磁阻式电子罗盘
磁阻式电子罗盘实验
【实验目的】
1.了解磁阻传感器的原理；
2.掌握二维电子罗盘的组成和工作原理及一些制作实例；
3.培养程序编写和整机调试能力；
【实验内容】
实验包括硬件设计和软件设计两个部分。首先根据要实现的功能来确定所需要的硬件设备。硬件电路确定好以后，根据电路要实现的功能，编写相应的软件模块。
1．硬件方案设计
硬件电路由传感器、A/D 转换器、单片机、LED 显示、测控电路组成。具体过程如图1所示。
图1 电子罗盘系统方框图
2． 软件方案设计
软件系统由初始化设置、数据采集、方向角计算和数字量输出组成，开始工作是先初始化传感器和单片机，向磁阻传感器发送复位/置位脉冲，获取传感器的偏置电压值。如图2所示，程序设计流程图。
图2 程序设计流程图 【实验原理及电路模块】
初始化数据采集A/D 转换方向角计算显示结果
1.磁阻效应
电子罗盘的工作原理是基于磁阻效应。磁阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。基于霍尔效应有普通磁阻效应和各向异性磁阻效应之分。磁阻效应由于载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的。在达到稳态时，某—速度的载流子所受到的电场力与洛伦兹力相等，载流子在两端聚集产生霍尔电场，比该速度慢的载流子将向电场力方向偏转，比该速度快的载流子则向洛伦兹力方向偏转。这种偏转导致载流子的漂移路径增加。或者说，沿外加电场方向运动的载流子数减少，从而使电阻增加。这种现象称为磁阻效应。若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。
2. 地磁场的测量原理
地磁场的强度不是固定不变的，地磁场的大小和方向随时间、地点而变，且除地磁赤道处以外的地磁场都不是水平的。常用磁倾角、磁偏角、地磁场水平强度(地磁场的水平分量)这三个要素来描述地磁场的大小和方向。磁力线从南极指向北极，在两极垂直于地球表面，在赤道平行于地球表面。磁南北极与地理南北极并不重合，而是有一个11.5°的夹角。地理北(南)极和磁北(南)极间的偏差角称为磁偏角[20]。磁偏角随地理位置变化而变化，只要知道具体位置的经纬度，就可以计算出磁偏角，从而通过修正获得的正确方向角(文中所提及的方向角都是相对于磁北极而言的)。
地磁场的大小和方向用磁场强度He表示，单位为高斯。He可分为三个分量：水平强度Heh，是He在水平面上的投影；磁偏角λ，是Heh与正北方向的夹角；磁倾角δ，是He对水平面的倾角。He也可分解为向北、向东和向下的三个分量X、Y、Z，这三个分量通常也可称为北向分量、东向分量和垂直分量。这些量可以确定地磁场的大小和方向，所以称为“地磁要素”。在同一高度上靠近赤道处地磁场较弱，而靠近磁极处则较强。
3. 电子罗盘工作原理
磁阻传感器接收的地球磁场信号经2对互相垂直的由4个磁电阻元件连成的惠斯通电桥后电阻值由于磁场的作用而改变，电阻的变化通过电路转化为电压的变化，从而输出两路电压信号，因为传感器输出电压很小，一般为mV级，需要经过放大器后才能被后续电路采集使用，固先将两路电压信号通过放大器放大后经A/D转换器转换成数字信号输出给单片机，单片对接收到的信号进行计算转换，对数据的误差进行补偿处理，最后在LED上显示处理后的结果，即地理方向。
4. 地磁场的计算
对于二维(平面)磁电子罗盘，没有加倾角传感器，只需要考虑地磁场的水平分量Heh。图3中的x轴和y轴分别为双轴磁阻传感器的两个敏感方向。方向角α是磁北方向与罗盘指向的顺时针夹角。假设x轴方向磁场分量为Hex，y轴方向磁场分量为Hey，则方向角α可通过计算得到。
双轴磁电阻传感器测量水平面内两个正交方向的磁场，本次设计即为平面结构，如图3所示，即为传感器输出在平面的映射。
图3 传感器输出在平面的映射
5.电子罗盘装置的组成模块
5.1 放大电路模块
由于待测磁信号为微小信号，得到的电压信号不能直接满足采集系统的要求，磁阻传感器的输出值在-60mV~30mV之间，数值很小，信号微弱，为了使信号的幅值适中，需将信号放大才能使传感器输出的信号供后续采集系统使用。考虑到输入电压及放大倍数的影响，可选择反向串联结构的AMP04放大器，分别对X/Y向的输出进行放大。图4为AMP04的放大电路连接图。
图4 AMP04放大电路设计图
5.2.置位/复位电路模块
霍尼韦尔磁阻传感器工作时可能会受到其它不相关的强磁场干扰，使其敏感度降低，导致分辨率下降。为达到高分辨率，必须对磁传感器进行“置位”。在芯片上有一小电流带对玻莫合金薄膜进行置位和复位。这一技术也称作对薄膜充磁，不需要外接任何线圈。
置位脉冲和复位脉冲对传感器所起的作用是基本一样的，唯一的区别是传感器的输出改变正负号。进行置位或复位，需对玻莫合金薄膜施加3~4A、20~50ns 的脉冲电流，置位或复位脉冲宽度为2 微秒。该脉冲宽度会对整个电源的消耗造成直接影响，可以缩短该宽度或减少使用次数，注意一个单脉冲只能在一个方向驱动，即如果用4A的脉冲对传感器进行置位，脉冲将下降到零电流以下，任何电流的负脉冲信号会对传感器“复位”，并使灵敏度不是最优。
置位/复位脉冲电流的幅值主要取决于系统磁噪音的灵敏度。如果给定的应用场合中HMC1002的最小可测磁场约为500μ高斯，那么3A(最小值)的脉冲就足够了。如果最小可测磁场
是低于100μ高斯磁场，那么就要求4A(最小值)的脉冲。生成S/R脉冲的电路应置于靠近磁阻传感器处，并且电源和接地连接必须良好。
霍尼韦尔磁传感器上的置位/复位电流带标有SR+和SR-，但未指明极性，因为它只是一个金属带电阻。图5所示是一简单的置/复位电路设计图。
图5 置位/复位脉冲电路（HMC1002）
图6电路经常用于程序存储器刷新记忆，该电路也可用于置位/复位电路。该电路主要由电压转换器及外围电路组成。该电路用一个5V供电系统产生一个12V输出需用一个SO-8封装的芯片，一个肖特基二极管和六个电容。无负载工作电流为185微安典型值，在关闭状态下为0.5微安（该电路选自Maxim产品手册）。
图6 5V~12V转换电路
5.3.模数转换电路模块
8位A/D转换器应用较为广泛，大都采用逐位逼近式进行转换。ADC0809是种典型的8位A/D转换器件，该芯片包含了8位的A/D转换器、8通道多路转换开关和与微机兼容的控制逻辑。
5.4.电路电源模块
本设计的电源部分是由电源适配器将220V的交流电压转换为12V的直流电压，再通过稳压电路，最后输出5V的直流稳压电压供后续电路使用。12V的直流电压源直接从市面上购买可将220V的交流转换成12V的直流电源适配器，这样有助于提高制作进度，为后面调试预留时间。
