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基于嵌入式操作系统的磁场测量系统的

设计

基于嵌入式操作系统的磁场测量系统的设计

类别：嵌入式系统

1引言随着科技的发展，嵌入式操作系统在越来越多的领域

发挥着重要的作用，目前已成为产品技术水平的标志之一。其中Linux因为其

拥有开放性、多用户、多任务、良好的用户界面、丰富的网络功能、可靠的系

统安全和良好的可移植等特性被广泛的应用到仪器测量设备中。传统的磁

场测量设备(持斯拉计、高斯计)普遍存在精度低(典型测量精度为1．5％)、操

作不便等缺点。本文提出一种基于嵌入式Linux的中频磁场测量系统，它不但

可以满足当前磁场测量数据采集的需要，还因为其嵌入了操作系统Linux，使

具有可靠性好、升级方便的特点，既提高了磁场测量的准确性，又为仪器的功

能升级带来便利。可应用于实验室仪器，医疗仪器，姿态控制，安全检测等需

磁场检测的领域。2磁场测量系统的硬件结构磁场测量系统在硬件

结构上采用ARM9作为控制器，与信号放大、整流滤波、程控放大等硬件构成了

整个磁场测量系统。而且，测量系统还搭配了USB、RS232、以太网通信接口，

系统通讯能力强，可实现网络连网功能。其硬件结构如图1所示。·ARM9

嵌入式处理器采用三星公司的$3C2410。S3C2410是基于ARM920T内核的16／32

位RISC嵌入式微处理器，主要面向手持设备以及高性价比，低功耗的应用。它

采用5级流水线和全性能的MMU，同时该芯片集成了大量的功能扩展单元，例

如LCD控制器、I2C总线、触摸屏接口、USB接口等。强大的芯片功能简化了系

统设计，不但缩小了系统体积，而且提高了系统的可靠性。·USB、RS232

和以太网接口可为系统提供不同的通信方式，适合不同测量环境和条件，以太

网接口还可实现系统联网功能。·在磁场测量系统中，可使用触摸屏简便

地对系统进行控制，实现不同显示方式切换、参数设置和测量数据保存等功

能。·磁场测量电压信号部分，由磁场传感器得到微弱的电压信号，经放

大整流等措施后输入控制系统。·报警输出可实现用户自设定报警的上下

限值，方便用户测量现场的监控。3磁场测量系统前端信号处理模块

磁场测量系统前端传感器采用的测量方法为电磁感应法。电磁感应法是将测量

线圈置入交变磁场中，根据法拉第电磁感应定律在线圈的引线间会产生感应电

动势，并且感应电动势的大小与穿过线圈的磁通量的大小成正比。感应电动势

e为：测量系统前端信号处理模块的结构如图2所示。(1)为了实现

多路磁场传感器的信号输入，设计中采用片选芯片74HCl5进行通道的选择。通

过对74HCl53控制端S0，Sl输入不同的数据组合(00，10，0l，11)，输出端

lY和2Y就可实现不同输入通道的选择。(2)在整个系统的电路设计中，

前置放大电路的主要作用是将传感器输出的、和磁场强度成正比的微弱电压信

号放大。根据其要求，设计的前置放大电路采用了差动放大的方式，电路如图

3所示。它具有高共模抑制比、输入阻抗高、输出阻抗低、失调小、温漂小、

线性好等优点。(3)磁场测量系统对不同的测量对象进行测量时，磁场传

感器的感应强度都会不同。要实现不同测量对象自适应量程的切换，必须设计

一个放大倍数可调的模块，而且放大倍数的范围应较广。现采用BURR-BROWN公

司的PGA202／203程控仪表放大器，该芯片无需外围芯片，而且PGA202与

PGA203经级联可组成从l~8000倍的16种程控增益。放大范围可满足系统的需

要。(4)因磁场检测时会受到环境中其它外部磁场的干扰而输出偏移电

压，所以在电路设计中设有自动调零电路，在每次仪器使用前进行自动校准。