CN206930767U - 室内磁场信号采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种室内磁场信号采集装置，包括微处理器、X轴磁信号采集模块及其差分放大电路、Y轴磁信号采集模块及其差分放大电路、Z轴磁信号采集模块及其差分放大电路、陀螺仪角度测量模块、外部接口模块；X轴磁信号采集模块、Y轴磁信号采集模块、Z轴磁信号采集模块均采用TMR隧道磁电阻传感器。本实用新型可以实现对X、Y、Z轴方向磁场分开进行ADC采样，降低传感器相互之间的干扰，具有极高的灵敏度；本实用新型硬件结构设计合理，能正常进行室内磁场信号采集操作，测量精确度高、功耗低，满足所应用设备的长待机时间使用及多种室内磁场测量场合要求；本实用新型可以为室内定位系统提供室内磁场分布情况，可供定位系统进行去干扰等数据处理。

Description

室内磁场信号采集装置

技术领域

本实用新型涉及室内磁场信号采集装置。

背景技术

丰富的地球磁场资源可以应用于精确的定位导航领域。一般手机里面的电子罗盘和陀螺仪可以测量地磁信号，但是，当处于室内时，周围存在其他硬磁和软磁干扰信号，例如室内墙壁里面钢筋、家具等硬磁干扰，电机、仪表、电器等的交变电流产生的软磁干扰等，干扰磁场会影响手机测量地磁场的精确度，从而造成导航误差偏大。

现有的磁信号室内定位系统主要采用磁阻式、磁通门式、线圈式、霍尔效应式及磁感应式等磁传感器进行磁场的测量，大多为三轴合一磁传感器结构，即采用单一的磁感应器测量三轴方向的磁场，不仅干扰大，且精度低，灵敏度不高。需要设计一种测量灵敏度高、功耗低的室内磁场采集装置，以满足高精度室内定位导航应用的需要。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种室内磁场信号采集装置，可以为室内定位系统提供三轴室内磁场分布数据，供定位系统采用合理的算法进行去干扰处理，同时降低传感器相互之间的干扰。为此，本实用新型采用以下技术方案：

室内磁场信号采集装置，其特征在于包括微处理器、X轴磁信号采集模块及其差分放大电路、Y轴磁信号采集模块及其差分放大电路、Z轴磁信号采集模块及其差分放大电路、陀螺仪角度测量模块、外部接口模块；差分放大电路、陀螺仪角度测量模块、外部接口模块分别与微处理器连接，X轴磁信号采集模块、Y轴磁信号采集模块、Z轴磁信号采集模块均采用TMR隧道磁电阻传感器。

在采用上述技术方案的基础上，本实用新型还可采用以下进一步的技术方案：

微处理器采用STM32主控模块。

水平方向的X轴磁信号采集模块、Y轴磁信号采集模块与微处理器处在主电路板上，Z轴磁信号采集模块设置在面积较主电路板小的第二电路板上，第二电路板从垂直方向通过排针与主电路板连接在一起组成室内磁场信号采集装置的三轴立体结构。

本实用新型提供的室内磁场采集装置，其三轴的结构设计可以实现对X轴、Y轴、Z轴方向磁场分开进行ADC采样，同时降低了传感器相互之间的干扰，具有极高的灵敏度；本实用新型硬件结构设计合理，能正常进行室内磁场信号采集操作，测量精确度高、功耗低，满足所应用设备的长待机时间使用及多种室内磁场测量场合要求；本实用新型可以为室内定位系统提供室内磁场分布情况，可供定位系统进行去干扰等数据处理。

附图说明

图1 为该磁场采集装置的结构示意图。

图2为本实用新型室内磁场信号采集装置的方框示意图。

图3为传感器模块的示意图。

图4为差分放大电路的示意图。

附图1中的标记：1-Z轴磁信号采集模块，2-90°垂直排针，3-水平方向的主电路板，4-X轴磁信号采集模块，5-Y轴方向磁场采集模块，6-陀螺仪角度测量模块，7-STM32主控模块，8-外部接口模块。

