专利名称：一种基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统的制作方法
技术领域：
本实用 新型涉及磁场测量领域，尤其涉及的是一种基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统。
背景技术：
电子指南针在各种现代产品中已经有广泛地使用。具体地讲，在多种运输工具(如船舶、飞机和汽车)中，已经采用电子指南针作为确定运输工具的行驶方向的工具。此外，在能够自主地到处行进的移动机器人中，也已经采用电子指南针作为确定移动机器人的行进方向的工具。电子指南针通过使用绝对坐标系统测量关于地球正北方向的倾角作为绝对方位角，在所述绝对坐标系统中，地球正北方向被看作一个轴。由于地球存在微弱磁�。虼说缱又改险肟芍葱蟹较虿饬�。因而电子指南针的性能的要求很高，而现有的用于电子指南针的测量系统磁场精度、稳定性和均勻性不够，而对于能达到要求的系统的成本很高。因此，现有技术还有待于改进和发展。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，旨在解决现有磁场测量系统的磁场精度、稳定性和均勻性不够的问题。本实用新型的技术方案如下一种基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其中，包括主控制板、LCD显示�？�、电流控制�？椤⒑ツ坊舸畔呷�、外部光电隔离�？�、按键输入和 LED状态指示�？椋鲋骺刂瓢灏ㄎ⒋砥鳌CD驱动�？�、数模转换输出模块、存储器、专用输入输出接口和通用输出接口，所述LCD驱动�？椤⑹Ｗ皇涑瞿？�、存储器、专用输入输出接口和通用输出接口均连接至所述微处理器；所述LCD显示模块连接所述主控制板的LCD驱动�？椋凰霭醇淙牒蚅ED状态指示�？榱铀鲎ㄓ檬淙胧涑鼋涌� ；所述电流控制�？榱铀鍪Ｗ皇涑瞿？椋龊ツ坊舸畔呷α铀龅缌骺刂颇？椋� 所述外部光电隔离模块连接所述通用输出接口。所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其中，所述主控制板还包括USB通信模块，所述USB通信�？榱铀鑫⒋砥鳎鱿低郴拱ㄒ簧衔换錾衔换铀鲋骺刂瓢宓腢SB通信�？�。所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其中，所述电流控制�？榘ㄔ怂惴糯笃骱凸β试怂惴糯笃髯槌傻暮懔骺刂频缏罚凰鲈怂惴糯笃鞯姆聪嗍淙攵司谝坏缱枇又敛慰嫉缪梗凰鲈怂惴糯笃鞯耐嗍淙攵朔直鹁诙缱枇又潦淙氲缪购途谌缱杞拥兀凰鲈怂惴糯笃魇涑鐾ü谒牡缱璺蠢』厮鲈怂惴糯笃鞯姆聪嗍淙攵耍凰龉β试怂惴糯笃骶谖宓缱枇又了鲈怂惴糯笃鞯氖涑龆耍凰龉β试怂惴糯笃鞯姆聪嗍淙攵送ü拥牡诹缱韬偷谝坏缛萁拥兀凰龉β试怂惴糯笃鞯耐嗍淙攵私拥兀凰龉β试怂惴糯笃鞯氖涑龆肆铀龊ツ坊舸畔呷Φ氖淙攵耍⑼ü拥牡谄叩缱韬偷诙缛萁拥兀凰龊ツ坊舸畔呷Φ氖涑龆瞬⒘拥诎说缱韬偷诰诺缱瑁龅诎说缱枇又了龉β试怂惴糯笃鞯姆聪嗍淙攵耍龅诰诺缱杞拥�。所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其中，所述亥姆霍磁线圈为一维亥姆霍磁线圈。所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其中，所述一维亥姆霍磁磁线圈设置有两个。所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其中，所述一维亥姆霍磁磁线圈采用内径300mm，0.5 Imm2漆包线绕215圈制成。所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其中，所述外部光电隔离�？樯柚糜�4路。所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其中，所述存储器为铁电存储器。所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其中，所述数模转换输出�？榈奈皇�14位。所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其中，所述第九电阻为电流采样电阻， 该电阻为1欧2瓦，且温漂为50ppm的金属氧化膜电阻。本实用新型的有益效果本实用新型通过采用电流控制�？槎院ツ坊舸畔呷锌刂疲糜诘缱又改险氲牟饬渴迪至吮徊舛韵蠖源懦「呔龋呶榷ㄐ裕鶆蛐砸约按懦》较虻淖远谢灰�。
