实施方案
[0025] 下面通过具体实施例对本实用新型的工作原理作进一步说明，附图中所标示的参数为各实施例选用的优选参数，而不是对本专利的保护范围的限制。
[0026] 为了实现对环境中隐藏电线的精准有效检测，本实用新型的整体电路结构如图1所示，包括磁场传感器检测模块1、金属传感器检测模块2、微电场传感器检测模块3、控制模块4、信息显示模块5和电源管理模块6。
[0027] 本实用新型针对多种情况下的隐藏电线进行检测。首先，磁场传感器检测模块1用于检测环境中隐藏较浅的电线通电时周围所形成强磁场，所使用的磁场传感器为霍尔元件，根据霍尔效应的原理，在电磁检测时当输入电流恒定，霍尔传元件输出的霍尔电势仅由外界磁场的磁感应强度唯一决定。由毕奥‑萨伐尔定律可计算求得线圈中心轴线上某点的磁感应强度 B。将霍尔元件置于该点。靠近电线产生的磁场时，会导致介质磁导率的变化，使霍尔元件上产生的电压与无电线磁场产生的电压不同。磁场传感器检测模块1中的霍尔元件对目标环境中的位置进行检测，并输出电压经放大滤波后由单片机通过AD转换获得，将之与无外界电线磁场时获得的电压进行对比，判断有无隐藏电线。而当环境中隐藏的电线处于未通电工作状态下的时候，其周围无磁场，磁场传感器无法检测，通过金属传感器检测模块2中探测线圈对目标位置进行检测，检测是否有金属导线存在。此外，当目标位置隐藏电线埋藏较深时，遮挡物对通电状态电线产生的电磁场衰减作用较强，通过微电场传感器检测3该目标位置是否存在微弱电场。将上述三种传感器检测模块输出信号输入至控制模块4，控制模块4对三种检测结果进行分析，判断目标位置是否存在电线，并记录目标环境内所有位置的检测结果，最后通过上位机对所有检测数据进行融合，绘制目标环境隐藏电线分布图。
[0028] 本实用新型的磁场传感器检测模块1由霍尔元件对目标环境中的位置进行检测，其输出信号通过由三极管搭建的差动放大电路进行放大，然后通过有源滤波电路进行滤波，然后输入控制模块，传输至单片机。其电路原理图如图2所示，HR表示霍尔元件，HR的3脚与+5V电源和电阻R3一端相连，电阻R3另一端与可调电阻VR1一端相连，可调电阻VR1另一端与HR的1脚相连并接地，可调电阻VR1的可调节一端与电阻R7一端相连，电阻R7另一端与电阻R8一端和三极管Q3的基极相连；电阻R8另一端与电容C3、C4一端相连并接地，电容C3、C4另一端与电阻R9、R10一端相连和‑15V电源相连，电阻R9另外一端与三极管Q5的发射极相连，电阻R10另外一端与三极管Q5的基极和电阻R6一端相连，电阻R6另外一端与电阻R2的一端、三极管Q1的基极和三极管Q2的基极相连，电阻R2的另外一端与三极管Q2的集电极、电阻R1的一端、电容C1的一端、C2的一端和+15V电源相连，电容C1的另外一端与C2另外一端相连并接地；电阻R1另外一端与三极管Q1的集电极和电阻R38的一端相连；三极管Q5的集电极与三极管Q3的发射极和Q4的发射极相连，三极管Q4的基极与电阻R4一端和电阻R5的一端相连，电阻R4另外一端接地，电阻R5的另外一端与HR的2脚相连；电阻R38另外一端与电阻R36一端、电容C22一端和电容C23一端相连；电容C22另外一端与电阻R39一端和运算放大器AR5同相输入端相连，电阻R39另外一端接地；电容C23另外一端与电阻R40一端相连并接地，电阻R40另一端与电阻R41另外一端和运算放大器AR5的反相输入端相连，运算放大器AR5的电源正极与电容C21一端和电阻R37一端相连，电容C21另外一端接地，电阻R37另外一端与+12V电源相连；电阻R36另一端与运算放大器AR5输出端和电阻R41一端相连，并记为SensorElec，表示磁场传感器输出信号经过处理以后所得信号。
