【文章內(nèi)容簡介】 且實用于實驗室、戶外等一些相對正常的環(huán)境條件。 因 此，在當(dāng)前的實際條件下，設(shè)計出一款高性價比的磁場強度測量儀來方便各類工程技術(shù)人員以及實驗室的實踐研究顯得尤為重要，具有十分重大的實際意義和科研價值。 . 設(shè)計要求 在本次設(shè)計的主要內(nèi)容 ： 1． 了解 磁感強度檢測計 測量磁性參數(shù)原理，掌握 磁感強度檢測計 設(shè)計的基本要求。 2． 熟悉 磁感強度檢測計 功能，選擇傳感器并設(shè)計信號處理電路，用繪制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖和傳感器、信號檢測和控制單元電氣原理圖。 3． 根據(jù)工作原理，繪制軟件工作流程圖，編寫算法軟件。 4． 制作實驗室原型。 2. 系統(tǒng)架構(gòu) 本設(shè)計是基于 基于 AT89C51 的磁感強度檢測計的設(shè)計 ， 系統(tǒng)由線性霍爾傳感器、信號處理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、中央處理器（微控器）及其最小系統(tǒng)電路、液晶顯示電路、系統(tǒng)電源電路及鍵盤電路組成。在設(shè)計中，開關(guān)按下，線性霍爾傳感器開始檢測到磁感強度，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后，發(fā)送到單片機，最后在 12864 液晶顯示屏上顯示。簡易的系統(tǒng)方框圖如圖 5 所示。 單 片 機 系統(tǒng)電源電路 霍爾傳感器 信號處理 信號處理 A/D轉(zhuǎn)換 顯示電路 按鍵及最小系統(tǒng) 圖 5：系統(tǒng)方框圖 . 系統(tǒng)運行概述 本實驗采用線性霍爾傳感器檢測磁場強度，電路采用 AT89C51 的 P0 口讀取外部 AD 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 第 8 路（來自霍爾傳感器的數(shù)據(jù)）的數(shù)據(jù)，然后在12864 上顯示出來。 ADC0809 主要是把霍爾傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后送到 AT80C51 的 P0 端口上，當(dāng)系統(tǒng)檢測到按鍵按下時，立刻啟動外部模數(shù)轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束后讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，然后把數(shù)據(jù)發(fā)給 12864 顯示出磁場強度。當(dāng)按鍵松開時停止。 3. 系統(tǒng)工作原理 . 霍爾效應(yīng)的基本原理 讓導(dǎo)體或半導(dǎo)體豎起來，當(dāng)電流在它上下出現(xiàn)時，水平方向就會出現(xiàn)電壓，這個就是霍爾電壓，這個就是所謂的霍爾效應(yīng)。由于給導(dǎo)線或者是半導(dǎo)體通電，載流子在這個范圍產(chǎn)生的洛侖茲力的作用下就會產(chǎn)生霍爾效應(yīng)。，在材料的周圍慢慢擴散，這樣就出現(xiàn)霍 爾電場：霍爾電場產(chǎn)生的電場力和洛侖茲力相反，它不讓載流子慢慢的留存下來，只到 2 個力達到平衡 ，這樣就會在擦亮的 2 邊形成電壓 。 . 霍爾傳感器原理 更據(jù)霍爾效應(yīng)，我們了解到，霍爾電勢的大小是由霍爾常數(shù)決定的而霍爾常數(shù)的大小又和我們實驗所選用的材料有關(guān)； I 為霍爾元件的偏置電流； B 為磁場強度； d 為半導(dǎo)體材料的厚度。 一個固定的霍爾元器件中，在偏置電流 I 一定的情況下， UH 是有測得的磁場強度 B 決定的。 一啊把你的霍爾元件有 4 個端口，其中兩根是霍爾電壓的輸出端，還有一端是霍爾元件的偏置電流 I 的輸入端。如果 2 個輸出段可 以連接起來構(gòu)成循環(huán)，霍爾電流就會出現(xiàn)。在這樣的情況下，設(shè)定偏置電流的大小一般是根據(jù)外部的基準電壓源定的；如果準確度要的比較準確，那么基準電壓源都可以用恒流源代替 。有些為了測量非常的精準，部分情況會在霍爾元件的傳感面上裝有非常容易被 磁場檢測到的坡莫合金；這一些傳感器的霍爾電勢較大，但在 的去看下出現(xiàn)飽滿，單單就只使用在低量限、小量程的情況下。 在半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流 I，并在薄片的垂直方向施加磁感應(yīng)強度為B 的勻強磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上，將產(chǎn)生電勢差為 UH 的霍爾電壓。 