基于嵌入式Linux的磁場測量系統(tǒng)

2 磁場測量系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
磁場測量系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)上采用ARM9作為控制器，與信號放大、整流濾波、程控放大等硬件構(gòu)成了整個磁場測量系統(tǒng)。而且，測量系統(tǒng)還搭配了USB、RS232、以太網(wǎng)通信接口，系統(tǒng)通訊能力強，可實現(xiàn)網(wǎng)絡連網(wǎng)功能。其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

?ARM9嵌入式處理器采用三星公司的$3C2410。S3C2410是基于ARM920T內(nèi)核的16／32位RISC嵌入式微處理器，主要面向手持設備以及高性價比，低功耗的應用。它采用5級流水線和全性能的MMU，同時該芯片集成了大量的功能擴展單元，例如LCD控制器、I2C總線、觸摸屏接口、USB接口等。強大的芯片功能簡化了系統(tǒng)設計，不但縮小了系統(tǒng)體積，而且提高了系統(tǒng)的可靠性。
?USB、RS232和以太網(wǎng)接口可為系統(tǒng)提供不同的通信方式，適合不同測量環(huán)境和條件，以太網(wǎng)接口還可實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)功能。
?在磁場測量系統(tǒng)中，可使用觸摸屏簡便地對系統(tǒng)進行控制，實現(xiàn)不同顯示方式切換、參數(shù)設置和測量數(shù)據(jù)保存等功能。
?磁場測量電壓信號部分，由磁場傳感器得到微弱的電壓信號，經(jīng)放大整流等措施后輸入控制系統(tǒng)。
?報警輸出可實現(xiàn)用戶自設定報警的上下限值，方便用戶測量現(xiàn)場的監(jiān)控。

3 磁場測量系統(tǒng)前端信號處理模塊
磁場測量系統(tǒng)前端傳感器采用的測量方法為電磁感應法。電磁感應法是將測量線圈置入交變磁場中，根據(jù)法拉第電磁感應定律在線圈的引線間會產(chǎn)生感應電動勢，并且感應電動勢的大小與穿過線圈的磁通量的大小成正比。感應電動勢e為：

測量系統(tǒng)前端信號處理模塊的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

(1)為了實現(xiàn)多路磁場傳感器的信號輸入，設計中采用片選芯片74HCl5進行通道的選擇。通過對74HCl53控制端S0，Sl輸入不同的數(shù)據(jù)組合(00，1O，0l，11)，輸出端lY和2Y就可實現(xiàn)不同輸入通道的選擇。
(2)在整個系統(tǒng)的電路設計中，前置放大電路的主要作用是將傳感器輸出的、和磁場強度成正比的微弱電壓信號放大。根據(jù)其要求，設計的前置放大電路采用了差動放大的方式，電路如圖3所示。它具有高共模抑制比、輸入阻抗高、輸出阻抗低、失調(diào)小、溫漂小、線性好等優(yōu)點。

(3)磁場測量系統(tǒng)對不同的測量對象進行測量時，磁場傳感器的感應強度都會不同。要實現(xiàn)不同測量對象自適應量程的切換，必須設計一個放大倍數(shù)可調(diào)的模塊，而且放大倍數(shù)的范圍應較廣。現(xiàn)采用BURR-BROWN公司的PGA202／203程控儀表放大器，該芯片無需外圍芯片，而且PGA202與PGA203經(jīng)級聯(lián)可組成從l~8000倍的16種程控增益。放大范圍可滿足系統(tǒng)的需要。
(4)因磁場檢測時會受到環(huán)境中其它外部磁場的干擾而輸出偏移電壓，所以在電路設計中設有自動調(diào)零電路，在每次儀器使用前進行自動校準。實現(xiàn)方法是在輸入端增加一個開關(guān)，校準時輸入直接接地，測量時輸入接傳感器。主控制器將接地時的輸出記錄在數(shù)據(jù)區(qū)中，并將此輸出作為零點而實現(xiàn)自動調(diào)零。
(5)該儀器檢測的是交變磁場，所以對磁場的頻率檢測是必需的。實現(xiàn)方法是將磁場檢測信號通過一個過零比較器變成方波，方波經(jīng)過二極管將正電壓部分送至單片機的輸入捕捉引腳進行頻率檢測。