稳压电路采用的是三端稳压集成电路7805，用78系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便
宜，且7805是比较常用的芯片，对其使用的比较熟练，可以减少在电源设计部分遇到的困难。图8是电源部分设计图，该电路主要由三个电容、一个负载电阻和一个LED发光二极管组成。
图8 电源部分电路图
5.5.软件模块
本设计中的电子罗盘软件系统由初始化设置、数据采集、方向角计算和数字量输出组成，开始工作是先初始化传感器和单片机，向磁阻传感器发送复位/置位脉冲，获取传感器的偏置电压值。这时传感器进入到工作状态，进行地磁场的数据采集，通过A/D转化器进行模数转换，再由微处理器进行航向的计算机误差的补偿并更新显示屏，使其显示最新结果。
5.6.电子罗盘电路原理总图
图9 电路原理总图
【实验器材】
Honeywell公司的HMC1002磁阻传感器、AMP04放大器、SO-8封装芯片、ADC08098位A/D 转换器件、A T89C51单片机、7805稳压管、LED发光二极管等。
【实验步骤】
1.掌握实验原理及磁阻传感器的相关知识等。
2.设计各部分电路图及其电路参数。
3.选择电路中所需原件及其型号。
4.根据各模块电路图制作各部分电路，进行独立调试。
5.由电路图组装磁阻式电子罗盘，再进行电路调试。
6.编写程序，并进行综合电路调试。
7..思考误差分析及用补偿方法修正。
智能手机指南针的工作原理
2、试详细解释智能手机指南针的工作原理(并绘出其传感原理图)？ 答： 1、手机装入软件能分出东南西北是因为手机中内置了电子指南针，电子指南针又称作电子罗盘。电子罗盘的原理是测量地球磁场，按其测量磁场的传感器种类的不同，目前国内市场上销售的电子罗盘可分为以下有三种:磁通门式电子罗盘、霍尔效应式电子罗盘和磁阻效应式电子罗盘。 (1)磁通门式电子罗盘。根据磁饱和原理制成，它的输出可以是电压，也可以是电流，还可以是时间差，主要用于测量稳定或低频磁场的大小或方向，其代表产品是美国KVH工业公司的一系列磁通门罗盘及相关附件。从原理上讲，它通过测量线圈中磁通量的变化来感知外界的磁场大小，为了达到较高的灵敏度，必须要增加线圈横截面积，因而磁通门式电子罗盘不可避免的体积和功耗较大，易碎、响应速度较慢，处理电路相对复杂，成本高。 (2)霍尔效应式电子罗盘。霍尔效应是1879年霍尔首先在金属中发现的。当施加外磁场垂直于半导体中流过的电流就会在半导体中垂直于磁场和电流的方向产生电动势。这种现象称为霍尔效应。其工作原理如图1.1所示。 图1.1霍尔效应原理 如果沿矩形金属薄片的长方向通一电流I，由于载流子受库仑兹力作用，在垂直于薄片平面的方向施加强磁场B，则在其横向会产生电压差U，其大小与电流I、磁场B和材料的霍尔系数R成正比，与金属薄片的厚度d成反比。100多年前发现的霍尔效应，由于一般材料的霍尔系数都很小而难以应用，直到半导体的问世后才真正用于磁场测量。这是因为半导体中的载流子数量少，如果通过它的电流与金属材料相同，那么半导体中载流子的速度就快，所受到的洛伦兹力就更大，因而霍尔效应的系数也就更大。 我们可以把地球磁场假定为和地平面平行，而如果在手机的平面垂直的放上两个这样的霍尔器件，就可以感知地球磁场在这两个霍尔器件的磁感应强度的分量，从而得到地球磁场的方向，有点类似于力的分解。 霍尔效应磁传感器的优点是体积小，重量轻，功耗小，价格便宜，接口电路简单，特别适用于强磁场的测量。但是，它又有灵敏度低、噪声大、温度性能差
电子罗盘的工作原理及校准 电子罗盘,电子指南针,android
Android ST集成传感器方案实现电子罗盘功能 电子罗盘是一种重要的导航工具，能实时提供移动物体的航向和姿态。随着半导体工艺的 进步和手机操作系统的发展，集成了越来越多传感器的智能手机变得功能强大，很多手机 上都实现了电子罗盘的功能。而基于电子罗盘的应用（如Android的Skymap）在各个软件 平台上也流行起来。 要实现电子罗盘功能，需要一个检测磁场的三轴磁力传感器和一个三轴加速度传感器。随着微机械工艺的成熟，意法半导体推出将三轴磁力计和三轴加速计集成在一个封装里的二合一传感器模块LSM303DLH，方便用户在短时间内设计出成本低、性能高的电子罗盘。本文以LSM303DLH为例讨论该器件的工作原理、技术参数和电子罗盘的实现方法。 1. 地磁场和航向角的背景知识 如图1所示，地球的磁场象一个条形磁体一样由磁南极指向磁北极。在磁极点处磁场和当地的水平面垂直，在赤道磁场和当地的水平面平行，所以在北半球磁场方向倾斜指向地面。用来衡量磁感应强度大小的单位是Tesla或者Gauss（1Tesla=10000Gauss）。随着地理位置的不同，通常地磁场的强度是0.4-0.6 Gauss。需要注意的是，磁北极和地理上的北极并不重合，通常他们之间有11度左右的夹角。 图1 地磁场分布图 地磁场是一个矢量，对于一个固定的地点来说，这个矢量可以被分解为两个与当地水平面平行的分量和一个与当地水平面垂直的分量。如果保持电子罗盘和当地的水平面平行，那么罗盘中磁力计的三个轴就和这三个分量对应起来，如图2所示。
图2 地磁场矢量分解示意图 实际上对水平方向的两个分量来说，他们的矢量和总是指向磁北的。罗盘中的航向角（Azimuth）就是当前方向和磁北的夹角。由于罗盘保持水平，只需要用磁力计水平方向两 轴（通常为X轴和Y轴）的检测数据就可以用式1计算出航向角。当罗盘水平旋转的时候，航向角在0?- 360?之间变化。 2．ST集成磁力计和加速计的传感器模块LSM303DLH 2.1 磁力计工作原理 在LSM303DLH中磁力计采用各向异性磁致电阻（Anisotropic Magneto-Resistance）材料来检测空间中磁感应强度的大小。这种具有晶体结构的合金材料对外界的磁场很敏感，磁 场的强弱变化会导致AMR自身电阻值发生变化。 在制造过程中，将一个强磁场加在AMR上使其在某一方向上磁化，建立起一个主磁域，与主磁域垂直的轴被称为该AMR的敏感轴，如图3所示。为了使测量结果以线性的方式变化，AMR材料上的金属导线呈45º角倾斜排列，电流从这些导线上流过，如图4所示。由初始的强磁场在AMR材料上建立起来的主磁域和电流的方向有45º的夹角。 图3 AMR材料示意图 图4 45º角排列的导线
基于单片机的电子指南针的设计