图1是本实用新型提供的系统的原理框图。图2是电流控制�？榈木咛迨凳├缏方峁雇肌�
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。从图1的原理框图可以看出，本实用新型提供的磁场测量系统包括主控制板、 LCD显示�？�、电流控制�？�、一维亥姆霍磁线圈、外部光电隔离�？�、上位机、按键输入和 LED状态指示模块。所述主控制板包括微处理器MCU、USB通信�？�、IXD驱动模块、数模转换输出�？�、铁电存储器、专用输入输出接口和通用输出接口，所述USB通信�？�、IXD驱动�？�、数模转换输出�？�、铁电存储器、专用输入输出接口和通用输出接口均连接至所述微处理器MCU。所述上位机连接所述主控制板的USB通信�？椋凰鯨CD显示�？榱铀鲋骺刂瓢宓腖CD驱动�？椋凰霭醇淙牒蚅ED状态指示�？榱铀鲎ㄓ檬淙胧涑鼋涌� ； 所述电流控制�？榱铀鍪Ｗ皇涑瞿？椋鲆晃ツ坊舸畔呷α铀龅缌骺刂颇？椋凰鐾獠抗獾绺衾肽？榱铀鐾ㄓ檬涑鼋涌�。所述维亥姆霍磁线圈设置有两个，所述外部光电隔离�？樯柚梦�4路。所述主控制板是系统的核心部分，实现对外围�？榈目刂朴胪ㄐ牛鲋骺刂瓢宓� MCU选用型号为C8051F340的芯片，所述USB通信�？椴捎眯秃盼狥T232RL的芯片实现，所述IXD驱动模块采用SN74AHC245实现，所述通用数字输出口(I/O 口)采用74HC595D串并转换集成芯片实现，参数保存采用铁电存储器FM24CL04完成，所述数模转换输出�？椴捎眯秃盼狝D5645RBRUZ的芯片实现，其位数为14-bit。所述IXD显示�？椴捎�2行X 16字符，所述按键输入和LED状态指示�？榘�6 个LED状态指示，5个按键实现模式切换，参数设置和参数标定功能。所述外部光电隔离模块的触点输出采用NEC固态继电器PS7206实现。所述电流控制�？槭潜臼涤眯滦吞峁┑南低车墓丶？椋洳捎霉β试朔�0PA544实现。所述一维亥姆霍磁线圈采用内径<2 300mm, 0.51mm2漆包线绕215圈制成。本实用新型中所述外部光电隔离模块设置有四路输出，所述一维亥姆霍磁线圈设置有两个。其中5个按键分别为“RETURN”键、“SET”键、“UP”键、 “DOWN” 键禾口 “MODE” 键。经过实验本实用新型提供的亥姆霍磁线圈磁场测量系统的磁场强度范围为 0 1800mgs ；磁场精度为士 Imgs ；磁场稳定性为士5mgs/24小时；磁场稳定时间为3秒
钟。 所述磁场测量系统的控制流程包括自动模式和手动模式，其中所述自动模式为 系统上电初始化后，进入联网状态可进行在线通信，此时系统可根据上位机发出的指令进行相应的操作；所述手动模式为按下设备上的“RETURN”键3S进行解锁，待解锁完成后，设备将进入了手动模式，此时可进行快捷模式和普通模式选择。若要退出手动模式，则再次按下设备上的“RETURN “键，此时设备就会退出手动模式，进入自动模式。所述手动模式包括快捷模式和普通模式，其中所述快捷模式为按下设备上的 “SET”键，将进入快捷模式，在快捷模式下，按下设备上的“RETURN”键可对光源开关进行控制，按下设备上的“UP”键对N极磁场的开关进行控制，按下“DOWN”键对S极磁场的开关进行控制，若要退出快捷模式，则再次按“SET”键，此时将会退出快捷模式，退回到解锁状态。所述普通模式为按下“MODE”键，进入普通模式，在普通模式下，连续按下“MODE”键， 可以进行模式选择，通常有5种模式继电器输出控制(Relay OUTPUT), N极磁场控制(N Magnetic Field)，S 极磁场控制(S Magnetic Field)，光源控制(Brightness)，标定控制 (Calibration).然后通过按下“UP”键，磁场值增大，按下“DOWN”键，磁场值减小。此模式下按下“RETURN”键，退回到解锁状态。其中，所述磁场标定模式(Calibration)为通过按下“MODE”键选择 “Calibration”，然后按下“SET”键，进入标定模式。