一种基于智能手机音频口的便携式电磁波强度检测装置的制造方法

一种基于智能手机音频口的便携式电磁波强度检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电磁波检测技术领域，尤其涉及一种基于智能手机音频口的便携式电磁波强度检测装置。
【背景技术】
[0002]随着中国经济快速发展，科学技术的进步，无线通讯技术已经被广泛应用于各个领域并深入到千家万户，自动化、信息化程度的不断提高，但同时也把人们带进了一个充满电磁辐射设备的环境里，电磁辐射呈指数增长。到目前为止，电磁辐射对人体健康产生的影响还未被确定，但已经引起了广泛的关注，许多研宄课题为此展开。为了准确地了解环境中的电磁辐射量，需要借助仪器进行检测。
[0003]目前市面上能测量电磁辐射量的设备主要包括频谱分析仪、家用电磁辐射测量仪。现代数字频谱分析仪使用数模转换器对输入信号进行采样，通过快速傅立叶变换计算出输入信号频谱分量并加以显示。但其体重庞大，售价都高达数千美元，并且需要专业人员进行操作。
[0004]家用电磁辐射测量仪使用相配备的测试天线，测量天线在空间中某一点感应的电压。工作原理与硬件实现相对于频谱分析仪要简单、成本要低。但其售价仍然高达数百至数千人民币，并且携带不方便、使用不简易的问题。

【发明内容】

[0005]本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于智能手机音频口的便携式电磁波强度检测装置，旨在解决现有的专业测量仪器价格昂贵且操作复杂难以普及使用以及家用测量仪器成本仍很高，并且存在携带使用不方便、通用性不强问题。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:一种基于智能手机音频口的便携式电磁波强度检测装置，该装置由主控模块、耳机音频口电源转化模块、耳机音频口通信模块、时钟模块和电磁波强度转化模块组成；其中，耳机音频口电源转化模块和耳机音频口通信模块均与智能手机音频口相连，主控模块分别与耳机音频口电源转化模块、耳机音频口通信模块、时钟模块和电磁波强度转化模块相连；所述耳机音频口电源转化模块回收智能手机音频口的能量，给整个装置供电；所述音频口通信模块把数字信号调制成模拟信号，利用耳机音频口发送给智能手机；所述时钟模块给主控模块提供稳定的时钟信号；所述主控模块测量由电磁波强度转化模块产生的直流电信号，经过A/D转换接口生成电磁波强度数据，并通过耳机音频口通信模块发送给智能手机，完成电磁波强度检测；所述电磁波强度转化模块由偶极子天线、LC匹配电路、五阶倍压整流电路以及电压调理电路组成，用于将电磁波转化为待测直流电信号。
[0007]进一步地，所述电磁波强度转化模块的检测频率范围为900MHz~2.4GHz，监测不同频率的信号采用相应的天线。
[0008]进一步地，所述LC匹配电路由可调电容CVl及贴片电感LI构成，所述五阶倍压整流电路由电容CsU Cs2、Cs3、Cs4、Cs5、CpU Cp2、Cp3、Cp4、整流二极管D6以及10个肖特基射频二极管构成，所述电压调理电路由贴片电阻Rl与R2构成；其中，可调电容CVl —端与贴片电感LI 一端相连后接天线Antenna接口，贴片电感LI另一端分别与电容Csl、Cs2、Cs3、Cs4、Cs5的一端相连；电容Csl另一端分别与肖特基射频二极管Dl-1 —端及肖特基射频二极管D1-2 —端相连，电容Cs2另一端分别与肖特基射频二极管D2-1 —端及肖特基射频二极管D2-2 —端相连，电容Cs3另一端分别与肖特基射频二极管D3-1 —端及肖特基射频二极管D3-2 —端相连，电容Cs4另一端分别与肖特基射频二极管D4-1 —端及肖特基射频二极管D4-2 —端相连，电容Cs5另一端分别与肖特基射频二极管D5-1 —端及肖特基射频二极管D5-2 —端相连，肖特基射频二极管D1-2另一端和肖特基射频二极管D2-1另一端相连后接第一阶电容Cpl的一端，肖特基射频二极管D2-2另一端和肖特基射频二极管D3-1另一端相连后接第二阶电容Cp2的一端，肖特基射频二极管D3-2另一端和肖特基射频二极管D4-1另一端相连后接第三阶电容Cp3的一端，肖特基射频二极管D4-2另一端和肖特基射频二极管D5-1另一端相连后接第四阶电容Cp4的一端，肖特基射频二极管D5-2另一端与整流二极管D6 —端相连，整流二极管D6另一端与贴片电阻Rl —端相连，贴片电阻Rl另一端与贴片电阻R2 —端相连后输出的信号作为主控芯片A/D接口的测量信号；可调电容CVl另一端、肖特基射频二极管Dl-1另一端、第一阶电容Cpl另一端、第二阶电容Cp2另一端、第三阶电容Cp3另一端、第四阶电容Cp4另一端及电阻R2的另一端均接地。
[0009]进一步地，所述时钟模块包括晶振Yl和电阻R5，所述晶振Yl的一端接主控芯片Ul的时钟输入接口，晶振Yl的另一端与电阻R5的一端相连后接主控芯片Ul的时钟输出接口，电阻R5的另一端接地；
[0010]所述耳机音频口电源转化模块由双N沟道金氧半场效晶体管U5，双P沟道金氧半场效晶体管U6，电容C4-C8、C10，变压器Tl，二级管Dl，电阻R8和低压差稳压器U3组成；四芯耳机音频口的右声道分别与变压器Tl的初级线圈的输入接口及电容C8的一端相连；二极管Dl的负极分别与电容C5的一端、电容C6的一端、可调电容C7的一端、电阻R8的一端、低压差稳压器芯片U3的使能接口及信号输入接口相连；低压差稳压器芯片U3的信号输出接口分别与主控芯片Ul的电源输入接口、电容ClO的一端及电容C4的一端相连；变压器Tl的次级线圈的同名输入接口分别与双N沟道金氧半场效晶体管U5的第二门极接口、第一栅极接口，双P沟道金氧半场效晶体管U6的第二门极接口、第一栅极接口相连；变压器Tl的次级线圈的同名输出接口分别与双N沟道金氧半场效晶体管U5的第一门极接口、第二栅极接口，双P沟道金氧半场效晶体管U6的第一门极接口、第二栅极接口相连；双P沟道金氧半场效晶体管U6的第二源极接口、第一源极接口与二极管Dl的正极相连；电容C8的另一端、变压器Tl初级线圈的输出接口、双N沟道金氧半场效晶体管U5的第一源极接口及第二源极接口、电容C5的另一端、电容C6的另一端、可调电容C7的另一端、电阻R8的另一端、低压差稳压器芯片U3的接地口、电容ClO的另一端、电容C4的另一端均接地；
[0011]所述耳机音频口通信模块由输入子模块和输出子模块组成；输出子模块包括电阻R3、R9，电容C2、C9 ;主控芯片Ul的时钟B捕捉输出接口与电阻R3 —端相连；电阻R3的另一端分别与电容C2及电容C9的一端相连；电容C9的另一端分别与四芯耳机音频口的麦克风口及电阻R9 —端相连；电阻R9的另一端与电容C2的另一端均接地；输入子模块由电阻R14、R15及电容Cl组成；四芯耳机音频口的左声道与电容Cl的一端相连，电容Cl的另一端分别与电阻R14的一端、电阻R15的一端及主控芯片Ul的时钟A比较输入接口相连；电阻R14另一端与主控芯片Ul的电源输入接口相连，电阻R15另一端接地；其它未说明引脚均悬空。
[0012]本实用新型的有益效果是:
