【正文】 瓦里安首次提出了在地磁場(chǎng)中運(yùn)用核磁共振技術(shù)獲得地下水含量的 這種想法。最后感謝所有幫助和理解我的人。在此，謹(jǐn)向段老師表示最真摯的敬意和感謝！ 在課題進(jìn)行過程中，得到了各位 老師、師兄、師姐的幫助，在此我要感謝王應(yīng)吉老師、孫淑琴老師對(duì)我課題研究的幫助和支持；感謝 榮 亮亮師兄、易曉峰師兄、吳海燕師姐、王中興師兄、尚新磊師兄在項(xiàng)目開發(fā)中的給予的幫助；感謝實(shí)驗(yàn)室的劉漢北師兄、田瑜娟師姐、李曉明師兄、賈曉晨師兄、對(duì)我的關(guān)心與支持，是他們的幫助使我順利而愉快的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。在本論文課題進(jìn)行過程中，段老師不但 給予了我全面的技術(shù)指導(dǎo)，還幫我們買材料，尋找緊缺電子元器件，花費(fèi) 了很多心血。 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 29 參 考 文 獻(xiàn) [1]康華光 .電子技術(shù)基礎(chǔ) — 模擬部分 .北京：高等教育 出版社， Kang Huaguang. Electronic technology foundationsome simulated,Beijing: Higher Education Press, [2]馬中梅 .單片機(jī)的 C 語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì) .北京航空航天大學(xué)出版社， Ma Zhongmei. SCM Clanguage application design. Beijing University of Aeronautics and Astronautics Press， [3]何橋，段清明，邱春玲 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 .中國鐵道出版社， 2020 He Qiao,Duan Qingming,Qiu Chunling. Theory and Application of SCM 。 由單片機(jī)計(jì)算處理得到放大器輸入端的電壓信號(hào)有效值。為核磁共振找水儀野外實(shí)驗(yàn)確定測(cè)點(diǎn)提供依據(jù)。本測(cè)量裝置主要由接收 天線 ，弱信號(hào)放大器，數(shù)據(jù)采集模塊等部分構(gòu)成。然而 1kHz~3kHz 的環(huán)境電磁噪聲對(duì)根據(jù)此方法研制的核磁共振找水儀影響很大。 而且，由測(cè)量結(jié)果知 ，室內(nèi)是不可以 開展找水實(shí)驗(yàn)的，這與實(shí)際相符。 對(duì)比室內(nèi) 和野外實(shí)驗(yàn)， 相同頻率相比， 室內(nèi)噪聲強(qiáng)度是野外的 100 多倍。 （ a）示波表 測(cè)試波形 （ b）液晶顯示結(jié)果 圖 0f =1000 Hz， G=8 時(shí)野外測(cè)試結(jié)果 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 27 （ a）示波表 測(cè)試波形 （ b）液晶顯示結(jié)果 圖 0f =2326 Hz， G=4 時(shí)野外測(cè)試結(jié)果 （ a）示波表 測(cè)試波形 （ b）液晶顯示結(jié)果 圖 0f =3000 Hz， G=1 時(shí)野外測(cè)試結(jié)果 根據(jù)附錄 1 中的增益，將結(jié) 果值推算到放大器輸入端，查表得：G=1,G=4， G=8 時(shí)，前方低增益總增益分別為 169604， 644095 和 1320718, f0 =1000 Hz， f0 =2326 Hz， f0 =3000 Hz 時(shí) 的放大器輸入端噪聲信號(hào)強(qiáng)度分別為 33nv， 1310nv， 2029nv。 由此可知，在室內(nèi)， 1000 Hz 頻率的信號(hào)小于 2326 Hz 和 3000 Hz 頻率的信號(hào)。 （ a） 示波器測(cè)試波形 （ b）液晶顯示結(jié)果 圖 0f =1000 Hz， G=6 時(shí)室內(nèi)測(cè)試結(jié)果 （ a）示波器測(cè)試波形 （ b）液晶顯示結(jié)果 圖 0f =2326 Hz， G=1 時(shí)室內(nèi)測(cè)試結(jié)果 （ a）示波器測(cè)試波形 （ b）液晶顯示結(jié)果 圖 0f =3000 Hz， G=6 時(shí)室內(nèi)測(cè)試結(jié)果 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 26 根據(jù)裝置的總體設(shè)計(jì)方案，輸入端電壓信號(hào)的有效值計(jì)算公式為33 sPrm s UUUU G ain G ain?????,其中 PU 為峰值， U 為測(cè)得的直流電壓值， Us為直流偏置 ,為 1503mV， Gain 為總體增益， rmsU 為輸入端信號(hào)的有效值。