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/b114338178.html, 基于单片机的电子指南针的设计 作者：刘季秋彭森 来源：《卷宗》2017年第11期 摘要：指南针是我国的四大发明之一，早期的指南针采用了磁化指针和方位盘的组合方式，这样的指南针携带起来很不方便，且指示灵敏度上有一定不足，准确性很差。本文通过对电子指南针基本工作原理的研究分析，采用磁阻（GMR）传感器采集某一方向磁场强度，然后通过MCU控制器对其进行处理并显示上传，达到了显示当前所指方向的目的。实际测试指南针模块精度达到1°，能够在LCD上显示当前方位，并能通过键盘控制上传数据到上位机。这样的指南针精度更高，更智能，在大大提高了精度的同时，也降低了成本和设计难度。 1 引言 指南针是用以判别方位的一种简单仪器，又称指北针。指南针的前身是中国古代四大发明之一的司南。主要组成部分是一根装在轴上可以自由转动的磁针。磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上。磁针的北极指向地理的北极，利用这一性能可以辨别方向。 电子指南针系统是一个典型的单片机系统，了解其工作原理及其信号处理流程有利于研究更加复杂的嵌入式系统，特别是系统中采用进口的磁传感器及其相关信号的采集芯片更是有利于研究磁场传感器的实现机理，以便将其更加广泛的应用。 2 工作原理 本系统采用磁阻（GMR）传感器采集磁场强度，然后把磁场强度转换成数字量，单片机 再对这些数字量进行处理，最后将处理得到的结果进行显示。 电子指南针的系统主要由前端磁阻传感器、磁场测量专用转换芯片、单片控制器、辅助扩展电路、键盘、显示模块以及系统电源几个部分组成。 整个系统中前端的磁阻传感器负责测量地磁场的大小并将磁场的变化转化为微弱的电流的变化，专用的磁场测量芯片负责把磁阻传感器变化的电流（模拟量）转换成微控制器可以识别的数字量，然后将该数字信号即采集到的数据通过SPI总线上传给微控制器。微控制器将表征当前磁场大小的数字量按照方位进行归一化等处理后通过直观的LCD进行方位显示，同时可以通过键盘控制微控制器进行相应的操作，如将转换后的数据通过串口的形式发送到上位机。整个系统中还包含了实时时钟等一些辅助电路，使整个系统功能得到进一步的扩展，这使得电子指南针更具备实用价值。 3 电源电路
MEMS陀螺仪工作原理
陀螺仪是用来测量角速率的器件，在加速度功能基础上，可以进一步发展，构建陀螺仪。 陀螺仪的内部原理是这样的：对固定指施加电压，并交替改变电压，让一个质量块做振荡式来回运动，当旋转时，会产生科里奥利加速度，此时就可以对其进行测量；这有点类似于加速度计，解码方法大致相同，都会用到放大器。 角速率由科氏加速度测量结果决定 - 科氏加速度 = 2 × (w ×质量块速度) - w是施加的角速率(w = 2 πf) 通过14 kHz共振结构施加的速度（周期性运动）快速耦合到加速度计框架 - 科氏加速度与谐振器具有相同的频率和相位，因此可以抵消低速外部振动 该机械系统的结构与加速度计相似（微加工多晶硅） 信号调理（电压转换偏移）采用与加速度计类似的技术 施加变化的电压来回移动器件，此时器件只有水平运动没有垂直运动。如果施加旋转，可以看到器件会上下移动，外部指将感知该运动，从而就能拾取到与旋转相关的信号。
上面的动画，只是抽象展示了陀螺仪的工作原理，而真实的陀螺仪内部构造是下面这个样子。
PS：陀螺仪可以三个一起设计，分别对应于所谓滚动、俯仰和偏航。 任何了解航空器的人都知道，俯仰是指航空器的上下方向，偏航是指左右方向，滚动是指向左或向右翻滚。要正确控制任何类型的航空器或导弹，都需要知道这三个参数，这就会用到陀螺仪。它们还常常用于汽车导航，当汽车进入隧道而失去GPS信号时，这些器件会记录您的行踪。 无人机在飞行作业时，获取的无人机影像通常会携带配套的POS数据。从而在处理中可以更加方便的处理影像。而POS数据主要包括GPS数据和
IMU数据，即倾斜摄影测量中的外方位元素：（纬度、经度、高程、航向角（Phi）、俯仰角（Omega）及翻滚角（Kappa））。 GPS数据一般用X、Y、Z表示，代表了飞机在飞行中曝光点时刻的地理位置。 飞控是由主控MCU和惯性测量模块（IMU，Inertial Measurement Unit）组成。IMU提供飞行器在空间姿态的传感器原始数据，一般由陀螺仪传感器/加速度传感器/电子罗盘提供飞行器9DOF数据。 IMU中的传感器用来感知飞行器在空中的姿态和运动状态，这有个专有名词叫做运动感测追踪，英文Motion Tracking。运动感测技术主要有四种基础运动传感器，下面分别说明其进行运动感测追踪的原理。 微机电系统（MEMS） IMU中使用的传感器基本上都是微机电系统（MEMS），是半导体工业中非常重要的一个分支。 微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System）是一种先进的制造技术平台。微机电系统是微米大小的机械系统，是以半导体制造技术为基础发展起来的。 我们的四轴飞行器上用到的加速度陀螺仪MPU6050，电子罗盘 HMC5883L都是微机电系统，属于传感MEMS分支。传感MEMS技术是指用微电子微机械加工出来的、用敏感元件如电容、压电、压阻、热电耦、谐振、隧道电流等来感受转换电信号的器件和系统。 加速器（G-sensors） 加速器可用来感测线性加速度与倾斜角度，单一或多轴加速器可感应结合线性与重力加速度的幅度与方向。含加速器的产品，可提供有限的运动感测功能。 加速度计的低频特性好，可以测量低速的静态加速度。在我们的飞行器上，就是对重力加速度g（也就是前面说的静态加速度）的测量和分析，其它瞬间加速度可以忽略。记住这一点对姿态解算融合理解非常重要。 当我们把加速度计拿在手上随意转动时，我们看的是重力加速度在三个轴上的分量值。加速度计在自由落体时，其输出为0。为什么会这样呢？这里涉及到加速度计的设计原理：加速度计测量加速度是通过比力来测量，而不是通过加速度。
电子罗盘
电子指南针 指南针 1、概述 指南针是用以判别方位的一种简单仪器。指南针的前身是中国古代四大发明之一的司南。主要组成部分是一根装在轴上可以自由转动的磁针。磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上。磁针的北极指向地理的南极，利用这一性能可以辨别方向。常用于航海、大地测量、旅行及军事等方面。 指南针的发明是我国劳动人民，在长期的实践中对物体磁性认识的结果。由于生产劳动，人们接触了磁铁矿，开始了对磁性质的了解。人们首先发现了磁石引铁的性质。后来又发现了磁石的指向性。经过多方的实验和研究，终于发明了可以实用的指南针。 2、磁偏角与磁倾角 现在人们已经知道，地球的两个磁极和地理的南北极只是接近，并不重合。磁针指向的是地球磁极而不是地理的南北极，这样磁针指的就不是正南、正北方向而略有偏差，这个角度就叫磁偏角。又因为地球近似球形，所以磁针指向磁极时必向下倾斜，和水平方向有一个夹角，这个夹角称为磁倾角。不同地点的磁偏角和磁倾角都不相同。磁偏角和磁倾角的发现使指南针的指向更加准确。
