弱磁场检测设计　

率的A/D变换结果;R5越大，电容充满电荷的时间越长，A/D变化的分辨率越高。但必须考虑数据变换的时间，不能长于16位计数器计满数据所需的时间。89C2051内部计数器是16位，占用时钟65535个脉冲，积分所需最大时间是65535/24MHz =0.00273s(2051的时钟晶振用24MHz)。这就是一次积分的最长时间。也决定了积分电容的充电时间不能长于0.00273s，否则高电平数值将不能被A/D变换。

电路积分从内部计数器计数开始，单片机P1.2脚输出低电平，三极管Q2截止、Q1导通，LM317L开始恒流工作，恒流电流大小由1.25V/R5决定，电容C5开始充电，此时积分电容上电压送单片机内部比较器同相端P1.0脚，需要A/D变化信号，送单片机内部比较器反相输入端P1.1脚，当电容C5上电压上升超过被积分信号电压时，比较器输出翻转，此时内部计数器停止计数，数据内部处理，同时控制P1.2输出高电平，此时Q1截止，Q2导通，电容C5通过Q2放电。完成一次A/D变换。

A/D数据经过量化、定标，再经过数字滤波，结束一次数据采集。

在单片机里进行模糊运算和自适应运算，测量时把相邻两次相同(或近似)数据舍去，只留下有变化的数据，每次数据与上两次比较，处于数据拐点的数据保留，处于两拐点之间的数据舍去，结果只留拐点数据，减小数据存储量。

为了数据保存和处理的方便，通过单片机89C2051的P3.0、P3.1口与上位计算机的USB口进行数据交换。

6 A/D变换精度分析

单片机内部计数器是16位，数据量是216-1=65535，工作电压是5V，那么，A/D变换的精度是5V/65535=7.63e^-5V，约76μV，这是计数器在最大电压为5V时，计数器每一个时钟代表的数据最小值;如果AD620放大倍数是500倍(由电阻R1决定)，加上CS3503在AD620两个输入端是反相并联之和，AD620放大倍数总共1000倍，折合到AD620输入端电平76μV/1000 =0.076μV，CS3503输入磁场强度0.000076(mV)/17.5 (mV/mT)=0.0000043(mT)，是4.3纳特。17.5 mV/mT是CS3503灵敏度的中值。这是本电路的磁感应强度的理论灵敏度，由于4.3纳特磁场能引起CS3503的电压是76纳伏，信号电平已经淹没在噪声里，提示我们要提高电路的实际灵敏度，必须降低电路和环境的噪声，磁场测试电路的最终灵敏度，取决于电路和环境的噪声，采取措施包括低噪声放大器、屏蔽干扰磁场、甚至采用电池供电，都是降低电路噪声和环境噪声的方法之一。

本电路使用时，要注意周围磁场的变化对测试结果的影响，周围不能有各种磁性物质。

7 ICL7107显示电路

对于精度要求不高的场合，还可以使用ICL7107显示电路。ICL7107是三位半数字电压表显示驱动电路，具有高性能、低功耗的特点，含有A/D变换、显示驱动、参考源时钟和7段译码器。使用ICL7107作为显示的基本电路，可以随时显示磁场信号的变化，AD620信号处理以后，参考北京地磁强度，可以将显示调为46.9μT ，那么数字显示的分辨率就是100nT。显示灵敏度低于16位A/D变换结果。但采用ICL7107显示有方便、直观、易于调整的优点。

8 ICL7107电路调试方法

接好电路，调整方位到AD620的6脚输出最小值(CS3503标志面东西方向)，调整图6的电位器RP1,使数码管显示为零，然后调整方向使AD620的3脚所接CS3503标志面对着北方，调整方向到AD620的6脚输出最大值，调整图6的RP2，使数码管显示本地地磁场大小。ICL7107的输入电平不能大于200mV,本电路放大1000倍，结果已经超出200mV，需要1:10的分压电路，给大信号显示留出余地。

9 结束语

弱磁检测可以用于车辆检测等地方，也可以检测金属物体的移动。本电路灵敏度较高，使用中避免环境磁场对磁场信号的影响。

参考文献:

[1] 童诗白.模拟电子技术基础[M].人民教育出版社，1980.

[2] 阎石.数字电子技术基础[M].高等教育出版社,2008.

[3] 张巍山.电工基础[M].中国电力出版社出,2010.

[4] 焦其祥.电磁场理论[M].邮电出版社,2005.

[5] 谢处方,饶克谨.电磁场与电磁波第四版[M].高等教育出版社,2006.

[6] AD公司产品介绍.磁场传感器.http://www.analog.com/cn/products/sensors/magnetic-field-sensors.html

本文来源于中国科技核心期刊《电子产品世界》2016年第8期第53页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。