一种超低功耗便携式高斯计的设计

　　0 引言

　　高斯计是用于测量磁场的仪器，在采矿、冶金、磁性材料生产等领域有着广泛的应用。目前国内的便携式高斯计产品存在一个重大缺点—— 电池寿命短，通常为20—50 h.正常使用情况下，几天时间就需要更换电池。虽然部分高斯计可以用外接电源供电，但是在实际的现场应用中非常不便。干电池对环境的污染非常大，尤其在国内垃圾分类回收还刚刚起步的情况下，废弃的干电池对环境的危害很大。根据这一市场需求，文中设计了一款超低功耗的便携式高斯计，采用3节7号干电池供电，电池寿命达到了1 000 h.

　　1 主要硬件设计

　　设计的硬件部分主要由电源稳压、单片机、模拟信号调理、数模转换器、液晶驱动器等部分构成。主要硬件原理框图如图1所示。

　　1.1 电源稳压芯片

　　在软件关机的情况下，由于电池没有与电路完全断开，因此不可避免的会产生一定的电流消耗。如果该电流过大，那么经过较长的时间以后，电池的电量也会耗尽。降低此电流的关键在于降低电源稳压芯片的静态电流，因此这部分采用HT7130低功耗串联稳压器作为电源稳压IC。该芯片的静态电流仅为5 A，已经远低于普通碱性电池的自放电率，达到了超低功耗的要求。

　　1.2 单片机

　　在设计中采用了STM8L152超低功耗单片机。该单片机可在1.65—3.6 V的电源电压范围内以最高速度运转。该单片机分利用时钟门控技术，避免闲置的外设消耗电能。另外，得益于EnergyLite技术的采用，该单片机提供多个电源管理模式：5.1 A低功耗运行模式、3.0 A低功耗等待模式、实时时钟运行情况下的1.2 A暂停模式，具有自动唤醒(AWU)功能的0.9 A暂停模式，和350 nA停止模式。该单片机可在4 s内从停止模式唤醒，使系统可频繁使用最低功耗模式达到节能目的。设计中，单片机在做数据处理时，工作电流约为0.6 mA，工作时间占总时间的3%左右，97% 的时间里单片机处于接近于零功耗的停止模式下，因此平均下来单片机耗电仅为2O A左右。

　　1.3 模拟信号调理部分

　　传统设计中霍尔探头采用恒流供电，并使用运算放大器或者仪器放大器的对探头的微弱信号进行放大，再将放大后的信号送到AD转换芯片进行数模转换，整个信号流程中使用芯片较多，功耗较大。设计中采用了恒流基准一体设计，省去了恒流供电电路和探头放大电路，同时不降低测量的精度。根据实际测试的结果，采用传统方案，该部分需要消耗电流3—5 mA，而在设计中，该部分消耗电流仅为0.5 mA左右。

　　1.4 模数转换部分