磁场测量仪的设计与实现
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电子测量
磁 场 测 量仪 的设 计 与 实 现
作者 ／吕晓蕊，武汉铁路职业技术学院 ；唐正 ，湖北交通职业技术 学院
文章摘要 ：本文设计并制作了一款基于ＣＳ３５０３霍尔传感器和单片机开发板的磁场 测量仪 。该仪器 既具有实用意义 ，可 以用其进行低频电磁场测量；又具有 实 验价值 ，在此产品基础上，学生换用其他 的传 感器 ，进行相应地软硬件设计，可实现其他物理量的测量。 关键词 ：ＣＳ３５０３ 磁场测量 ；单片机 ；上位机
处 理 后 ，通 过 单 片 机 开 发板 的 ＳＰｌ口送 入 ＭＣＵ。 ＭＣＵ 中 经 过 运 算 处 理 后 ，送 给 ＬＣＤ显 示 出 测 量 值 。 使 用 者 可 通 过 不 同 的 按 键 进 行 校准、清屏以及显示测试结 果。硬件 系统框 图见图 ｌ所示。 ■ ２单片机软件
单 片 机 程 序 用 于 实 现 对 测 量 值 的 采 集 、 处 理 、 显 示 以及 对 按 键 的 处 理 ，采 用 Ｃ语 言 编 程 ， 分 为 主 函 数 ， 键 盘 扫 描 函 数 ，ＬＣＤ 写 入 函 数 ，ＳＰＩ读 写 函 数 等。 流 程 图见 图 ２。 ■ ３上位机软件
利 用 上 位 机 软 件 在 上 位 机 上 面 进 行 测 试 操 作 ， 实 现 对 场 强 仪 的校准、清屏、测试及显示测量结果。上位 机使用 的前提是在作为 上位机 的计算机上面安装 ＵＳＢ转串口的驱动程序 ，用 ＵＳＢ线将场 强仪与计算机连接。上位机界面如图 ３所示。
整 机图 如 图 ４所 示 ，经 过 对 具有 磁性 的 物质 进 行 测试 ，能 较准确 地显示 出测量结 果。 目前 的设计中传 感器部 分采用 了 ｌ片 ＣＳ３５０３，ＣＳ３５０３是一个单轴传感器。在某些应用场合 ，需要研究 磁场的空间分布规律源自文库，不但要测量磁 场的大小还要测量 出磁场的方 向，因此 ，要求磁场测量仪 器或传 感器能够 进行较好的三维磁场的 点测量 ，即传感器必须是三维的，因此，未来的改进产 品中，我们 可 以选择三个同类型或不同类型的传感器芯片，可组成相互正交 的 三轴 磁 场 传 感 器 【２］。
一 ． 引言
三．整机测试
磁场测量技术 已经广泛应用于地球物理 、空间技术、军事工程、 工 业、 生物 学 、 工 业 探 伤 、 医 学 、 考 古 学 等 许 多领 域 。 磁 场 测 量 常 以磁感应 强度大小来 衡量 ，测量 的方法 …主 要有核磁共 振法、 电 磁 感应 法、磁通 门法、光泵法、磁光效应法、超导量子干涉法、霍 尔效应法和磁 阻效应法。通过对比分析各种方法的测量范 围、适用 场景、成本代价 以及 实现的复杂度等特点，结合我们的设计 需求 ， 选取了基于霍尔效应法 的测量原理。
由 于 基 于 不 同 磁 场 测 量 方 法 的 传 感 器 的 量 程 和 测 量 精 度 均 不 同，为 了使得测量的范围更加广泛，提高测量精度 ，我们可 以在产 品设 计 中加 入多种传 感器 ，不 同强度 的磁 场采用 不同的传 感器进 行磁场测量。例如 ，由于磁阻传感器可用于测量较弱的磁场 ＿３】，对 于磁感应强 度在 Ｏ．６ｍｔ以内的 弱磁 场 ，可 以采用单轴磁 阻传感 器 ＨＮ１Ｃ１０５１Ｚ和双 轴传感器 ＨＮ１Ｃ１０５２搭建成 的三维磁传 感器 进
图 ｌ硬 件 系统 框 图 ４４ Ｉ电子制作 ２０１６年 １月
图 ２ 软 件 流 程 图
在 基 于 霍 尔 效 应 法 的 传 感 器 芯 片 中 ，选 取 了 几 种 型 号 进 行 测 试 对 比 ，最 终 选 定 了 ＣＳ３５０３线性 霍 尔 电路 。
＝ ．设计方案
