消抖程序解決了該問題。繪圖過程中，如果沒有探測到管線是不應(yīng)該繼續(xù)繪制的，然而因?yàn)長abVIEWX-Y圖顯示控件的制約，兩點(diǎn)之間必會有連線，無法外部控制，因此繪圖采用描點(diǎn)法而非連線法，同時在探測儀上加入一個MOS管，用單片機(jī)控制光流傳感器串口的開關(guān)，以從硬件方面達(dá)到在未探測到管線的時候光流仍然正常工作但是停止傳輸數(shù)據(jù)的功能。光流傳感模塊的數(shù)據(jù)獲取過程中發(fā)現(xiàn)它輸出的坐標(biāo)基于自身坐標(biāo)系，而繪圖所需坐標(biāo)需建立在大地坐標(biāo)系基礎(chǔ)上，因此加入了電子羅盤模塊獲取當(dāng)前姿態(tài)并通過舵機(jī)不斷調(diào)整，以保持兩坐標(biāo)系的相對靜止。15436.4本章小結(jié)本章首先在仿真軟件中成果運(yùn)行了金屬探測部分電路，并逐步展示了振蕩電路、放大電路、整形電路的輸出波形，仿真結(jié)果與硬件設(shè)計中的理論結(jié)果吻合，說明該電路可用以金屬探測。其次展示了在探測儀實(shí)際運(yùn)行過程中LabVIEW上位機(jī)繪制的軌道圖，軌道圖與實(shí)際跑道也基本相同，X、Y軸數(shù)值與軌道實(shí)際長度比例貼近，說明所繪制圖像完全可以代表真實(shí)管線。整體實(shí)現(xiàn)了預(yù)期功能，完成了課題目標(biāo)。結(jié)論本課題為社區(qū)地下管線探測繪圖儀，首先闡述了多種金屬探測方法的理論基礎(chǔ)并依次分析了特點(diǎn)。其次建立了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架，逐條分析了各個模塊的可選方案并最終確定各部分組成。然后設(shè)計了硬件電路圖和與軟件程序流程圖，詳細(xì)闡述了設(shè)計思路。最后展示了調(diào)試結(jié)果，完成了課題的各項(xiàng)任務(wù)指標(biāo)。主要的成果有：自主設(shè)計了金屬探測部分電路：通過振蕩電路向目標(biāo)物體發(fā)送電磁波，并將諧振回路上的信號放大、整形，使其可被單片機(jī)識別、讀取，達(dá)到金屬探測的功能。探測儀有三種工作模式：尋跡模式、搜索模式和手動模式，并根據(jù)不同情況自動切換。探測到金屬管線時進(jìn)入尋跡模式，探測儀自動對金屬管線精準(zhǔn)尋跡；探測不到時進(jìn)入搜索模式，在一定范圍內(nèi)自動搜索；進(jìn)入探測模式一定時間仍未搜索到金屬管線，進(jìn)入手動模式，手動控制探測儀尋找金屬管線。驅(qū)動光流傳感器獲取當(dāng)前探測儀的坐標(biāo)值，供LabVIEW上位機(jī)繪圖使用。用電子羅盤模塊獲取當(dāng)前光流傳感器的方向角，并用舵機(jī)對其不斷調(diào)整，保持傳感器X-Y坐標(biāo)系的相對靜止，保證坐標(biāo)數(shù)據(jù)讀取無誤。LabVIEW上位機(jī)界面實(shí)時顯示探測儀當(dāng)前坐標(biāo)值，并在其X-Y圖界面穩(wěn)定、精準(zhǔn)繪制探測儀所尋跡的金屬管線的形狀。在未探測到金屬管線時停止繪圖，保證軌跡圖真實(shí)性。探測儀與PC之間通過藍(lán)牙無線通信。繪制了Arduino主控板的PCB。本課題的設(shè)計過程中我對數(shù)模電、LabVIEW有了更深的認(rèn)識，并學(xué)到了很多知識。學(xué)會了振蕩、放大、整形電路的搭建，LabVIEW編程語言的使用，理解了金屬探測方面使用的各種技術(shù)原理，加深了對Arduino的理解,并對AltiumDesigner的使用更加熟練。