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摘 要

传感器是工业技术和科学研究的“耳目”，是高度自动化系统乃至现代尖端技术必不可少的关键组成部分。传感器信号检测技术是信息时代的关键技术之一，它是获取准确可靠信息的重要手段。在传感器信号检测中，通常将传感器信号转换为标准电压信号，以作为数据采集系统可识别的输入信号。基于这一原理，设计了霍尔传感器阵列测量系统。系统设计过程如下：首先对平面电机Halbach二维永磁阵列排布以及磁场模型进行分析，从而得出霍尔传感器的阵列排布图，为后面的设计打下理论基础。然后开始设计传感器信号检测的硬件部分，制作两个PCB板，分别为传感器信号输出板和传感器信号放大滤波处理板。最后通过研华公司出品的PCI_1716数据采集卡将传感器的信号采集出来。

关键词：永磁阵列，霍尔传感器，滤波放大，数据采集

Abstract：Sensor is industrial technology and scientific researchs’ "eyes and ears".It is essential to modern and even a key component of the development of the world competing for the high— tech.Sensor-Signals detection technology is one of the key technology of imformation era.It is a singificient mean to obtain accurate and reliable information.In the area of Sensor-Signals detection technology,it is usually to be used to transfer Sensor-Signal to Normal-Voltage signal,considered as the input singal of Data Acquisition System. Based on this principle,i have designed Hall sensor array measurement system,designing system as follows:

Firstly,we shouled analyse the planar motor’s two dimensional permanent magnet array and the magnetic field model to get Hall-Sensor array distribution chart,laying the foundation for further design.Secondly,we begin to design the hardware part of Sensor-Signal detection,making two PCB,output of Sensor-Signal mode and Amplifying and filtering processing mode.Last but not least,we should acquire the signal data from Amplifying and filtering processing mode by PCI_1716.

Keywords:Permanent magnet array,Hall sensor, Amplifying and filtering processing,Data acquisition

目 录

1 绪论 4

1.1选题背景及意义 4

1.2本课题研究现状 4

2 理论基础 4

2.1传感器的基本特性及评价指标 4

2.2霍尔传感器 5

2.3设计需求与原则 6

2.3.1设计需求 6

2.3.2设计原则 8

3 系统总体设计方案 9

3.1系统整体框图 9

3.2硬件模块选取 10

3.3硬件模块简介 11

3.3.1 霍尔传感器简介 11

3.3.2电源模块简介 13

3.3.3仪表放大器简介 14

3.3.4 OP284简介 16

3.3.5 PCI1716简介 16

4 系统硬件设计 17

4.1传感器模块 17

4.2 电源模块 18

4.3 放大滤波模块 18

4.4 PCB板设计 21

4.4.1 PCB布局 22

4.4.2 PCB布线 22

4.4.3 优化布线和丝印 24

4.4.4 网络和DRC检查 24

4.4.5 PCB板介绍 24

4.4.6 PCB板调试 25

5 系统软件设计 30

5.1传感器信号的数据采集 30

结论 32

参考文献 33

致谢 34

1 绪论

1.1 选题背景及意义

随着科学技术的不断发展，传感器信号检测技术已经变成了机电一体化系统中不可缺少的一部分。检测系统的性能好坏在很大程度上受到传感器信号检测技术水平高低的影响。不仅仅在基础科学领域是这样，就是在工程技术领域，传感器信号检测技术也同等重要。本文就是基于磁场特征与特殊传感器布置实现霍尔传感器的信号采集过程，为后面具体地通过精密空间磁场简化模型，探索了基于信息融合方法的六自由度位移非实时解算算法，以及基于磁场特征与特殊传感器布置利于硬件实现的实时测量解算方法的研究做铺垫。可以说如果没有传感器信号检测技术，那么支撑现代文明的科学技术，就很难有发展的空间。

1.2 本课题研究现状

目前对于传感器信号的调理，采集和处理可通过高集成芯片来实现。最典型的应用就是利用传感系统来捕获模拟信号，而后将模拟信号转换为数字信号，再将数字信号传送到一个主机系统中作其他方面的处理。信号检测系统有相当高的集成度，单片就可以完成信号的放大、滤波，模数转换等功能，同时还能实现一个单线协议，直接可以同高档计算机通讯，不需要再去设计单片机的接口电路。国外调理技术就是在高集成芯片内完成传感器信号处理，芯片集调理、A/D 转换、数据采集等功能于一体，容易完成对环境参数的控制与监测，具有模块化、集成度高、通用性高、处理速度快、适应性强等特点。

2 理论基础

2.1 传感器的基本特性及评价指标

2.1.1 量程及测量范围

量程是指传感器测量范围内的上下线的差值，而测量范围是指在允许误差内，被测量值的范围。一般而言，在不引起传感器规定性指标改变的情况下，允许超过其测量范围的能力称为过载能力。常用允许超过上下限的被测量值与量程的百分比来表示。

2.1.2 灵敏度

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