图1. 地球磁场示意图 3、罗盘定位 要确定方向除了指南针之外，还需要有方位盘相配合。最初使用指南针时，可能没有固定的方位盘，随着测方位的需要，出现了磁针和方位盘一体的罗盘 4、电子指南针 指南针是一个重要的导航工具，甚至在G P S中也会用到。电子指南针将替代旧的针式指南针或罗盘指南针，因为电子指南针全采用固态的元件，还可以简单地和其他电子系统接口。 电子指南针系统中磁场传感器的磁阻（M R）技术是最佳的解决方法，和现在很多电子指南针还在使用的磁通量闸门传感器相比较，M R技术不需要绕线圈而且可以用I C生产过程（I C-l i k e p r o c e s s）生产，是一个更值得使用的解决方案。 由于M R有高灵敏度，它甚至比这个应用范围中的霍尔元件更好。
单片机原理及应用第三版(张毅刚)1-6章全
第1章思考题及习题1参考答案 一、填空 1. 除了单片机这一名称之外，单片机还可称为或。答：微控制器，嵌入式 控制器. 2.单片机与普通微型计算机的不同之处在于其将、、和三部分，通 过内部连接在一起，集成于一块芯片上。答：CPU、存储器、I/O口、总线 3. AT89S52单片机工作频率上限为 MHz。答：33 MHz。 4. 专用单片机已使系统结构最简化、软硬件资源利用最优化，从而大大降低和提 高。答：成本，可靠性。 二、单选 1. 单片机内部数据之所以用二进制形式表示，主要是 A．为了编程方便B．受器件的物理性能限制 C．为了通用性D．为了提高运算速度 答：B 2. 在家用电器中使用单片机应属于微计算机的。 A．辅助设计应用B．测量、控制应用 C．数值计算应用D．数据处理应用 答： B 3. 下面的哪一项应用，不属于单片机的应用范围。 A．工业控制 B．家用电器的控制 C．数据库管理 D．汽车电子设备 答：C 三、判断对错 1. STC系列单片机是8051内核的单片机。对 2. AT89S52与AT89S51相比，片内多出了4KB的Flash程序存储器、128B的RAM、1个中断 源、1个定时器（且具有捕捉功能）。对 3. 单片机是一种CPU。错 4. AT89S52单片机是微处理器。错
5. AT89C52片内的Flash程序存储器可在线写入，而AT89S52则不能。错 6. 为AT89C51单片机设计的应用系统板，可将芯片AT89C51直接用芯片AT89S51替换。对 7. 为AT89S51单片机设计的应用系统板，可将芯片AT89S51直接用芯片AT89S52替换。对 8. 单片机的功能侧重于测量和控制，而复杂的数字信号处理运算及高速的测控功能则是DSP 的长处。对 四、简答 1. 微处理器、微计算机、微处理机、CPU、单片机、嵌入式处理器它们之间有何区别？ 答：微处理器、微处理机和CPU它们都是中央处理器的不同称谓，微处理器芯片本身不是计算机。而微计算机、单片机它们都是一个完整的计算机系统，单片机是集成在一个芯片上的用于测控目的的单片微计算机。 2. AT89S51单片机相当于MCS-51系列单片机中的哪一型号的产品？“S”的含义是什么？ 答：相当于MCS-51系列中的87C51，只不过是AT89S51芯片内的4K字节Flash存储器取代了87C51片内的4K字节的EPROM。 3. 单片机可分为商用、工业用、汽车用以及军用产品，它们的使用温度范围各为多少？ 答：商用：温度范围为0～+70℃；工业用：温度范围为-40～+85℃；汽车用：温度范围为-40～+125℃；军用：温度范围为-55～+150℃。 4. 解释什么是单片机的在系统编程（ISP）与在线应用编程（IAP）。 答：单片机的在系统编程ISP（In System Program），也称在线编程，只需一条与PC机USB口或串口相连的ISP下载线，就可把仿真调试通过的程序代码从PC机在线写入单片机的Flash存储器内，省去了编程器。在线应用编程（IAP）就是可将单片机的闪存内的应用程序在线修改升级。 5. 什么是“嵌入式系统”? 系统中嵌入了单片机作为控制器，是否可称其为“嵌入式系统”? 答：广义上讲，凡是系统中嵌入了“嵌入式处理器”，如单片机、DSP、嵌入式微处理器，都称其为“嵌入式系统”。但多数人把“嵌入”嵌入式微处理器的系统，称为“嵌入式系统”。目前“嵌入式系统”还没有一个严格和权威的定义。目前人们所说的“嵌入式系统”，多指后者。 6. 嵌入式处理器家族中的单片机、DSP、嵌入式微处理器各有何特点？它们的应用领域有何 不同？ 答：单片机体积小、价格低且易于掌握和普及，很容易嵌入到各种通用目的的系统中，
电子指南针
电子指南针 概述 指南针是一种重要的导航工具，可应用在多种场合中。电子指南针内部结构固定，没有移动部分，可以简单地和其它电子系统接口，因此可代替旧的磁指南针。并以精度高、稳定性好等特点得到了广泛运用。公司生产的半导体器件KMZ52是一种专门用于电子指南针的二维磁场传感器。它采用磁场传感器的磁阻（MR）技术，并用翻转技术消除信号偏移，而用电磁反馈技术来消除温度的敏感漂移。由于外界存在干扰，该系统集成了几种特殊的抗干扰技术来提高系统精度。本文介绍了电子指南针的工作原理及电路设计，同时给出了其抗干扰设计以及信号和数据的处理方法。 编辑本段工作原理与总体方案 Z1和Z4为翻转线圈，Z2和Z3为补偿线圈。由于环境温度可能会影响系统精度，因此，在高精度系统中，可以通过补偿线圈对其进行补偿。内部有两个正交的磁场传感器? 分别对应二维平面的X轴和Y轴。磁场传感器的原理是利用磁阻（MR）组成磁式结构，这样可改变电磁物质在外部磁场中的电阻系数。以便在磁场传感器的翻转线圈Z1和Z2上加载翻转电信号后使之能够产生变化的磁场。由于该变化磁场会造成磁阻变化（ΔR）0并将其转化成变化的差动电压输出，这样，就能根据磁场大小正比于输出差动电压的原理，分别读取对应的两轴信号，然后再进行处理计算即可得到偏转角度。整个电子指南针系统主要由传感器单元、信号调整单元（SCU）、方向确定单元（DDU）和显示单元四部分组成。电子指南针的总体设计框图如图2所示。图中，磁场传感器KMZ52用于将地磁场信号转化成电信号输出，信号调整单元用于将磁场传感器单元中的输出信号成比例放大，并将其转换成合适的信号hex和hey，同时消除信号的偏移。对于保证系统的精度来说，SCU是最重要的部件。通过DDU可将信号调整单元输出的两路信号hex和hey进行放大，然后再按下式计算出偏转角度α：α＝arctan?hey／hex这样根据抗干扰技术算法对α进行处理就可得出该磁场的偏转角度，最后通过显示单元进行输出。 编辑本段硬件设计 内部桥式结构的磁阻输出是差动电压，通过运算放大器可以成比例放大，因此，在测量地磁场信号时，为了将两个磁场传感器信号放大同样的倍数，可以将二者的翻转线圈串联，并对差动电压选用同样的运放结构。翻转信号从①口输入，X、Y轴差动电压信号则分别从②、③口输出。然后通过处理系统对传来的信号进行A／D采样、数值处理和校正后，即可得到所求的角度。 编辑本段数值处理 由于KMZ52的输出信号很微弱，故信号干扰较大。在输出幅值很小的位置上，通常有300mV左右且变化很大的干扰；而在输出幅值时则近似保持恒值。两路信号幅值与角度的关系如图4所示。为使二者的比值接近tanα?0＜α＜90°的变化，可以在幅值较大且数值变化较小的角度范围内，使幅值保持基本不变；而在幅值较小且数值变化较大的角度范围内，用一个函数改变其幅值变化曲线。具体实现时，可按照一定角度对曲线进行分段，并对各段用一次函数y＝ax＋b去拟合。这样，就可以使幅值变化曲线接近tanα。角度划分越细，精度越高。磁场传感器KMZ52的精度为3°，若按15°划分，可将精度提高到1°。若按5°对其划分，精度可高达0．3°。如划分更细，精度还可进一步提高。若采用高阶函数去拟合，也可以提高精度。实际上，在精度要求不高的情况下，通常以15°划分就可以达到要求。 编辑本段干扰校正