[0013]1.电磁波强度转化模块将电磁场在天线端产生的峰值电压较低的交流小信号，通过倍压整流电路、电压调理电路放大，转化为被MCU A/D接口易于检测的直流电信号，以降低测量误差，实现精确测量；[0014]2.电磁波强度检测装置通过采集手机音频口发送的能量，驱动整个装置供电，无需使用外置电池，降低了装置的体积大小，便于携带；
[0015]3.电磁波强度检测装置通过手机音频口将实时采集的数据传输给智能手机，利用了手机的计算、存储、联网及显示模块，实现了数据处理、存储、上传及显示处理功能，降低了装置的硬件成本。
【附图说明】
[0016]图1是该便携式电磁波强度检测装置的整体框架图；
[0017]图2是该便携式电磁波强度检测装置的硬件电路图；
[0018]图3是该便携式电磁波强度检测装置的电磁波强度转化模块电路图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0020]如图1所示，本实用新型一种基于智能手机音频口的便携式电磁波强度检测装置，由主控模块、耳机音频口电源转化模块、耳机音频口通信模块、时钟模块和电磁波强度转化模块组成；其中，耳机音频口电源转化模块和耳机音频口通信模块均与智能手机音频口相连，主控模块分别与耳机音频口电源转化模块、耳机音频口通信模块、时钟模块和电磁波强度转化模块相连；所述耳机音频口电源转化模块回收智能手机音频口的能量，给整个装置供电；所述音频口通信模块把数字信号调制成模拟信号，利用耳机音频口发送给智能手机；所述时钟模块给主控模块提供稳定的时钟信号；所述主控模块测量由电磁波强度转化模块产生的直流电信号，经过A/D转换接口生成电磁波强度数据，并通过耳机音频口通信模块发送给智能手机，完成电磁波强度检测；所述电磁波强度转化模块由偶极子天线、LC匹配电路、五阶倍压整流电路以及电压调理电路组成，用于将电磁波转化为待测直流电信号。所述电磁波强度转化模块的检测频率范围为900MHz~2.4GHz，监测不同频率的信号采用相应的天线。主控模块使用但不限于使用德州仪器生产的MSP 430 F1612芯片。
[0021]如图3所示，所述LC匹配电路由可调电容CVl及贴片电感LI构成，所述五阶倍压整流电路由电容Csl、Cs2、Cs3、Cs4、Cs5、Cpl、Cp2、Cp3、Cp4、整流二极管D6以及10个肖特基射频二极管构成，所述电压调理电路由贴片电阻Rl与R2构成；其中，可调电容CVl —端与贴片电感LI 一端相连后接天线Antenna接口，贴片电感LI另一端分别与电容Csl、Cs2、Cs3、Cs4、Cs5的一端相连；电容Csl另一端分别与肖特基射频二极管Dl-1 —端及肖特基射频二极管D1-2 —端相连，电容Cs2另一端分别与肖特基射频二极管D2-1 —端及肖特基射频二极管D2-2 —端相连，电容Cs3另一端分别与肖特基射频二极管D3-1 —端及肖特基射频二极管D3-2 —端相连，电容Cs4另一端分别与肖特基射频二极管D4-1 —端及肖特基射频二极管D4-2 —端相连，电容Cs5另一端分别与肖特基射频二极管D5-1 —端及肖特基射频二极管D5-2 —端相连，肖特基射频二极管D1-2另一端和肖特基射频二极管D2-1另一端相连后接第一阶电容Cpl的一端，肖特基射频二极管D2-2另一端和肖特基射频二极管D3-1另一端相连后接第二阶电容Cp2的一端，肖特基射频二极管D3-2另一端和肖特基射频二极管D4-1另一端相连后接第三阶电容Cp3的一端，肖特基射频二极管D4-2另一端和肖特基射频二极管D5-1另一端相连后接第四阶电容Cp4的一端，肖特基射频二极管D5-2另一端与整流二极管D6 —端相连，整流二极管D6另一端与贴片电阻Rl —端相连，贴片电阻Rl另一端与贴片电阻R2 —端相连后输出的信号作为主控芯片A/D接口的测量信号；可调电容CVl另一端、肖特基射频二极管Dl-1另一端、第一阶电容Cpl另一端、第二阶电容Cp2另一端、第三阶电容Cp3另一端、第四阶电容Cp4另一端及电阻R2的另一端均接地。
