基于ARM的数字式磁通门磁强计设计

性度可达到 3.3×10-4，灵敏度温度系数为Baidu Nhomakorabea1.9×10-4/℃。采用基于 ARM 的数字式磁通门磁强计设计方
案，提高了磁强计对环境温度的抗干扰能力。
关键词：ARM；数字磁通门磁强计；PID；PWM 反馈
中图分类号：TN 98
文献标识码：A
文章编号：1674-6236（2018）19-0161-04
摘要：基于差分式磁通门磁强计的工作原理，设计了一种基于 ARM 的数字式磁通门磁强计，替代
了传统模拟电路对磁强计输出信号进行处理，采用 ARM 自带的 12 bit A/D 将磁强计信号转换成数
字信号，使用 ARM 微控制器进行相敏检测、滤波和 PID 控制，用脉冲宽度调制（PWM）输出反馈信
号，结合反馈电阻构成闭环系统。通过实验测试，该磁强计的量程为±60 000 nT，分辨率为 1 nT，线
星姿态控制 等 [3] 领域。随着计算机科学技术的发展， 计设计[5]，采用 FPGA 的数字式磁通门磁强计设计 ， [6]
采用数字式磁通门磁强计取代传统模拟式磁强计， 采用 PIC 单片机的数字磁强计设计 和 [7] 采用 D/A 反馈
模拟式磁通门磁强计采用的是模拟电路对磁强计输 的数字闭环磁强计设计 等 [8] 。
第 26 卷 第 19 期 Vol.26 No.19
电子设计工程 Electronic Design Engineering
2018 年 10 月 Oct. 2018
基于 ARM 的数字式磁通门磁强计设计
王文琦 ，张 1，2，3 锐 1，2
（1.中国科学院上海微系统与信息技术研究所 上海 200050；2.上海微小卫星工程中心 上海 201203； 3.中国科学院大学 北京 100049）
收稿日期：2017-12-13 稿件编号：201712064
并 且 非 闭 环 磁 强 计 的 线 性 度 较 差 。 [9] 本 文 是 基 于
作者简介：王文琦（1993—），男，黑龙江大兴安岭人，硕士研究生。研究方向：地磁敏感器。
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《电子设计工程》2018 年第 19 期
ARM 的数字式磁通门磁强计设计，将磁强计的模拟 信号进行数字采集，反馈输出由 ARM 单片机输出可 控 占 空 比 的 PWM 信 号 ，结 合 反 馈 电 阻 构 成 闭 环 反 馈，进一步提高了磁强计的稳定性，减少了模拟电路 部 分 ，温 度 性 能 也 比 较 优 秀 ，同 时 降 低 了 成 本 ，便 于 进行小型化设计。
出 信 号 信 号 进 行 处 理 [4]，它 容 易 受 到 周 围 环 境 的 影
传统模拟式磁通门磁强计是由选频放大电路、
响 ，为 解 决 这 一 问 题 ，可 以 采 用 数 字 式 磁 通 门 磁 强 相敏整流电路和积分电路组成，由于组成的模拟电
计，对磁通门输出信号进行数字采样，用数字信号处 路受温度影响比较大，信号温度灵敏度系数比较高，
3.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China）
Abstract: Based on the principle of the differential fluxgate magnetometer， a digital fluxgate magnetometer based on ARM is designed，which replaces the traditional analog circuit to process the output signal of the magnetometer. The ARM-based 12 bit A/D converts the magnetometer signal into the digital signal，uses ARM microcontroller to conduct phase sensitive detection，filtering and PID control， outputs feedback signal with pulse width modulation（PWM）and combines with feedback resistor to form a closed-loop system. Through experimental tests，the magnetometer range is ±60 000 nT，the resolution is 1nT，the linearity reaches 3.3 × 10- 4，and the sensitivity temperature coefficient is 1.9 × 10- 4/℃ . Adopting the design scheme of digital fluxgate magnetometer based on ARM，the anti- interference capability of magnetometer to ambient temperature is improved. Key words: ARM；digital fluxgate sensor；PID；PWM feedback
Design a digital fluxgate sensor based on ARM
WANG Wen⁃qi1，2，3，ZHANG Rui1，2 （1. Shanghai Institute of Micro⁃System and Information Technology，Chinese Academy of Science， Shanghai 200050，China；2. Shanghai Engineering Center for Micro-Satellite，Shanghai 201203，China；
磁 通 门 磁 强 计 是 一 种 用 于 检 测 弱 磁 场 的 传 感 理的方法实现原来的模拟电路完成的功能，改善了
器，具有分辨率高，测量范围宽，可靠耐用的特点，被 磁通门磁强计的温度性能。现阶段数字式磁强计有
广泛应用在空间磁测量[1]、地磁研究[2]、地质勘探和卫 下列几种类型：采用基于 DSP 的数字式磁通门磁强