二维码导航工作原理
总体设计: 该系统由以陀螺仪导航系统、视觉系统、AGV子系统、电源管理系统、传感器系统和装置机械结构五部分组成。导航采用陀螺仪导航为主，视觉导航为辅，最大化融合和利用各导航的优势，提高系统的可靠性和导航精度。 其运行原理如下：AGV在接收到工作中心的指令后，由导航系统将其指引至货物装载处，装载完毕后，按照预设指令，其分析起点-终点路径后，规划出最佳行走路径，行走至指定位置。该过程中不断利用导航系统识别周围特征标志信息，以实时利用AGV子系统计算分析其所处位置，之后利用无线通信方式发送至工作中心电脑，以管理和规划工业现场的总体物流运行进度，避免相互干涉，提高运输效率。 项目技术归纳为以下几点： （1）陀螺仪导航与视觉联合导航：本系统采用陀螺仪导航系统专用模块，主要实现技术为差分定位，并结合工业现场的地图，利用车载控制系统实时分析系统地图坐标数据，之后与地图信息对比以获取定位信息。项目采用图QR码扫描自适应阈值算法的视觉技术识别运动过程中的关键标志物，辅以航位推算系统以达到路径自动辨识和规划，从而最终达到对AGV导航的目的。通过视觉定位QR码技术导航的图像获取、摄像机标定、特征提取和深度恢复等过程，以达到对物体的位置精确定位。 QR码（二维码） （2）路径规划：AGV运行路径规划分为全局规划和局部规划。全局规划中采用切线图法，即将路径中关键点作为特征点，将该特征点的切线表示弧，这样可以获取AGV起始点和目标点的最短路径，提高AGV路径进行规划的速度；局部规划中采用人工势场法，其设计思想是将AGV在工业现场作业视为一种抽象人造受力场中的运动，通过建立人工势场的负梯度方向指向系统的运动控制方向，目标点对AGV产生引力，障碍物对AGV产生斥力，其驱动结果使其在势场合力作用下控制AGV运动方向并计算AGV位置，为防止工业现场AGV在到达目标位置前陷入局部小点而无法达到预设位置，系统利用模拟退火算法使势函数跳出局部极小点，以使AGV顺利到达目标位置。 （3）多任务分解及协调：为解决多个AGV间任务分配、路径规划和相互协调，系统采用模糊动态数学模型的方法，该方法基于专家辨识系统的设计思路，将任务分配分解为“最重要、重要、一般、次要”四个等级，并将路径规划为“最近、较近、合理、备选”四个等级，之后利用模糊动态数学模型进行建模和分析，输出最佳的任务分解和路径规划。具体应用中，利用工业现场工作中心对多个AGV提前预置任务和目标路径，提供给系统的初始输入和输出，由系统自动完成对任务和路径的分析，并将指令传送至各AGV车载控制系统，以达到AGV间的任务协调和路径选取。需要指出的是，为了解决实际应用过程中由于任务的不断更
电子罗盘的方位角计算公式
BY 电子罗盘的方位角计算公式 丙寅电子 Honeywell 在中国区的特级代理。 上海丙寅电子有限公司是美国霍尼韦尔提供软硬件全套解决方案，如需要任何设计与技术方面的支的项目支持经验。 在磁阻传感器应用领域有丰富 上海丙寅电子有限公司 电话：８６ ０２１ ６５０７２６７５ 传真：８６ ０２１ ６５０７５８７８ 地址：中国 上海市虹口区四平路１８８号上海商贸大厦８０１室 公司主页：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｉｎｇｙｉｎｄｚ．ｃｏｍ 邮箱：ｂｙ０７＠ａｎｏｔｒｏｎ．ｃｏｍ 持可与我们联系，将助您在最短的时间内设计成功。
如何得到罗盘的方位角 磁阻传感器为建立罗盘导航系统提供了固态有效的解决办法！但是我们怎么才能够从简单的3轴数据得到罗盘的方位角呢？下面就将一步步告诉你如何去实现！1）当3轴磁力计工作时可以读到XYZ 三轴的磁场强度，此时的数值并不能直接用作方位角的计算！因为此时的读数可能受到器件版面上其他一些含磁材料的影响，形成圆心坐标的硬铁漂移！ 用作方位角计算的XYZ 数值必须将此漂移值移除，使圆心回到原点。 上海丙寅电子上 海丙寅电子上海丙寅电子上海丙寅电子上 海丙寅电子上 海丙寅电子丙寅电子寅电子寅电
具体的办法是：1，水平匀速旋转，收集XY 轴的数据 2，转动器材90度（此时Z 轴水平）匀速旋转以收集Z 轴数据 3，将读取到的各轴数据的最大值加上最小值除以2，就得到一个各轴的offset 值 Xoffset=（Xmax+Xmin ）/2 Yoffset=（Ymax+Ymin ）/2 Zoffset=（Zmax+Zmin ）/24，然后将磁力计读取的各轴的裸值减去前面计算所得的offset 值，就可以得到用作角度计算的Heading 值 X H =X 裸-Xoffset Y H =Y 裸-Yoffset Z H =Z 裸-Zoffset 如果只用作水平测量，则此时的方位角为 方位角=arctanY H /X H 上海丙寅电子 上海丙寅电子 上海丙寅电子 上海丙寅电子上 海丙寅电子上海丙寅电子海丙寅电子海丙寅电子 海丙寅电子
数字式电子罗盘毕业设计
毕业设计说明书数字式电子罗盘设计 学生姓名：孔垂礼学号： 1105044263 学院：计算机与控制工程 专业：电气工程及其自动化 指导教师：龙达峰 2015 年 06 月
数字式电子罗盘设计 摘要 数字式电子罗盘具有很多优点，例如：体积比较小、启动非常迅速、功率损耗较低、制造成本低廉等,当今社会测控技术对测向传感器提出了非常高的要求;为了提高数字 罗盘的测量精度,特意设计了一种基于HMC5883L三轴磁阻传感器[1]的数字电子罗盘;在分析相关类似产品的基础上,特别强调对电源、器件选型、信号调理电路、软件设计等方面进行了分析研究,设计出了数字罗盘并且研制了试验的样机;为验证设计效果,在双轴陀螺测试转台上进行了测试,试验结果初步验证了该设计方案的可行性;论文的研究 工作可以为研究和改良数字式磁罗盘的测量准确度提供可靠的资料. 关键词：地磁场，数字罗盘，HMC5883L三轴磁阻传感器，重力加速度计
