Современная электроника №2/2020

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 52 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2020 Магнитометр на модуле UART-USB Рис. 1. Функциональная схема магнитометра Рис. 2. Принципиальная схема магнитометра В статье приводятся описание схемы и конструкция устройства для измерения величины постоянного магнитного поля. Основное отличие прибора от существующих прототипов [1] заключается в использовании модуля UART-USB [2], что уменьшает затраты на автоматизацию и визуализацию измерений. Регистрацию магнитного поля выполняет датчик Холла типа SS49, аналоговый сигнал которого после цифрового преобразования передаётся в компьютер. Андрей Шабронов (shabronov@ngs.ru ) В ВЕДЕНИЕ Магнитометры, представляющие собой приборы для измерения харак- теристик магнитного поля, находят применение для решения различных задач, в том числе: в системах контро- ля магнитных изделий, регистрации сильных токов и магнитных полей, в учебной и научной практике. Одним из вариантов построения магнитометра является использование датчика Холла. При наличии магнитного поля датчик Холла SS49 изменяет среднее исходное выходное напряжение (+2,5 В) в сто- рону увеличения или уменьшения в зависимости от направления поля [3]. Чем сильнее магнитное поле, тем силь- нее отклонение от среднего значения. На рисунке 1 представлена функцио- нальная схема предлагаемого магни- тометра. Генератор, управляемый напряже- нием (ГУН), преобразует амплитуд- ное аналоговое изменение сигнала датчика в изменение частоты сигна- ла. Затем сигнал с периодом, содержа- щим информацию о магнитном поле, складывается операцией И-ИЛИ с сиг- налом постоянного периода от ком- пьютера. Таким образом, конечный сиг- нал содержит информацию о величи- не магнитного поля, значение которого можно определить, зная частоту сигна- ла передачи от компьютера. Подробно метод подобного исполь- зования И-ИЛИ описан в работе [4]. В предлагаемую конструкцию добав- лена функция перевода аналогового сигнала в цифровой с помощью ГУН. Измерение уровня магнитного поля выполняется программно посредством анализа получаемой обратной после- довательности блока передаваемого сигнала. Блок «Управление» синхро- низирует работу ГУН с последователь- ностью передачи опорного блока по линии TXD, что обеспечивает совмест- ный приём по линии RXD. Блок, передаваемый на «машинном уровне» компьютера по линии ТXD, не прерывается другими подпрограм- мами USB-интерфейса, что делает его достаточно точным по времени. Чув- ствительность датчика составляет ≈ 1 мв/Гс, динамический диапазон – до1000Гспринапряжениипитания5В. Для выбранной средней частоты ГУН 10 кГц и частоты опорного сигнала 200 кГц точность измерения равна 10000/200000=0,5%. Время единич- ного измерения представляет собой длительность передачи одного блока 4096(0x1000)байт,Т изм =0x1000 × 50мкс ≈ ≈ 0,2 с. Следовательно, точность изме- рения можно изменять, изменяя частоту ГУН и скорость передачи одного блока. П РИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА МАГНИТОМЕТРА Магнитометр построен на двух само- стоятельных конструктивных элемен- тах: адаптереUSB-UARTипечатнойплате со схемой, содержащей датчик магнит- ного поля, работающий на эффекте Хол- ла (типа SS49 компании Honeywell) [3], логическую микросхему с функцией И-ИЛИ 555ЛП5 (74AC86) и микросхему компаратора 1040CA1 (LM393). Принци- пиальная схема устройства представле- на на рисунке 2. Напряжение с вывода 3 датчика SS49 через резистор R2 поступает на положительный вход микросхе- мы U1.1 и управляет частотой гене- ратора, определяемой цепью R3C2. USB UART TXD RXD N S =1 XOR ГУН ss49 Управление U1 1040CA1 (LM393) U2 555ЛП5 (74АС86) V+ 8 7 1 2 3 4 5 6 4 5 1 1 1 1 3 3 2 2 2 2 3 D1 C3 C2 МН + + – – U1.1 10 н 10 н 1n5817 R5 4,3 k R4 100 k R3 100 k R1 100 k R2 100 k ss49e =1 =1 U2.2 U2.1 14 4 U1 U2 C1 1 мкФ GND GND +5 В GND RXD TXD J1 VCC

RkJQdWJsaXNoZXIy MTQ4NjUy