兩節(jié) 12V 的電池串聯(lián)供電，金屬盒中的為弱信號(hào)放大器，黑色盒中的為數(shù)據(jù)采集模塊， 周圍放 置的是 50 匝 1m X 1m 環(huán)形天線。 程序上電后對(duì) 各模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，然后掃描鍵盤，根據(jù)鍵盤的輸入值執(zhí)行不同的功能。 LTC1564 默認(rèn)設(shè)置為 1 倍。 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 21 5 測(cè)量裝置軟件設(shè)計(jì) 放大器模塊軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)選用 MCS51 系列單片機(jī)作為控制中心，主要控制 DDS 產(chǎn)生MAX260 時(shí)鐘信號(hào)源、 對(duì) MAX260 的控制字編程、改變可控增益放大器LTC1564 的放大倍數(shù)。 圖片上的開始顯示的是當(dāng)前的中心頻率，后面是測(cè)得的數(shù)值顯示。 SMC1602 有 11 條指令，多數(shù)指令 帶有參數(shù)，參數(shù)值由用戶根據(jù)所控制的液晶顯示模塊的特征和顯示的需求來設(shè)置?？刂破骺梢怨芾?80B 的顯示 RAM。 SMC1602 的 基本操作分為 4 步：讀狀態(tài)、寫指令、讀數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)。 SMC1602 顯示容量為 16X2 個(gè)字符，字符尺寸為 （ WXH） mm。 液晶顯示單元 在數(shù)據(jù)采集模塊控制系統(tǒng)中，由于有比較少的內(nèi)容顯示。另一種是采用軟件的方法，規(guī)避抖動(dòng)對(duì)讀取鍵值的影響，即采取延時(shí)的方法，在抖動(dòng)過后再讀取鍵值。在實(shí)際應(yīng)用中，有兩種方法可以用來去除抖動(dòng)的影響。 鍵盤程序的功能是準(zhǔn)確讀入被按下鍵的鍵值。如圖 中， P2 口為鍵盤接口，R R R R5 為限流電阻，防止按鍵按下時(shí)電流過大損壞單片機(jī) I/O口。由于單片機(jī)系統(tǒng)的專用性，因此對(duì)不同類型的系統(tǒng)，輸入設(shè)備也會(huì)有很大不同，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)必須根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出適合需要的輸入設(shè)備類型。人機(jī)對(duì)話配置水平、規(guī)模與應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)模、特點(diǎn)有關(guān)。 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 19 鍵盤單元 典型的單片機(jī)系統(tǒng)中，都有人機(jī)對(duì)話的功能。 12RST3456XTAL27XTAL189101112131415GND16171819202122232425262728293031VCC32U1STC12C5408ADRxDTxDINT012345678P2keyboard12Y112MXTAL2XTAL1GNDXTAL1XTAL2RSTGNDVCC10uFC310KR1VCCRSTGND1 23 45 67 89 10P7DOWNLOADGND GNDGNDGNDTxD TxDRxD RxD1KR21KR31KR41KR512345678910111213141516P3LCDGNDVCC10KR1512P5channel 1limit currentVCC VCC12P4RS23233pFC133pFC2TxDRxD12P1Header 2VCCGNDGND 圖 單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)圖 控制單元 采用宏晶科技推出的 STC12C5410AD 系列單片機(jī) STC12C5408AD 作為數(shù)據(jù)采集模塊的主芯片， STC12C5408AD 是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期（ 1T）的 單片機(jī)，是高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 812 倍，內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù) 位電路。