Here is the translation of your chinese paper’s title Abstract Digital electronic compass, has small volume, quick start, low power consumption, and low cost, the modern measurement and control technology puts forward higher requirements on sensor of direction finding; In order to improve the precision of the digital compass, we design a HMC5883L triaxial magnetic resistance sensor based digital electronic compass; On the basis of the analysis of related products, focuses on the power supply, device selection, signal conditioning circuit and software design are analyzed in aspects of research, design the digital compass and test prototype was developed; To verify the design effect, on the two-axis gyro testing table was tested, experimental results verify the feasibility of the design scheme of; Thesis research work could be used to research and provide reference for improving the measuring accuracy of digital magnetic compass. Key words : Earth's magnetic field, digital compass, HMC5883L three-axis magnetic resistance sensor, the gravity accelerometer
电子指南针开题报告
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 指南针是人类日常生活中不可缺少的一种判别方向的工具。在人类历史的几千年前，指南针就已经被发明并予以应用。如今，在军事，工业，导航，生活等的各个方面，指南针一如既往地发挥其作用。 中国是世界上公认发明指南针（Compass）的国家。据《古矿录》记载最早出现于战国时期的河北磁山（今河北省邯郸市磁山一带）一带。指南针的发明是我国汉族劳动人民在长期的实践中对物体磁性认识的结果。由于生产劳动，人们接触了磁铁矿，开始了对磁性质的了解。人们首先发现了磁石吸引铁的性质，后来又发现了磁石的指向性。经过多方面的实验和研究，终于发明了实用的指南针。 最早的指南针是司南。它是用天然磁石制成的。样子象一把汤勺，圆底，可以放在平滑的“地盘”上并保持平衡，且可以自由旋转。当它静止的时候，勺柄就会指向南方。司南由青铜盘和天然磁体制成的磁勺组成，青铜盘上刻有二十四向，置磁勺于盘中心圆面上，静止时，勺尾指向为南。 虽然指南针的始祖在中国被发明，但是由于社会的进步和发展，人们对方位的判断要求也随之提高。因此，古代的司南及各类机械指南针由于种种因素并未得到广泛的应用，如，天然磁体资源有限并不易找到，在后期加工时又容易因为打击、受热等工序而失磁。也是因为这样，司南的磁性比较弱，而通过接触旋转而指明方向，需要它与地盘接触处要非常光滑，否则会因转动摩擦阻力过大，而难于旋转，影响指南效果。机械指南针的可携带性以及稳定性也是导致其未能普遍使用的因素。 近几十年来，由于国内外电子技术的飞速发展，特别是在磁传感器和专用芯片（ASIC）上的发展使能指南针的基本实现机理有了质的改变，不再是机械结构而采用了磁场传感器和专用处理器对磁场进行测量和处理后指示方向，这就是当前应用较为广泛的电子式指南针。与传统的机械指针式指南针相比，因电子式指南针采用电信号传送，且以较为直观的方式显示测量的结果，所以电子式指南针无论是在灵敏度上还是在精度上都远胜前者，而且不会因为机械磨损而减短使用寿命。且电子指南针采用高度集成的功能性模块，其体积与重量可以达到很小，在可携带性上也大大优于机械指南针。 国外现阶段研究电子指南针的主要应用是提供地磁导航功能，相对于其他导航手段而言,地磁导航起步得比较晚。在20世纪60年代中期,美国的E2systems公司提出了基于地磁异常场等值线匹配的MAGCOM系统, 70年代获得测量数据后,系统进行了离线实验。20世纪80年代初,瑞典的Lund学院对船只的地磁导航进行了实验验证,实验中将地磁强度的测量数据与地磁图进行人工比对,确定船只的位置,同时根据距离已知的两个磁传感器的输出时差,确定船只的速度。
陀螺仪基本原理
陀螺仪介绍2013-1-28
?陀螺仪发展及应用情况 ?MEMS陀螺仪基本原理 ?陀螺仪与加速度传感器、电子罗盘的 对比以及九轴概念 ?测试讨论 2013-1-28
?陀螺仪发展及应用情况 ?MEMS陀螺仪基本原理 ?陀螺仪与加速度传感器、电子罗盘的 对比以及九轴概念 ?测试讨论 2013-1-28
2013-1-28 1850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault ）为了研究地球自转，首先发现高速转动中的转子 （rotor ），由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字 gyro （旋转）和skopein （看）两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。
?最初的陀螺仪主要用于航海，起稳定船体的作用，此时主要是二维陀螺仪； ?后在航空、航天领域开始广泛的应用。用于飞行体运动的自动控制系统中，作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。指示 陀螺仪主要用于飞行状态的指示，作为驾驶和领航仪表使用。在这些应用中都是三维陀螺仪； ?另外，在军事领域，陀螺仪也发挥着重要作用，例如炮弹的旋转、导弹的惯性导航系统，以提高击中－杀伤比 ?最开始用于航海、航空、航天的陀螺仪都是机械式的，到了现代，主要可以分为压电陀螺仪、微机械陀螺仪、光纤陀螺仪、激 光陀螺仪，现代陀螺仪在结构上已不具备“陀螺”，只是在功能上 与传统的机械陀螺仪同样罢了 2013-1-28