● １硬 件 框 图 ＣＳ３５０３采 集 的 信 号 经 过 调 整 、 放 大 电路 ， 通 过 高 精 度 ＡＤＣ
磁 场 测 量仪 的设 计 与 实 现
作者 ／吕晓蕊，武汉铁路职业技术学院 ；唐正 ，湖北交通职业技术 学院
文章摘要 ：本文设计并制作了一款基于ＣＳ３５０３霍尔传感器和单片机开发板的磁场 测量仪 。该仪器 既具有实用意义 ，可 以用其进行低频电磁场测量；又具有 实 验价值 ，在此产品基础上，学生换用其他 的传 感器 ，进行相应地软硬件设计，可实现其他物理量的测量。 关键词 ：ＣＳ３５０３ 磁场测量 ；单片机 ；上位机
处 理 后 ，通 过 单 片 机 开 发板 的 ＳＰｌ口送 入 ＭＣＵ。 ＭＣＵ 中 经 过 运 算 处 理 后 ，送 给 ＬＣＤ显 示 出 测 量 值 。 使 用 者 可 通 过 不 同 的 按 键 进 行 校准、清屏以及显示测试结 果。硬件 系统框 图见图 ｌ所示。 ■ ２单片机软件
单 片 机 程 序 用 于 实 现 对 测 量 值 的 采 集 、 处 理 、 显 示 以及 对 按 键 的 处 理 ，采 用 Ｃ语 言 编 程 ， 分 为 主 函 数 ， 键 盘 扫 描 函 数 ，ＬＣＤ 写 入 函 数 ，ＳＰＩ读 写 函 数 等。 流 程 图见 图 ２。 ■ ３上位机软件
利 用 上 位 机 软 件 在 上 位 机 上 面 进 行 测 试 操 作 ， 实 现 对 场 强 仪 的校准、清屏、测试及显示测量结果。上位 机使用 的前提是在作为 上位机 的计算机上面安装 ＵＳＢ转串口的驱动程序 ，用 ＵＳＢ线将场 强仪与计算机连接。上位机界面如图 ３所示。
整 机图 如 图 ４所 示 ，经 过 对 具有 磁性 的 物质 进 行 测试 ，能 较准确 地显示 出测量结 果。 目前 的设计中传 感器部 分采用 了 ｌ片 ＣＳ３５０３，ＣＳ３５０３是一个单轴传感器。在某些应用场合 ，需要研究 磁场的空间分布规律源自文库，不但要测量磁 场的大小还要测量 出磁场的方 向，因此 ，要求磁场测量仪 器或传 感器能够 进行较好的三维磁场的 点测量 ，即传感器必须是三维的，因此，未来的改进产 品中，我们 可 以选择三个同类型或不同类型的传感器芯片，可组成相互正交 的 三轴 磁 场 传 感 器 【２］。
一 ． 引言
三．整机测试
磁场测量技术 已经广泛应用于地球物理 、空间技术、军事工程、 工 业、 生物 学 、 工 业 探 伤 、 医 学 、 考 古 学 等 许 多领 域 。 磁 场 测 量 常 以磁感应 强度大小来 衡量 ，测量 的方法 …主 要有核磁共 振法、 电 磁 感应 法、磁通 门法、光泵法、磁光效应法、超导量子干涉法、霍 尔效应法和磁 阻效应法。通过对比分析各种方法的测量范 围、适用 场景、成本代价 以及 实现的复杂度等特点，结合我们的设计 需求 ， 选取了基于霍尔效应法 的测量原理。
由 于 基 于 不 同 磁 场 测 量 方 法 的 传 感 器 的 量 程 和 测 量 精 度 均 不 同，为 了使得测量的范围更加广泛，提高测量精度 ，我们可 以在产 品设 计 中加 入多种传 感器 ，不 同强度 的磁 场采用 不同的传 感器进 行磁场测量。例如 ，由于磁阻传感器可用于测量较弱的磁场 ＿３】，对 于磁感应强 度在 Ｏ．６ｍｔ以内的 弱磁 场 ，可 以采用单轴磁 阻传感 器 ＨＮ１Ｃ１０５１Ｚ和双 轴传感器 ＨＮ１Ｃ１０５２搭建成 的三维磁传 感器 进
图 ｌ硬 件 系统 框 图 ４４ Ｉ电子制作 ２０１６年 １月
图 ２ 软 件 流 程 图
在 基 于 霍 尔 效 应 法 的 传 感 器 芯 片 中 ，选 取 了 几 种 型 号 进 行 测 试 对 比 ，最 终 选 定 了 ＣＳ３５０３线性 霍 尔 电路 。
＝ ．设计方案
● １硬 件 框 图 ＣＳ３５０３采 集 的 信 号 经 过 调 整 、 放 大 电路 ， 通 过 高 精 度 ＡＤＣ