[0022]如图2所示，所述时钟模块包括晶振Yl和电阻R5，所述晶振Yl的一端接主控芯片Ul的时钟输入接口，晶振Yl的另一端与电阻R5的一端相连后接主控芯片Ul的时钟输出接口，电阻R5的另一端接地；
[0023]所述耳机音频口电源转化模块由双N沟道金氧半场效晶体管U5，双P沟道金氧半场效晶体管U6，电容C4-C8、C10，变压器Tl，二级管Dl，电阻R8和低压差稳压器U3组成；四芯耳机音频口的右声道分别与变压器Tl的初级线圈的输入接口及电容C8的一端相连；二极管Dl的负极分别与电容C5的一端、电容C6的一端、可调电容C7的一端、电阻R8的一端、低压差稳压器芯片U3的使能接口(I号接口)及信号输入接口(3号接口)相连；低压差稳压器芯片U3的信号输出接口(4号接口)分别与主控芯片Ul的电源输入接口(I号及64号接口)、电容ClO的一端及电容C4的一端相连；变压器Tl的次级线圈的同名输入接口分别与双N沟道金氧半场效晶体管U5的第二门极接口(5号接口)、第一栅极接口(6号接口、7号接口)，双P沟道金氧半场效晶体管U6的第二门极接口(5号接口)、第一栅极接口(6号接口、7号接口 )相连；变压器Tl的次级线圈的同名输出接口分别与双N沟道金氧半场效晶体管U5的第一门极接口( 2号接口)、第二栅极接口(8号接口、3号接口)，双P沟道金氧半场效晶体管U6的第一门极接口(2号接口)、第二栅极接口(8号接口、3号接口)相连；双P沟道金氧半场效晶体管U6的第二源极接口(4号接口)、第一源极接口(I号接口)与二极管Dl的正极相连；电容C8的另一端、变压器Tl初级线圈的输出接口、双N沟道金氧半场效晶体管U5的第一源极接口( I号接口 )及第二源极接口(4号接口)、电容C5的另一端、电容C6的另一端、可调电容C7的另一端、电阻R8的另一端、低压差稳压器芯片U3的接地口(2号接口)、电容ClO的另一端、电容C4的另一端均接地；
[0024]所述耳机音频口通信模块由输入子模块和输出子模块组成；输出子模块(模块到智能手机方向)包括电阻R3、R9，电容C2、C9 ;主控芯片Ul的时钟B捕捉输出接口(36号接口)与电阻R3 —端相连；电阻R3的另一端分别与电容C2及电容C9的一端相连；电容C9的另一端分别与四芯耳机音频口的麦克风口及电阻R9—端相连；电阻R9的另一端与电容C2的另一端均接地；输入子模块(智能手机到模块方向)由电阻R14、R15及电容Cl组成；四芯耳机音频口的左声道与电容Cl的一端相连，电容Cl的另一端分别与电阻R14的一端、电阻R15的一端及主控芯片Ul的时钟A比较输入接口(23号接口)相连；电阻R14另一端与主控芯片Ul的电源输入接口(I号及64号接口)相连，电阻R15另一端接地；其它未说明引脚均悬空。
[0025]本实用新型装置的工作流程如下:
[0026]1、电磁波经过电磁波强度转化模块，转化成为直流电信号。调整偶极子天线后端的LC匹配电路，降低天线的反射系数，提高电磁波在偶极子天线两端产生的感应信号幅度。交流电信号首先通过五阶倍压整流电路后，输出被放大五倍的直流电信号。直流电信号通过电压调理电路后，输出到主控模块的数模转化A/D接口。
[0027]2、将便携式电磁波强度检测装置插入到智能手机的音频口中。便携式电磁波强度检测装置通过耳机音频口电源转化模块获取来自智能手机的电能，驱动整个装置工作，系统启动 。