2013-1-28 现在广泛使用的MEMS （微机械）陀螺可应用于航空、航天、航海、兵器、汽车、生物医学、环境监控等领域。并且MEMS 陀螺相比传统的陀螺有明显的优势： 1、体积小、重量轻，适合于对安装空间和重量要求苛刻的场合，例如弹载测量等； 2、低成本； 3、更高可靠性，内部无转动部件，全固
徐东海常见等电子体原理及如何判断等电子体
等电子原理及其应用 等电子原理：含有相同原子数（除氢外）和价电子数的分子或离子往往具有相似的几何构型和化学键合情况。 1、同族元素互换法 即将既定粒子中的某元素换成它的同族元素。如：（1）CCl4的等电子体确定：换IVA族元素有SiCl4、GeCl4等；换VIIA族元素有CF4、CBr4、CI4、CFCl3、……；同时换可有SiF4、SiFCl3、……。 （2）CO2的等电子体确定：可将O原子换为S原子得COS、CS2，注意不能将C原子换为Si原子，因为CO2和SiO2的结构不同（前者为分子晶体，后者为原子晶体）。同理，不能将BeCl2的等电子体确定为MgCl2或BeF2（后两种为离子晶体）。 （3）SO42－的等电子体确定：将一个O原子换为S原子得S2O32－；NO3－的等电子体可确定为PO3－。（4）对于原子晶体类也可作类似推导：金刚石C n与晶体硅Si n互为等电子体。 2、价电子迁移法 即将既定粒子中的某元素原子的价电子逐一转移给组成中的另一种元素的原子，相应原子的质子数也随之减少或增加，变换为具有相应质子数的元素。 一般来说，讨论的元素为s区或p区元素，即主族元素居多，通常相关元素的族序数满足A+B=C+D（或A+B=2C）关系的，可考虑将A、B等个数换为C、D（或1A、1B换为2C）。如：
（1）CO2的等电子体确定，除了上述结果以外，还可以采用价电子迁移法：C、O原子的价电子数分别为4、6，从周期表中的位置看，中间夹着N元素，N原子价电子数为5，一个O原子拿一个电子给C原子，在电性不变条件下质子数同时变为7（价电子同时变为5），则可换为两个N原子（由此也可以看出N2与CO互为等电子体）得N2O；如果将C原子的两个价电子转移给两个O原子，元素原子分别转换为1个Be、2个Cl，就可以得到CO2的另一个等电子体BeCl2。 同样可以判断：金刚石C2n与晶体硅Si2n的等电子体还可以为金刚砂 (SiC)n、GaAs、AlP等；石墨C2n与白石墨(BN)n互为等电子体；无机苯B3N3H6与有机苯C6H6互为等电子体。 （2）离子之间的等电子体也可以推导：与N3－的等电子体查找方法，可将2个N原子换为1个C原子和一个O原子可得CNO－。 3、电子—电荷互换法 即将既定粒子中的某元素原子的价电子转化为粒子所带的电荷。这种方法可实现分子与离子的互判。如： CN－的等电子体查找可用N原子1个电子换作1个负电荷，则N原子换为C原子，离子带2个负电荷，其等电子体即为C22－；反之，将CN－的电荷转化为1个电子，该电子给C原子，即得N2，若给N 原子即得CO。同样可判断HNO3的等电子体为HCO3－；ICl4－与XeCl4互为等电子体
基于磁阻芯片和MSP430单片机的电子罗盘设计_郭检柟
第8卷 第1期 信 息 与 电 子 工 程 Vo1．8，No．1 2010年2月 INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Feb．，2010 文章编号：1672-2892(2010)01-0012-04 基于磁阻芯片和MSP430单片机的电子罗盘设计 郭检柟 (东南大学 IC 学院，江苏 南京 210096) 摘 要：电子罗盘是一种获取载体姿态航向的设备。介绍磁电子罗盘的工作原理及其具体实现，利用Honeywell 的HMC1022双轴磁阻传感器设计了一种小型化的电子罗盘，利用AD623高精密度放大器作信道调理电路，利用低功耗的MSP430微处理器完成A /D 转换、方位角计算以及数字化输出等工作。采用置位/复位电路配合微处理器有效解决了传感器失调和漂移的影响。实验表明该系统具有良好的获取航向能力，且运行稳定，功耗低，误差小于1°。 关键词：地磁场；电子罗盘；磁阻芯片；MSP430微处理器 中图分类号：TN911.72 文献标识码：A Design of digital compass with magneto resistive chip and the MCU of MSP430 GUO Jian -nan (School of IC，Southeast University，Nanjing Jiangsu 210096，China) Abstract：Digital compass is a kind of device which can acquire the carrier ’s attitude. This study introduced the principle of an electronic compass. By using magneto resistive sensor chip HMC1022 made by Honeywell，a 2-axis electronic compass was developed. The amplifier AD623 was used as the signal conditioning circuit. The MPU MSP430 was in charge of A/D converting, azimuth computing and digital outputting. And the Set/Reset(S/R) circuit was adopted so that the error due to null and drift could be minimized. Experiment results showed that the system had good ability to acquire the carrier ’s attitude with stable operation and low power consumption. The error was below 1°. Key words：geomagnetic field；digital compass；magneto resistive sensor chip；MSP430 1 电子罗盘的测量原理 地球的磁感应强度大约为50 μT~60 μT ，相当于沿着地球中心的一个磁棒，磁棒的两极相对于地理的两极有大约11.5°的夹角。