在标定模式下，又分为照度值标定，N极磁场值标定，S极磁场值标定，标定完成后，按下“RETURN”键返回上层模式。N极磁场值标定在N极磁场值标定里，有三组数据需要标定，由于地磁场的存在(大约为200 ^270mGS, 不同地点有差异)，所以标定值分别为300mGS，900mGS，1800mGS。通过SET键来选择相应的标定值，然后观察GS高斯表上的值，比较GS表的值与设备的设定值，按“UP”键和“DOWN”键进行调节，按“UP”键，磁场值增大，按“DOWN”键，磁场值减�。钡搅礁鲋迪嗤聪隆癝ET” 键进行保存。S极磁场值标定类似，只是标定值有点不同，分别为0，900mGS，ISOOmGS0所述继电器输出控制(Relay OUTPUT)为通过按下“MODE”键选择“Relay OUTPUT”，按下“SET”键进入继电器输出控制模式，然后通过按“MODE”键来对“DIALOG MODE”，"USB", "ACC DET"ACC ID”，“LIGHT”，“SOUTH”，“NORTH” 进行选择确定，然后按下 “SET”键进行相应控制的开关。此模式下，按下“RETURN”键返回上层模式。[0031]因为所述电流控制�？槭潜臼涤眯滦吞峁┑南低车墓丶？椋员臼涤眯滦吞峁┮恢值缌骺刂颇？榫咛宓暮懔骺刂圃恚渚咛宓缏方峁乖砣缤�2所示。其由运算放大器0P07D组成差动放大电路，构成减法器，并由功率运算放大器0PA544组成恒流控制电路。所述运算放大器0P07D的反相输入端经过第一电阻R2连接至参考电压Vref，本实施例中Vref为2. 5V ；其同相输入端分别经第二电阻R3连接值输入电压Vin，所述输入电压为0-5V ；还经第三电阻R7接地；所述运算放大器0P07D输出通过第四电阻R6反馈回其反相输入端。
所述功率运算放大器0PA544经第五电阻RlO连接至所述运算放大器0P07D的输出端；所述功率运算放大器0PA544的反相输入端通过串联连接的第六电阻R14和第一电容 C24接地；所述功率运算放大器0PA544的同相输入端接地；所述功率运算放大器0PA544的输出端连接所述亥姆霍磁线圈的输入端，并通过串联连接的第七电阻R16和第二电容C3接地；所述亥姆霍磁线圈的输出端并联连接第八电阻R12和第九电阻R18，所述第八电阻R12 连接至所述功率运算放大器0PA544的反相输入端，所述第九电阻R18接地。所述第九电阻 R18为电流采样电阻，该电阻采用1欧2瓦，且温漂为50ppm的金属氧化膜电阻。由运算放大器0P07D组成差动放大电路的输出Voutl的计算公式如下Voutl=Kl (Vin -Vref),其中，K1=R6/R2=R7/R3=1。该差动放大电路构成一个减法器，其使输入电压Vin从(T5V转化为_2. 5V +2. 5V输出。由0PA544功率运放组成恒流控制电路的反相输入端连接运算放大器0P07D的输出端，同相输入端接地。该功率运放的输出Vout2的计算公式推导如下Voutl/R10 = _Vout2/R12 ------------------------(1)I = -K2* Voutl其中，Κ2= R12/R10/R18 = 0.638，I ^ Il--------------------------(2)I = -K2*Kl(Vin - Vref) = -0. 638 (Vin - 2.5) -------------(3)根据(3)式得出输入电压(T5V可控制1. 595 -1. 595A电流输出，从而达到控制磁场强度的目的，因为在线圈匝数及绕线半径确定的情况下，磁场强度与通过线圈的电流I 成正比，电流方向控制磁场S极和N极的切换，同时需考虑地磁场的影响。本实用新型实施例给出的是一维亥姆霍磁线圈产生的磁�。么嗽砜筛慕杓瞥扇ツ坊舸畔呷Σ拇懦〔饬肯低�。本实用新型提供的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统具体用在电子指南针的测量。系统实现了被测对象对磁场高精度，高稳定性，均勻性以及磁场方向的自动切换要求。 且系统的生产的成本很低。应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