本課題設(shè)計也存在著一些不足，如對金屬管線的信息獲取不夠豐富，無法探測其深度、寬度等數(shù)值，LabVIEW上位機(jī)未加入對探測儀的控制等，今后會對其繼續(xù)改進(jìn)使其成為一個完善、功能豐富的探測繪圖系統(tǒng)。致謝能夠完成該畢業(yè)設(shè)計主要要感謝我的指導(dǎo)老師曾志鵬老師和212實(shí)驗(yàn)室，曾老師為我提供了整個系統(tǒng)的構(gòu)建藍(lán)圖，并在設(shè)計過程遇到阻礙時曾老師為我提出了許多寶貴、有建設(shè)性的建議。整個設(shè)計過程他幾乎一致陪伴著我們，耐心、不知疲倦的為我一遍遍的審查從開題報告到論文在內(nèi)的所有文檔，他指導(dǎo)我如何將論文寫的更富有邏輯性、特點(diǎn)突出，使之成為一篇結(jié)構(gòu)緊湊、有一定深度和技術(shù)性的文章。212實(shí)驗(yàn)室為我提供了兩年多的硬件、場地、技術(shù)等各方面的條件，帶我走上了嵌入式開發(fā)這條道路，在這里我遇到了志同道合的朋友，經(jīng)驗(yàn)豐富的學(xué)長和循循善誘的老師，經(jīng)歷并解決了一個又一個困難，這些都使我的心理素質(zhì)和技術(shù)素質(zhì)得到了大大的成長。其次我要感謝我實(shí)驗(yàn)室的朋友和學(xué)弟們，他們在我碰到技術(shù)或方案選擇方面的問題難以繼續(xù)時，或給我鼓勵或給我提供建議，讓我有勇氣和毅力從零開始一點(diǎn)點(diǎn)搭建了整個系統(tǒng)和論文。我要特別感謝我在公司的師父張凱，在我電路搭建、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)搭建過程中碰到問題時，他在百忙之中抽出許多時間回答我的疑問，陪我熬夜解決問題，因?yàn)樗敬蔚脑O(shè)計過程才會這樣順暢，系統(tǒng)性能也得到了保證。最后感謝我的前女友，因?yàn)樗谝粋€月前提出分手，我才能有充足的時間和精力沉下心來做畢業(yè)設(shè)計。對畢業(yè)設(shè)計中的幫助我的曾老師、師父和鼓勵支持我的同學(xué)致以最誠摯的感謝和最衷心的祝福，并希望我的前女友今后能夠找到自己的幸福。參考文獻(xiàn)[1]王勇．城市地下管線探測技術(shù)方法研究與應(yīng)用[D]．吉林：吉林大學(xué)，2012．[2]陳娟．?dāng)?shù)字式金屬探測器的研究[D]．南昌：南昌大學(xué)，2007．[3]杜良法．電(磁)法技術(shù)在地下管線探測中的應(yīng)用[J]．測繪與空間地理信息，2008，31(6)：7-10．[4]孫國業(yè)．地下金屬管線探測法的研究與探測器的設(shè)計[D]．吉林：吉林大學(xué)，2007．[5]王勇，陳偉．近間距平行地下管線探測方法研究[J]．測繪通報．2011,(3)：22-25．[6]陳兵．湖州市小區(qū)地下管線探測的幾點(diǎn)體會[J]．城市勘測．2009,(6)：130-132．[7]陳軍，趙永輝，萬明浩．地質(zhì)雷達(dá)在地下管線探測中的應(yīng)用[J]．\o"《工程地球物理學(xué)報》"工程地球物理學(xué)報，2005，2(4)：260-263．[8]董俊辰，李擁軍，HYPERLINK"/s?wd=authoruri:(92dcfa9281db0651)author:(%E7%8E%8B%E5%9B%AD%E5%9B%AD)%E5%95%86%E6%B4%9B%E5%AD%A6%E