[0029] 本实用新型的金属传感器检测模块2依据法拉第电磁感应定律，使用单片机产生20kHz 的脉冲信号，再通过共射极放大电路形成频率稳定度更高、功率较大的脉冲信号。将放大后的脉冲信号输入到探测线圈中，使线圈周围产生恒定的交变磁场。当前所使用电线多为金属材质，当探测线圈所产生的交变磁场中有金属电线时，由于涡流效应，探测线圈产生的交变磁场会减弱，导致探测线圈的阻抗发生变化。因此在RLC串联谐振回路中，探测线圈和与探测线圈相串联的电阻上会产生损耗，通过检测该电阻上的电压变化可以间接地检测是否有金属物体。将该电压值经过方波化电路转换成稳定的电平信号，与其后的比较器电路输入端参考电平信号相比较，输出高（低）电平，单片机通过判断SensorMetal端输出的电平高低来确定是否存在金属。其电路原理图如图3所示，其中L1表示金属探测线圈，L1一端与电容C6、C8的一端相连，电阻R13、R14、R15的一端与电容C8另一端相连并接地；电阻R14另外一端、L1另外一端与电阻R18一端相连，其中探测线圈L1、电阻R14和电容C8构成一阶RLC串联谐振电路。电容C6另外一端、电阻R11一端和三极管Q6集电极相连，电阻R11另外一端、电阻R12一端、电容C5一端和+5V电源相连，电容C5另外一端接地。电阻R12另外一端、电容C7一端、电阻R13另外一端和三极管Q6基极相连，电阻R15另外一端与三极管Q6发射极相连，电容C7另外一端输入单片机产生的脉冲信号，并记为SIGNAL_control。电容C11、C12一端、二极管D1负极、二极管D2正极与电阻R18另外一端、运算放大器AR2同相输入端相连，电容C11、C12另外一端、二极管D1正极和二极管D2负极相连并接地。电阻R20一端接地，电阻R20另外一端与运算放大器AR2反相输入端相连。运算放大器AR2电源负极接地，运算放大器AR2电源正极、电容C10一端和电阻R17一端相连，电容C10另外一端接地，电阻R17另外一端与+12V电源相连；运算放大器AR2输出端与电阻R21一端相连，电阻R21另外一端与运算放大器AR1同相输入端相连，电阻R34和R19构成串联分压电路，用于调节电压比较器同相输入端的参考电压，电阻R34一端、电阻R19一端和运算放大器AR1反相输入端相连，电阻R34另外一端接地，电阻R19另外一端连接公共参考电压Vref。运算放大器AR1电源负极接地，运算放大器AR1电源正极、电容C9一端和电阻R16一端相连，电容C9另外一端接地，电阻R16另外一端与+12V电源相连；运算放大器AR1输出端记为SensorMetal，表示金属传感器输出信号经过处理以后所得信号。
[0030] 本实用新型的微电场传感器检测模块3使用MEMS微电场传感器，MEMS微电场传感器具有良好的抗电磁干扰能力和快速响应速度的传感器，当所检测环境存在隐藏较深的电线时，电线产生的电场会随深度增加而变得十分微弱，MEMS微电场传感器可检测电线受遮挡物衰减以后的微弱电场信号，并通过信号处理电路处理以后传输至单片机。信号处理电路主要包括信号放大电路和滤波电路，其中由于传感器输出的信号幅值较低，通过信号放大电路用于放大传感器的输出信号幅值，同时利用滤波电路对传感器输出信号进行滤波，滤除其中的环境噪声和其它干扰信号。并通过二级差分放大和滤波电路进行放大和滤波，它的第一级包含精密仪表放大器INA114。来自测量输入Vin +和Vin‑的共模电压被缓冲，然后由运算放大器搭建的二级放大电路进行放大，接着由有源滤波电路进行滤波，滤除高频干扰信号，最后通过RC高通滤波器滤波，以去除直流分量。