4. 單片機部分 . 單 片機簡介 單片機，全稱單片微型計算機（英語： SingleChip Microputer），又稱微控制器。 單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器（ CPU）、存儲器、振蕩器、 I/O 接口、定時器 /計時器等集成到一塊芯片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)。 其優(yōu)點是： （ 1）體積小、質(zhì)量輕； （ 2）單片機可靠性高； （ 3）處理功能強，速度快； （ 4）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品； （ 5）控制功能強、環(huán)境適應(yīng)能力強等； 本設(shè)計是基于單片機的設(shè)計，所選用的是 AT98C51單片機，下面對 AT98SC51單片機進行介紹。 主要特性 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級 程序存儲器 鎖定 128 8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16 位 定時器 /計數(shù)器 5 個 中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 引腳圖如下圖 ： ： AT89C51引腳圖 . 12864LCD 顯示屏 12864LCD 是 128*64 的點陣液晶模塊的簡稱，因為在本設(shè)計中，顯示的文字比較多，而漢字的格式是 8*8 的，普通的 LCD 無法顯示這么多電費內(nèi)容，故在本設(shè)計中選用 13864LCD 液晶顯示器，這個液晶顯示屏成本比較低，方便和各個電路連接，在本設(shè)計中，采用三線串口通信方式。實物圖與電路圖如下： 實物圖 電路圖 . 霍爾傳感器 本設(shè)計中傳感器采用的是霍爾傳感器，用來檢測磁場強度。 根據(jù)霍爾效應(yīng)，更具半導(dǎo)體的特性，做出來霍爾元件 ， 它 的優(yōu)點有有很多，可以輕松的檢測到磁場，架構(gòu)非常清晰， 體積小、 反應(yīng)速度快，使用時間長 ， 所以 ， 在以后的磁場測量中得到了廣泛的應(yīng)用 。 5. 系統(tǒng)電路圖設(shè)計 AT89C51 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 ,如圖下圖 所示。 定義： 單片機最小系統(tǒng)， ,或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng) ,是指用最少的元件組成的 單片機可以工作的系統(tǒng) . 最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括 :單片機、電源、晶振電路、復(fù)位電路。 笨設(shè)計由 40 管腳接 +5V 電壓為單片機提供電源，把晶振電路，復(fù)位電路，單片機統(tǒng)一接起來，夠成最小系統(tǒng)。 ： AT89C51單片機最小系統(tǒng) 6. 單元電路設(shè)計 . 穩(wěn)壓電路 因為本設(shè)計所有系統(tǒng)都需要 5V 供電，故需要把外部輸入的 9V 電源經(jīng) 7805穩(wěn)壓后得到 5V 穩(wěn)定的電壓，為整個系統(tǒng)提供電源。如下圖 ： ： 穩(wěn)壓電路 . 12864 顯示部分 12864LCD 是 128*64 的點陣液晶模塊的簡稱，因為在本設(shè)計中，顯示的文字比較多，而且老年公寓管理中顯示信息的多樣化，而漢字的格式又是 8*8 的，普通的 LCD 無法顯示這么多的內(nèi)容，故在本設(shè)計中選 12864LCD 液晶顯示器，這個液晶顯示屏成本比較低，方便和各 個電路連接，在本設(shè)計中，采用三線串口通信方式與單片機連接。 如下圖，左接 12864 顯示電源，右接 12864 顯示屏背光電源， 12864 顯示屏接收 P0 口讀取外部 AD轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 第 8路（來自霍爾傳感器的數(shù)據(jù)）的數(shù)據(jù)，在 12864 上顯示出來。本次設(shè)計中 12864 和單片機采用 3線串口通信方式，如圖 。 ： 12864顯示電路部分 . 時鐘電路 時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏，可以通過提高時鐘頻率來提高 CPU的速度，本次設(shè)計采用的晶振為 16MHz。 如下圖 ： ： 時鐘電路 . 復(fù)位電路 復(fù)位電路是一種用來使電路恢復(fù)到起始狀態(tài)的電路設(shè)備 ， 單片機系統(tǒng)的復(fù)位