包括 控制器 及 其外圍電路和各種接口。 采用平均值檢波器對(duì)通過跟隨器后的電壓 檢波， 本文采用半波檢波，檢波電路輸出的直流電壓正比于輸入交流電壓絕對(duì)值的平均值 ， 如 圖 （ a） 為 簡單的二極管阻容檢波電路， 電路 仿真 結(jié)果 如圖 （ b） 。 （ a） G = 1 （ b） G = 2 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 16 （ c） G = 6 （ d） G = 9 圖 改變程控增益放大器設(shè)置時(shí)傳輸特性測(cè)試 跟隨器和直流偏置 、峰值檢波 給經(jīng)過放大、濾波的信號(hào)加一 的直流 偏置， 使輸出信號(hào)為正值，再經(jīng)過跟隨器， 降低 輸出阻抗，以減少對(duì)后續(xù)電路的影響。改變程控增益放大器設(shè)置傳輸特性測(cè)試（包括開關(guān)電容濾波器）如圖 。 改變中心頻率開關(guān)電容濾波器傳輸特性網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試結(jié)果： （ a） 0f =1000Hz （ b） 0f =1750Hz （ c） 0f =2326Hz （ d） 0f =3000Hz 圖 改變中心頻率開關(guān)電容濾波器傳輸特性網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試結(jié)果 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 15 從測(cè)試結(jié)果得出，當(dāng) 濾波器 中心頻率 設(shè)置 增大時(shí)，帶寬也在相應(yīng)的增大，但是在一定范圍內(nèi)，符合整個(gè)設(shè)計(jì)要求。衰減網(wǎng)絡(luò)的仿真?zhèn)鬏斕匦匀?圖 所示。 123VSS16RESET44041424344578910111213XTAL214VDD38XTAL115171819202122232425PSEN26ALE/PROG2728EA293031323334353637396*1STC89C54RD+1 23 45 67 89 10P3Header 5X2DGNDTXDP485RXDDGNDDGNDTXDP485RXDDGNDDOUTSG5VSG5VRST2KR1322nFC25RSTSG5VRXDTXDSERCONDGNDD31D22D13D04V+6WLCK7FQ_UD8CLKIN9GND10V+11RSET12QOUT13QOUTB14IN15IN+16DACBL17V+18IOUTB20IOUT21RST22V+23GND5D7 /LOAD25D626D527D428GND19GND24U6AD9850BRSR21200R16100R15100R14WLCKFQ_UQRST1LOAD102C461 2U5ASN7404NDGND1DGND2OSC3+5VD4OSC1OSC40MHzDGNDD5VCLKIN1KR2010KR19D5VDGNDDGNDDGNDD5V10mHL9CP11Cap1uFCP10DGNDCLKWLCKFQ_UQRST1LOAD D00D01D10 D11122130PC47DGND122130PC48XTAL1XTAL2XTAL2 XTAL1PRE_SDATAPRE_SCLK12Y1XTALDGND164DATA164CLK100R28WR260DGND1Tp7Test 11Tp8Test 11Tp9Test 1 圖 單片機(jī)控制和 DDS 電路 阻容衰減 匹配網(wǎng)絡(luò) 為了達(dá)到很窄的帶寬需要很高的 Q 值，需要兩片 MAX260 級(jí)聯(lián)，可能出現(xiàn)放大器飽和 現(xiàn)象 ，為了防止飽和的出現(xiàn)，在每級(jí)濾波器的輸出加入了衰減網(wǎng)絡(luò)來提供一定的衰減，同時(shí)提供一定的濾波作用，濾除開關(guān)電容濾波器產(chǎn)生的內(nèi)部噪聲。輸出的信號(hào)經(jīng)過 74HC04 整形，給 MAX260 提供振蕩信號(hào)。 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 12 濾波器時(shí)鐘源 產(chǎn)生及控制 濾波器時(shí)鐘源產(chǎn)生及控制電路如 所示。 基于 MAX260 的程控開關(guān)濾波器