其电路原理图如图4所示，其中H1表示MEMS微电场传感器输出端，其输出端2脚与精密仪表放大器INA114的3脚相连，H1的输出端1脚与精密仪表放大器INA114的2脚相连，精密仪表放大器INA114的7脚与+3.3V电源相连，精密仪表放大器INA114的4脚接地，精密仪表放大器INA114的1脚与电阻R22一端相连，精密仪表放大器INA114的8脚与电阻R22另外一端相连，精密仪表放大器INA114的6脚为输出端，其与电容C13一端相连；精密仪表放大器INA114的5脚为参考输入端，其与电阻R24一端和电阻R25一端相连，电阻R24另外一端与公共参考电压Vref一端相连，电阻R25另外一端接地；电容C13另外一端与电阻R23一端和运算放大器AR3同相输入端相连，电阻R23另外一端与电阻R26一端和公共参考电压Vref相连，电阻R26另外一端与电阻R27一端和运算放大器AR3反相输入端相连；运算放大器AR3正极与+12V电源相连，运算放大器AR3负极接地。电阻R27另外一端与与运算放大器AR3输出端和电容C14一端相连，电容C14另外一端与电阻R30一端相连，电阻R30另外一端与电阻R28一端、电容C16一端和电容C17一端相连；电容C16另外一端与电阻R31一端和运算放大器AR4的同相输入端相连，电阻R31另外一端接地，电容C17一端与电阻R33一端相连并接地，电阻R33另外一端与电阻R32一端和运算放大器AR4反相输入端相连；电阻R32另外一端、电阻R28另外一端、电阻R42一端、电容C25一端和运算放大器AR4输出端相连；运算放大器AR4电源正极与电阻R29一端和电容C15一端相连，电容C15另外一端接地，电阻R29另外一端与+12V电源相连。电容C24一端和电容C25另外一端相连并接地。电容C24另外一端与电阻R42另外一端相连并记为SensorMEMS，表示微电场传感器检测信号经过处理以后输出至控制模块的信号。
[0031] 本实用新型的控制模块4如图5所示。采用意法半导体公司生产的STM8L51C8单片机作为主控芯片，电容C18一端与按键KEY1一端相连并接地，另一端与按键KEY1另一端、电阻R35一端和单片机第2引脚相连，电阻R35的另一端接+5V电源，作为单片机的复位电路；电容C19与电容C20一端相连并接地，电容C19另一端与晶振Y1一端和单片机的第4引脚相连，电容C20另一端与晶振Y1另一端和单片机的第5引脚相连，组成单片机的时钟电路；单片机的第10、11及12引脚与+5V电源相连，第9引脚接地，为单片机提供工作电压；单片机的第36引脚与端口SensorElec相连，用于获得磁场传感器检测模块1经信号处理电路处理以后的输出信号；单片机的第35引脚与端口SensorMetal相连，用于获得金属传感器检测模块2经信号处理电路处理以后的输出信号；单片机的第34引脚与端口SensorMEMS相连，用于获得微电场传感器检测模块3经信号处理电路处理以后的输出信号。单片机的第7引脚与端口SIGNAL_control相连，用于向金属传感器检测电路输出脉冲信号，使探测线圈产生交变磁场。单片机第26 30引脚与信息显示模块5相连接，并依次标记为LCD_RS、LCD_A0、LCD_SCL、~LCD_SDA、LCD_CS，用于显示隐藏电线分布情况。
[0032] 本实用新型的信息显示模块5采用3.5寸TFT LCD液晶，其电路结构如图6所示，其610引脚依次标记为LCD_RS、LCD_A0、LCD_SCL、LCD_SDA、LCD_CS，然后与单片机第26 30引脚~ ~
依次相连，输出驱动信号，3.5寸TFT LCD液晶的第1、2、4、14、15、16引脚接地，第5引脚与电阻R43一端相连，电阻R43另外一端、电容C26一端和电阻R44一端相连并连接+3.3V电源，电阻R44另外一端与3.5寸TFT LCD液晶的第12、13引脚相连，电容C26另外一端接地。
[0033] 所述的电源管理模块由电池供电，便于携带，同时采用反激式开关电源芯片UCC28780，将电池输出电压分别转换为系统各个模块所需电压，为其供电，使得整个系统正常工作。
