磁阻傳感器的電路設計以及工作原理
閱讀：2011發布時間：2008-07-09
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煙臺勾股通信技術有限公司
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本文的課題背景是一個機器人玩具的控制系統設計，主芯片采用的是以摩特羅拉公司的MC86EZ328芯片，只完成與通信、運算等有關的主要操作，在沒有操作時，由運行于其上的操作系統uClinux來維護。對于所有與EZ328的核心運算、控制、通信、操作無關的外圍設備的維護和控制都通過一塊AT89C52來完成，它與EZ328的底層通信協議為同步串口協議（SPI），在AT89C52中由軟件來實現。C52包含的部件主要是A/D轉換器，鍵盤接口，電機驅動模塊。硬件結構電路圖如下圖1：
圖1
1.1 磁阻傳感器工作原理
HMC的輸出電壓為磁場強度為0時傳感器的輸出。所以當U0為0時， Uout正比于磁場強度B。如圖4，假設機器人處于水平面上，X為機器人行進方向，Y為水平面上垂直X的方向向右（即X順時針轉90），地里北極方向和地磁北極方向如圖所示。H為地磁場，Hx、Hy分別是H在X、Y方向的水平分量， β為機器人行進方向和地磁北極方向的夾角， γ為地磁北極和地理北極方向的夾角，K就是機器人行進方向與地理北極方向之間的夾角，也就是我們zui終要求的角度。（此處的β、γ、 K都是由前者出發順時針到達后者的角度）由圖可明顯看出，K= β-γ。而在地球上不同方位的γ可查表得出，所以關鍵就是求得 。由磁阻傳感器可以得出Hx、Hy，（此處忽略了機器人在Z軸方向的傾斜，所以二維傳感器就夠用了），。
圖2
1.2 磁阻傳感器信號采集模塊電路設計
從HMC1022輸出的電壓信號非常微弱，我的測試是0到3mv（具體每個芯片的輸出不是*一致）,需要經過放大器的放大，放大器選用的是AN622,放大倍數選定為600倍，這種放大器可以加上一個2.5v的偏置電壓，所以輸出到A/D的電壓為2.5v+（0～3mv）＊600,兩路采集到的電壓信號經過放大后連接到ADC0832。ADC0832是個兩通道8位精度的逐次逼近式模數轉換芯片，通過一個串行的I/O口DI輸入一個MUX ADDRESS序列，來配置A/D成差分方式并選擇哪一路通道的信號。2051通過一路I/O來串行讀入轉換后的數值。
用max662a作為RST/SET部分的恒壓源，電路的工作原理及流程如下：
1. 由2051的14端（P1.7）輸出高電平，SR電路set功能選通
2. 通過2051 P1各相應端子控制ADC0832，完成一次A/D轉換，記下此次讀入的電壓值Vset 。
3. 2051的P1.7輸出低電平，SR電路reset功能選通
4. 通過2051 P1各相應端子控制AD0832，完成一次A/D轉換，記下此次讀入的電壓值Vrst
5. 求出1022的輸出偏置電壓V0=（Vset+Vrst）/2。
6. 通過2051控制AD0832完成A/D轉換，將每一次讀入的值Vrst減去V0就得到計算需要用的電壓Vread=Vrst-V0;（包括兩個軸方向的電壓Vready、Vreadx）
7. 求得
8. K=β-γ, goto 6
經過2051處理后得出的數值，在時鐘的配合下用一個I/O口模擬PWM輸出，傳給C52單片機。
整個電路設計作為機器人玩具的可加載模塊，在實際使用中的效果很好，對方向的分辯率*在5度以內，從性價比來看，這種電路設計是比較成功的設計。