权利要求1.一种基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其特征在于，包括主控制板、IXD显示模块、电流控制�？�、亥姆霍磁线圈、外部光电隔离�？�、按键输入和LED状态指示�？椋鲋骺刂瓢灏ㄎ⒋砥鳌XD驱动模块、数模转换输出�？�、存储器、专用输入输出接口和通用输出接口，所述LCD驱动模块、数模转换输出�？�、存储器、专用输入输出接口和通用输出接口均连接至所述微处理器；所述LCD显示�？榱铀鲋骺刂瓢宓腖CD驱动�？椋凰霭醇淙牒蚅ED状态指示�？榱铀鲎ㄓ檬淙胧涑鼋涌� ；所述电流控制�？榱铀鍪Ｗ皇涑瞿？椋龊ツ坊舸畔呷α铀龅缌骺刂颇？椋凰鐾獠抗獾绺衾肽？榱铀鐾ㄓ檬涑鼋涌�。
2.根据权利要求1所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其特征在于，所述主控制板还包括USB通信�？椋鯱SB通信�？榱铀鑫⒋砥鳎鱿低郴拱ㄒ簧衔换錾衔换铀鲋骺刂瓢宓腢SB通信�？�。
3.根据权利要求1所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其特征在于，所述电流控制�？榘ㄔ怂惴糯笃髯槌珊凸β试怂惴糯笃髯槌傻暮懔骺刂频缏罚凰鲈怂惴糯笃鞯姆聪嗍淙攵司谝坏缱枇又敛慰嫉缪梗凰鲈怂惴糯笃鞯耐嗍淙攵朔直鹁诙缱枇又凳淙氲缪购途谌缱杞拥兀凰鲈怂惴糯笃魇涑鐾ü谒牡缱璺蠢』厮鲈怂惴糯笃鞯姆聪嗍淙攵耍凰龉β试怂惴糯笃骶谖宓缱枇又了鲈怂惴糯笃鞯氖涑龆耍凰龉β试怂惴糯笃鞯姆聪嗍淙攵送ü拥牡诹缱韬偷谝坏缛萁拥兀凰龉β试怂惴糯笃鞯耐嗍淙攵私拥兀凰龉β试怂惴糯笃鞯氖涑龆肆铀龊ツ坊舸畔呷Φ氖淙攵耍⑼ü拥牡谄叩缱韬偷诙缛萁拥兀凰龊ツ坊舸畔呷Φ氖涑龆瞬⒘拥诎说缱韬偷诰诺缱瑁龅诎说缱枇又了龉β试怂惴糯笃鞯姆聪嗍淙攵耍龅诰诺缱杞拥亍�
4.根据权利要求1所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其特征在于，所述亥姆霍磁线圈为一维亥姆霍磁线圈。
5.根据权利要求4所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其特征在于，所述一维亥姆霍磁线圈设置有两个。
6.根据权利要求5所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其特征在于，所述一维亥姆霍磁线圈采用内径300mm，0. 51mm2漆包线绕215圈制成。
7.根据权利要求1所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其特征在于，所述外部光电隔离�？樯柚糜�4路。
8.根据权利要求1所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其特征在于，所述存储器为铁电存储器。
9.根据权利要求1所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其特征在于，所述数模转换输出�？榈奈皇�14位。
10.根据权利要求3所述的基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其特征在于，所述第九电阻为电流采样电阻，该电阻为1欧姆2瓦，且温漂50ppm的金属氧化膜电阻。
专利摘要本实用新型公开了一种基于亥姆霍磁线圈的磁场测量系统，其包括主控制板、LCD显示�？�、电流控制�？�、亥姆霍磁线圈、外部光电隔离�？�、按键输入和LED状态指示�？椋弥骺刂瓢灏ㄎ⒋砥�、LCD驱动�？�、数模转换输出�？�、存储器、专用输入输出接口和通用输出接口，所述LCD驱动�？椤⑹Ｗ皇涑瞿？�、存储器、专用和通用输出接口均连接至微处理器；LCD显示�？榱又骺刂瓢宓腖CD驱动�？椋话醇淙牒蚅ED状态指示�？榱幼ㄓ檬淙胧涑鼋涌冢坏缌骺刂颇？榱邮Ｗ皇涑瞿？椋ツ坊舸畔呷α拥缌骺刂颇？椋凰鐾獠抗獾绺衾肽？榱铀鐾ㄓ檬涑鼋涌�。采用本实用新型可实现被测对象对磁场高精度，高稳定性，均匀性以及磁场方向的自动切换要求。
文档编号G01C17/32GK202057335SQ201120054158
公开日2011年11月30日 申请日期2011年3月3日 优先权日2011年3月3日
发明者丁昭继 申请人:科瑞自动化技术(深圳)有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
