摘要：介绍了霍尼威尔公司的HMC和HMR系列磁阻传感器的主要特点和引脚排列，详细论述了HMR2300磁阻传器的特点、命令、数据格式和应用注意事项。最后给出了用霍尼威尔公司磁阻传感器进行一维和二维恒流源测量和数字接口的应用电路，同时给出了使用HMC2300、ADC、单片机、RS232接口和置位/复位电路构成的三维磁场测量电路。

    关键词：磁阻传感器 测量 磁场 HMR2300

磁阻传感器早在大约2000年前就开始使用，最早的磁阻传感器是一块有磁极的磁石，人们用它来在无航道的大海上指示方向。然而，直到20世纪，磁阻传感器技术虽已具有更高的灵敏度、更小的尺寸和与电子系统更好的兼容性，但它仍然主要使用于航海中。随着现代科学技术的发展，各种各样的磁阻传感器不仅可以测量来自地球磁场的存在、强弱和方向，而且可以测量来自永磁体、软磁体、车辆移动、脑电波的活动以及电流所产生的磁场。由于磁阻传感器可以不经过物理接触就能测出它们的特性，因此，磁阻传感器变成了许多工业和航海控制系统的“眼睛”。

1 霍尼威尔公司的磁阻传感器

霍尼威尔磁阻传感器一般由四个磁阻组成惠斯电桥，其供电电源为Vb。当电阻中有电流流过时，在电桥上便施加一个偏置磁场H，这将使得两具相对放置的电阻的磁化方向朝着电流方向转动，从而引起电阻阻值的增加；另外两个相对放置的电阻的磁化方向背向电流方向转动，从而引起电阻阻值减小。这样，便可在线性区域输出和外加磁场成正比的信号。霍尔威尔公司的HMC系列磁阻传感器主要有以下特性：

●磁场范围宽，其磁场测量范围高达±6高斯；

●把一维和二维传感器结合在一起可进行三维测量。其中，一维磁场传感器采用8脚SIP、8脚SOIC和8脚DIP塑料封装形式，二维磁场传感器采用16脚和20脚SOIC封装；

●结构可靠；

●集成度高，片内集成了霍尼威尔公司取得专利的置位/复位技术，因而可以减少温度漂移、非线性及在高磁场环境中对输出信号造成的影响。而片内偏置电路则可消除磁场失真的影响。HMC系列磁阻传感器的主要型号如表1所列，图1所示是其中6种型号的引脚排列和定义。

表1 HMC系列磁阻传感器的主要型号

2 智能数字磁场计HMR2300

2.1 特点

HMR2300是霍尔威公司生产的智能数字磁场计。其主要特点如下：

●自带微处理器；

●成本低，使用方便，支持即插即用；

●量程为±2高斯，分辨率达67微高斯；

●采样速度可选（10～154采样点/秒）；

●可进行三轴数字输出（BCD码、ASCII码或二进制码）；

●具有9600或19.2波特率；

●带有符合RS-485接口的标准总线，可连接多个单元；

●符合RS-232标准，可进行单点读数。

    2.2 输入命令

三轴智能数字磁场计HMR2300可用来检测磁场的强度和方向，并可与计算机直接通讯以输出X、Y、Z三个轴分量。HMR2300采用三个独立的桥路来定向检测磁场的X、Y、Z在个分量，电桥输出端相应电压的变化可通过一个16位AD转换器转换为数字量。可输入命令组态数据（包括采样速率、输出格式、平均读数和零点偏移）。可利用电路板上的EEPROM来存储任意一项组态变化以便为下一次通电作准备。HMR2300的其它输入命令包括波特率设置、装置的ID号码设置和系列号码设置等，同时可选择50Hz和60Hz数字滤波器来抵消环境磁场造成的干扰。

HMR2300可以通过简单的命令与磁场计进行通讯，这些命令可通过标准键盘和任何通讯软件（如Windows中的超级终端）输入。表2为HMR2300的输入命令集。

表2 HMR系列智能磁阻传感器输入命令集

2.3 数据格式

HMR2300的X、Y、Z三轴输出均为16位数字量，输出数据格式可以是带符号的16位数（符号位+15位数字），也可以是BCD ASCII码。通过“ddA”命令可选择ASCII格式；而通过“ddB”命令则可选择二进制格式。

按二进制格式输出的顺序是：X hi、X lo、Y hi、Y lo、Z hi、Z lo、回车。二进制格式只需传输7个字节。而BCD，ASCII格式虽然便于用户理解，但每次读取数据均需传送28个字节，这对采样速率有一跟制，表3所列是几种格式的参数选择方式。

表3 参数选择表

HMR2300的二进制格式如下：（7字节）

XH|XL|YH|YL|ZH|ZL（cr）

其中：XH表示X轴高字节，带符号；XL表示X轴低字节；（cr）为输入键，二进制码0D。二时制码在显示器上显示的是一些不可辨认的符号，但如果采用计算机进行读数，这种格式则是最佳格式。

ASCII格式如下：（28字节）

SH|X1|X2|X3|X4|X5|SP|SP|SN|Y1|Y2|Y3|Y4|Y5|SP|SP|SN|Z1|Z2|CM|Z3|Z4|Z5|SP|SP<cr>

ASCII码在显示器上的显示为可阅读的带符号的十进制数，因此，ASCII码格式对用户读数是最佳格式。

在ASCII格式中，<cr>为输入键，其二进制码为0D；SP为空格键，二进制码为20；SN表示符号，如为负，二进制码为2D；如为正，则为20；CM为逗号：如果开始数不为零，其二进制码为2C；如果开始数为零，二进制码为20。

    2.4 输出采样速度及命令开绍

对于不同的输出采样速率，参数选择也有所不同，表3所列为HMR2300的参数选择表。

采样速率可通过“R=”命令在10～154bps之间设定。每一次采样输出的X、Y、Z读数可以采用二进制码或ASCII码输出，并可通过表2来综合选择数据格式和波特率。注意：当HMR2300以较高数据输出速率出现误读数时，可选择较低的数据速率。但用高速采样速率时，建议设置终端优先状态，因为这样可防止换行信号（LF）加入到人站数据中来，但同时它也将延缓数据接收速率，并有可能不能和输入数据流同步。

（1）输入信号衰减

被测的磁信号将根据采样速率的不同产生不同的衰减，表3中间时给出了不同采样速率对应的带宽（定义为3dB点），出厂时设定的20bps，对应的带宽为17Hz。HMR2300内部的数字滤波器包括带阻滤波器和低通滤波器，可以提供线性相应的响应，其传递函数具有陷波点（零点）。

    （2）命令输入速率

HMR2300限定了在不同采样速率下接收命令字节的时间。表3也给出了从发送命令到HMR2300正确地接收到命令的时间。合作键盘输入命令不会存在问题，但如果是从计算机程序中发出的命令，那么，时间过快可能会存在一些问题。