基于ARM的数字磁通门磁强计的设计-论文

简介：
本文设计了一种基于ARM处理器的数字磁通门磁强计，详细介绍了硬件电路和软件实现方法，并对测量结果进行了分析。 磁通门磁强计是一种用于检测弱磁场的传感器，具备高分辨率、宽测量范围及耐用可靠的特点，在空间磁测量、地磁研究、地质勘探以及卫星姿态控制等领域得到广泛应用。传统模拟式磁通门磁强计中的选频放大电路、相敏整流电路和积分电路容易受环境因素尤其是温度的影响，导致信号的温度灵敏度系数较高，并且非闭环设计下的线性性能较差。 为解决这些问题，数字式磁通门磁强计应运而生。其设计方案包括基于DSP、FPGA以及PIC单片机的设计方案及采用DA反馈技术实现的数字闭环系统等。本段落提出的方案是基于ARM架构微处理器的数字式磁通门磁强计设计。 ARM微处理器广泛应用于嵌入式系统，具有处理速度快、能耗低和成本效益高等特点。该设计方案利用了ARM内置的12位AD转换器将模拟信号转化为数字信号，并采用ARM控制器进行相敏检测、滤波及PID控制等操作。通过PWM输出反馈信号并与反馈电阻组成闭环控制系统，显著增强了磁强计对环境温度变化的抗干扰能力。 实验结果显示，基于该方案设计出的磁通门磁强计具有±60,000纳特斯拉（nT）量程、1纳特斯拉分辨率以及3.3×10^-4线性度等优良性能指标。其灵敏度温度系数为1.9×10^-4℃，表明了基于ARM的数字式设计在实际应用中的优越表现。 相比传统模拟式磁强计，新型数字设备不仅提升了对环境温度变化的适应能力，而且通过采用数字化处理方式提高了信号处理灵活性和精度。由于数字信号传输不易受到干扰影响，在复杂环境下测量更加可靠。此外，快速的数据采集、处理与输出功能使ARM微控制器成为实时反馈控制的理想选择。 在开发基于ARM架构的磁强计过程中，除了注重硬件电路设计外还需优化软件算法以提升性能表现。例如相敏检测和PID调节等关键环节需根据具体应用需求进行调整优化。此外还须考虑功耗管理、电磁兼容性以及极端环境适应能力等问题。 综上所述，基于ARM架构的数字式磁通门磁强计在提高测量精度与稳定性方面取得了显著进展，并有望在未来更广泛的领域内得到广泛应用。随着计算机技术的发展进步，此类设备将为磁场检测带来更多的创新可能。