无论何地，地球磁场的水平分量永远指向磁北极。这一原理是所有罗盘的制作基础。所有罗盘都是测量地球磁场的北方向，其他方向即可推算出来。地球磁场的北方向和实际的北方向有差别，而这种差别的大小在地球上的不同地点是不同的，所以必须知道罗盘所在的大致位置，才能计算出如何补偿地磁和真实北方向的差别，以显示出真实的北方向。 磁北的方向就是地磁场在水平面上分量的方向。假设电子罗盘处于水平面上，要确定其相对于磁北的航向角α。由磁阻传感器可以直接得出地磁场的水平分量H x ,H y ，因此相对于磁北的航向角为： arctan β=x y H H (1) 正切函数的周期为180°，为保证数据有效性，船体航向角α转换到相对磁北0°~360°的范围内。可将式(1)分解为式(2)，由此可以得到相对于磁北极的360°范围内(顺时针方向)的航向角，加上当地的磁偏角就可以算出与真北的航向角。 2 电子罗盘系统硬件结构 本设计使用Honeywell 生产的AMR 二轴磁阻传感器HMC1022作为磁场测量元件，通过置位/复位(S/R)电路 收稿日期：2009-09-10；修回日期：2009-11-20
stm32电子指南针
《小型智能电子终端》 课程设计说明书 题目：电子指南针 院（系）：信息科学与工程学院 专业班级：电子1102 学生姓名：王金辉 学号：20111185061 指导教师：徐琴 20 14 年 6 月 9 日至20 14 年 6 月 25 日 华中科技大学武昌分校制
小型智能电子终端课程设计任务书
目录 1.前言 (1) 2.总体设计方案 (2) 2.1总体设计 (2) 3．硬件设计 (3) 3.1 STM32 (3) 3.2显示模块 (4) 4.软件设计 (6) 4.1 12864模块 (6) 4.2 主函数模块 (7) 5.系统调试 (10) 6.结论 (11) 7. 心得与体会 (13)
1.前言 指南针是用以判别方位的一种简单仪器,是一种重要的导航工具，可应用在多种场合中。指南针的前身是中国古代四大发明之一的司南。主要组成部分是一根装在轴上可以自由转动的磁针。磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上。磁针的北极指向地理的北极，利用这一性能可以辨别方向。常用于航海、大地测量等方面。 随着人们对指南针原理认识的不断深入，指南针也由先前笨重的“司南”发展到现在的便携式的指南针。但其基本构造是没有改变的，都是属于机械的指针式，其指示的机械结构基本上没有改变，都是利用某种支撑使得磁针能够受到地磁场的影响而自由的旋转。由于机械的先天因素导致了指针式指南针在便携性、灵敏度、精度以及使用寿命上都有一定的限制。由于国内外电子技术的飞速发展，特别是在磁传感器和专用芯片上的发展使能指南针的基本实现机理有了质的改变，不再是机械结构而采用了磁场传感器和专用处理器对磁场进行测量和处理后指示方向，这就是当前应用较为广泛的电子式指南针。 电子指南针内部结构固定，没有移动部分，可以简单地和其它电子系统接口，因此可代替旧的磁指南针。并以精度高、稳定性好等特点得到了广泛运用。本设计采用Honeywell公司的各向异性磁阻(AMR)传感器芯片HMC5883L。霍尼韦尔HMC5883L是一种表面贴装的高集成模块，并带有数字接口的弱磁传感器芯片，HMC5883L包括最先进的高分辨率HMC118X系列磁阻传感器，并附带霍尼韦尔专利的集成电路包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校准、能使指南针精度控制在1°~2°的12位模数转换器。简易的I2C 系列总线接口。HMC5883L采用霍各向异性磁阻(AMR)技术，该技术领先于这些各向异性传感器具有在轴向高灵敏度和线性高精度的特点。传感器具有的对正交轴的低灵敏度的固相结构能用于测量地球磁场的方向和大小，其测量范围从负8高斯到 8 高斯(gauss)。本文介绍了电子指南针的工作原理及电路硬件及软件的设计，同时给出了其抗干扰设计以及信号和数据的处理方法。
基于LSM303DLH集成传感器的电子罗盘实现方法
基于LSM303DLH集成传感器的电子罗盘实现方法 电子罗盘是一种重要的导航工具，能实时提供移动物体的航向和姿态。随着半导体工艺的进步和手机操作系统的发展，集成了越来越多传感器的智能手机变得功能强大，很多手机上都实现了电子罗盘的功能。而基于电子罗盘的应用(如Android的Skymap)在各个软件平台上也流行起来。 要实现电子罗盘功能，需要一个检测磁场的三轴磁力传感器和一个三轴加速度传感器。随着微机械工艺的成熟，意法半导体推出将三轴磁力计和三轴加速计集成在一个封装里的二合一传感器模块LSM303DLH，方便用户在短时间内设计出成本低、性能高的电子罗盘。本文以LSM303DLH为例讨论该器件的工作原理、技术参数和电子罗盘的实现方法。 1. 地磁场和航向角的背景知识 如图1所示，地球的磁场象一个条形磁体一样由磁南极指向磁北极。在磁极点处磁场和当地的水平面垂直，在赤道磁场和当地的水平面平行，所以在北半球磁场方向倾斜指向地面。用来衡量磁感应强度大小的单位是Tesla或者Gauss(1Tesla=10000Gauss)。随着地理位置的不同，通常地磁场的强度是0.4-0.6 Gauss。需要注意的是，磁北极和地理上的北极并不重合，通常他们之间有11度左右的夹角。 图1 地磁场分布图 地磁场是一个矢量，对于一个固定的地点来说，这个矢量可以被分解为两个与当地水平面平行的分量和一个与当地水平面垂直的分量。如果保持电子罗盘和当地的水平面平行，那么罗盘中磁力计的三个轴就和这三个分量对应起来，如图2所示。
图2 地磁场矢量分解示意图 实际上对水平方向的两个分量来说，他们的矢量和总是指向磁北的。罗盘中的航向角(Azimuth)就是当前方向和磁北的夹角。由于罗盘保持水平，只需要用磁力计水平方向两轴(通常为X轴和Y轴)的检测数据就可以用式1计算出航向角。当罗盘水平旋转的时候，航向角在0o- 360o之间变化。 2.ST集成磁力计和加速计的传感器模块LSM303DLH 2.1 磁力计工作原理 在LSM303DLH中磁力计采用各向异性磁致电阻(Anisotropic Magneto-Resistance)材料来检测空间中磁感应强度的大小。这种具有晶体结构的合金材料对外界的磁场很敏感，磁场的强弱变化会导致AMR自身电阻值发生变化。 在制造过程中，将一个强磁场加在AMR上使其在某一方向上磁化，建立起一个主磁域，与主磁域垂直的轴被称为该AMR的敏感轴，如图3所示。为了使测量结果以线性的方式变化，AMR材料上的金属导线呈45o角倾斜排列，电流从这些导线上流过，如图4所示。由初始的强磁场在AMR材料上建立起来的主磁域和电流的方向有45o的夹角。