[0028]3、主控芯片开始工作，设置定时器，进入休眠状态。在定时器触发中断后，退出休眠模式，通过电磁波强度转化模块所连接的A /D接口读取电磁波强度值。设定电磁波强度数据包格式为:一个间隔字节位，一个存储电磁波强度数据高八位字节位，与一个存储电磁波强度数据低八位的字节位。
[0029]4、为了使数据能够通过耳机音频口传输到智能手机上，装置必须产生连续跳变的模拟信号。为此，主控芯片对每一个电磁波强度数据包对应的比特流，按照原码I调制为01，原码O调制为10的曼切斯特编码规则进行编码，通过设置定时器的寄存器来实现，将数据输出到四芯音频口的麦克风接口。
【主权项】
1.一种基于智能手机音频口的便携式电磁波强度检测装置，其特征在于，该装置由主控模块、耳机音频口电源转化模块、耳机音频口通信模块、时钟模块和电磁波强度转化模块组成；其中，耳机音频口电源转化模块和耳机音频口通信模块均与智能手机音频口相连，主控模块分别与耳机音频口电源转化模块、耳机音频口通信模块、时钟模块和电磁波强度转化模块相连；所述耳机音频口电源转化模块回收智能手机音频口的能量，给整个装置供电；所述音频口通信模块把数字信号调制成模拟信号，利用耳机音频口发送给智能手机；所述时钟模块给主控模块提供稳定的时钟信号；所述主控模块测量由电磁波强度转化模块产生的直流电信号，经过A/D转换接口生成电磁波强度数据，并通过耳机音频口通信模块发送给智能手机，完成电磁波强度检测；所述电磁波强度转化模块由偶极子天线、LC匹配电路、五阶倍压整流电路以及电压调理电路组成，用于将电磁波转化为待测直流电信号。
2.根据权利要求1所述的便携式电磁波强度检测装置，其特征在于，所述电磁波强度转化模块的检测频率范围为900MHz~2.4GHz，监测不同频率的信号采用相应的天线。
3.根据权利要求1所述的便携式电磁波强度检测装置，其特征在于，所述LC匹配电路由可调电容CVl及贴片电感LI构成，所述五阶倍压整流电路由电容Csl、Cs2、Cs3、Cs4、Cs5、Cpl、Cp2、Cp3、Cp4、整流二极管D6以及10个肖特基射频二极管构成，所述电压调理电路由贴片电阻Rl与R2构成；其中，可调电容CVl —端与贴片电感LI 一端相连后接天线Antenna接口，贴片电感LI另一端分别与电容Csl、Cs2、Cs3、Cs4、Cs5的一端相连；电容Csl另一端分别与肖特基射频二极管Dl-1 —端及肖特基射频二极管D1-2 —端相连，电容Cs2另一端分别与肖特基射频二极管D2-1 —端及肖特基射频二极管D2-2 —端相连，电容Cs3另一端分别与肖特基射频二极管D3-1 —端及肖特基射频二极管D3-2 —端相连，电容Cs4另一端分别与肖特基射频二极管D4-1 —端及肖特基射频二极管D4-2 —端相连，电容Cs5另一端分别与肖特基射频二极管D5-1 —端及肖特基射频二极管D5-2 —端相连，肖特基射频二极管D1-2另一端和肖特基射频二极管D2-1另一端相连后接第一阶电容Cpl的一端，肖特基射频二极管D2-2另一端和肖特基射频二极管D3-1另一端相连后接第二阶电容Cp2的一端，肖特基射频二极管D3-2另一端和肖特基射频二极管D4-1另一端相连后接第三阶电容Cp3的一端，肖特基射频二极管D4-2另一端和肖特基射频二极管D5-1另一端相连后接第四阶电容Cp4的一端，肖特基射频二极管D5-2另一端与整流二极管D6 —端相连，整流二极管D6另一端与贴片电阻Rl —端相连，贴片电阻Rl另一端与贴片电阻R2 —端相连后输出的信号作为主控芯片A/D接口的测量信号；可调电容CVl另一端、肖特基射频二极管Dl-1另一端、第一阶电容Cpl另一端、第二阶电容Cp2另一端、第三阶电容Cp3另一端、第四阶电容Cp4另一端及电阻R2的另一端均接地。