具体实施方式

参照附图。本实用新型室内磁场信号采集装置包括微处理器7、X轴磁信号采集模块4及其差分放大电路、Y轴磁信号采集模块5及其差分放大电路、Z轴磁信号采集模块1及其差分放大电路、陀螺仪角度测量模块6、外部接口模块8；差分放大器模块、陀螺仪角度测量模块、外部接口模块分别与微处理器连接，X轴磁信号采集模块、Y轴磁信号采集模块、Z轴磁信号采集模块均采用TMR隧道磁电阻传感器。

单独的X轴磁信号采集模块4、Y轴磁信号采集模块5、Z轴磁信号采集模块1的电路如图3所示：TMR2102隧道磁电阻线性传感器芯片的正常工作电压为1V,需要在1V的供电Vcc和模拟地A_GND之间串联两个滤波电容即可正常工作，输出端是V+和V-两个差分输出端口。

单独的差分放大电路如图4所示：通过磁传感器模块模块的输出端V+和V-测量到的mV级的信号不能直接提供给MPU进行处理，由于单片机正常工作的电压为3.3V左右，故需将测量到的差分电压信号经过差分放大电路模块进行放大处理。差分放大电路使用的运放是LM324，这里差分电路放大倍数进过multisim仿真和计算之后为200倍。

微处理器采用STM32主控模块。STM32主控模块包括ADC信号采样模块、复位模块、外部晶振模块、I2C、SPI等测试接口模块。MPU负责将传感器得到的磁场信号进行ADC采样。

水平方向的X轴磁信号采集模块、Y轴磁信号采集模块与微处理器处在主电路板3上，Z轴磁信号采集模块设置在面积较主电路板小的第二电路板上，第二电路板从垂直方向通过90°垂直排针2与主电路板3连接在一起组成室内磁场信号采集装置的三轴立体结构。三个TMR隧道磁电阻传感器分别采集X轴、Y轴、Z轴方向的磁场信号，将其转换成mV级的电压信号之后，通过各自的差分放大电路模块将信号进行放大，接入MPU进行ADC采样，即可采样到X轴、Y轴、Z轴方向的磁场信号。

本实用新型提供的室内磁场信号采集装置采用TMR隧道磁电阻传感器，TMR磁传感器具备优异的温度稳定性、极高的灵敏度、极低的本底噪声、超低功耗、高分辨率、较大的动态范围、更小的尺寸等特点，是其它磁传感器无法比拟的。MUP处理器采用ST公司的STM32L151超低功耗系列，是为实现全面省电模式而设计低功耗MPU。采用三轴的结构设计可以实现对X轴、Y轴、Z轴方向磁场分开用各自的磁传感器进行信号测量避免了单一的三轴磁传感器测量时X轴、Y轴、Z轴方向磁场相互干扰的情况，进一步提高了测量的精确度。本实用新型适用室内磁场信号采集领域，可以为室内定位系统提供室较精确的磁场分布情况，具有灵敏度高，功耗低，功能分布合理，PCB布线可靠美观。

以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的保护范围之中。

Claims (3)

1.室内磁场信号采集装置，其特征在于包括微处理器、X轴磁信号采集模块及其差分放大电路、Y轴磁信号采集模块及其差分放大电路、Z轴磁信号采集模块及其差分放大电路、陀螺仪角度测量模块、外部接口模块；差分放大电路、陀螺仪角度测量模块、外部接口模块分别与微处理器连接，X轴磁信号采集模块、Y轴磁信号采集模块、Z轴磁信号采集模块均采用TMR隧道磁电阻传感器。

2.如权利要求1所述的室内磁场信号采集装置，其特征在于微处理器采用STM32主控模块。

3.如权利要求1所述的室内磁场信号采集装置，其特征在于水平方向的X轴磁信号采集模块、Y轴磁信号采集模块与微处理器处在主电路板上，Z轴磁信号采集模块设置在面积较主电路板小的第二电路板上，第二电路板从垂直方向通过排针与主电路板连接在一起组成室内磁场信号采集装置的三轴立体结构。