4.根据权利要求1所述的便携式电磁波强度检测装置，其特征在于，所述时钟模块包括晶振Yl和电阻R5，所述晶振Yl的一端接主控芯片Ul的时钟输入接口，晶振Yl的另一端与电阻R5的一端相连后接主控芯片Ul的时钟输出接口，电阻R5的另一端接地； 所述耳机音频口电源转化模块由双N沟道金氧半场效晶体管U5，双P沟道金氧半场效晶体管U6，电容C4-C8、C10，变压器Tl，二级管D1，电阻R8和低压差稳压器U3组成；四芯耳机音频口的右声道分别与变压器Tl的初级线圈的输入接口及电容C8的一端相连；二极管Dl的负极分别与电容C5的一端、电容C6的一端、可调电容C7的一端、电阻R8的一端、低压差稳压器芯片U3的使能接口及信号输入接口相连；低压差稳压器芯片U3的信号输出接口分别与主控芯片Ul的电源输入接口、电容ClO的一端及电容C4的一端相连；变压器Tl的次级线圈的同名输入接口分别与双N沟道金氧半场效晶体管U5的第二门极接口、第一栅极接口，双P沟道金氧半场效晶体管U6的第二门极接口、第一栅极接口相连；变压器Tl的次级线圈的同名输出接口分别与双N沟道金氧半场效晶体管U5的第一门极接口、第二栅极接口，双P沟道金氧半场效晶体管U6的第一门极接口、第二栅极接口相连；双P沟道金氧半场效晶体管U6的第二源极接口、第一源极接口与二极管Dl的正极相连；电容C8的另一端、变压器Tl初级线圈的输出接口、双N沟道金氧半场效晶体管U5的第一源极接口及第二源极接口、电容C5的另一端、电容C6的另一端、可调电容C7的另一端、电阻R8的另一端、低压差稳压器芯片U3的接地口、电容ClO的另一端、电容C4的另一端均接地； 所述耳机音频口通信模块由输入子模块和输出子模块组成；输出子模块包括电阻R3、R9，电容C2、C9 ;主控芯片Ul的时钟B捕捉输出接口与电阻R3 —端相连；电阻R3的另一端分别与电容C2及电容C9的一端相连；电容C9的另一端分别与四芯耳机音频口的麦克风口及电阻R9—端相连；电阻R9的另一端与电容C2的另一端均接地；输入子模块由电阻R14、R15及电容Cl组成；四芯耳机音频口的左声道与电容Cl的一端相连，电容Cl的另一端分别与电阻R14的一端、电阻R15的一端及主控芯片Ul的时钟A比较输入接口相连；电阻R14另一端与主控芯片Ul的电源输入接口相连，电阻R15另一端接地；其它未说明引脚均悬空。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于智能手机音频口的便携式电磁波强度检测装置，包括主控模块、耳机音频口电源转化模块、耳机音频口通信模块、时钟模块和电磁波强度转化模块。电磁波强度转化模块由偶极子天线、LC匹配电路、五阶倍压整流电路以及电压调理电路组成。该装置安装在智能手机音频口上，主控芯片对电磁波强度转化模块的输出信号进行A/D采样，将电磁波强度数字信号调制成模拟信号，通过耳机音频口发送给智能手机。检测设备通过测量天线在电磁场中的感应电压大小获得电磁波强度值。本装置适配于常见的智能手机，有效地利用智能手机的存储、计算、显示功能单元，以降低装置的硬件成本，具有体积小便于携带、成本低、通用性好、即插即用的特点。
【IPC分类】G01R29-08
【公开号】CN204613311
【申请号】CN201520292843
【发明人】周扬, 舒元超, 陈积明, 程鹏, 史治国
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月8日