基于单片机的电子罗盘设计-文献综述

第1页文献综述1.课题背景罗盘是一种重要的导航工具，在现代人们的生产生活中起到了不可或缺的作用。罗盘的前身是指南针。主要组成部分是由一根指向南方的磁针与必要的基座。地球磁场的作用下磁针可保持在磁子午线的切线方向。针指向地理北极北极，因此可以引导人们的方向。在生活中可以用于野外勘探，航海，以及有极高的军事价值。随着电子技术的发展，电子罗盘的优势逐步体现，固定电子罗盘的内部结构，可以使它与其他一些电子所共存，因此可以代替旧的老式罗盘。并具有高的精度，稳定性好，已被广泛使用。通过收集的磁场强度在一定的方向上不同状态的电子信号，通过单片机对输出进行处理并显示在液晶屏幕上。通过使用磁阻传感器捕捉到地球上的磁场强度，并通过处理了后显示在液晶屏上，有利于学习的先进传感器的工作机制，打好基础，为将来做更复杂的系统。指南针始祖大约出现在战国时期。它是由一个磁石。看起来像一个勺子，在古代指南针被称为司南，圆形，可放置在光滑“草皮”，并保持平衡，并能自由转动。当它静止时，勺柄将指向南方。后来随着人们对罗盘的深刻认识，制作的罗盘也更复杂，但基本原理依旧要依靠一些机械对地磁感应，很容易受到外界因素的影响，从而使得到的结果不够精确，随着现代电子技术的飞速发展，人们能够利用磁阻传感器来判断自己所处的位子，使导航领域的发展更加系统化，在移动电话等电子设备中，人们通常会用一块小小的集成芯片来实现电子罗盘的内部结构，能与许多电子元件所共存，因此可以代替旧的磁罗盘，并具有高的精度，稳定性好，已被广泛使用，以使罗盘的定性的发展而发展。2.研究目的与现状2.1.研究目的和意义此种方案整个系统由AT89C51单片机，磁阻传感器HMC5883L，显示屏LCD1602组成。系统启动后，单片机先对显示屏LCD1602进行操作，显示屏进入初始状态，然后对HMC5883L进行操作，51单片机连续读取其X轴，Y轴，Z轴的数据，通过公式运算，算出X轴与正南之间的夹角，通过对夹角进行数据处理，最终展现给人们的是精确到小数点后一位的角度数据。设计思路是把磁阻传感器HMC5883测得的地磁数据传送至AT89C51单片机上，数据通过公式计算后再将其位置信息显示在LCD1602上面，使用的集成的磁第2页阻传感器模块，我们避免的了放大电路以及A/D转化等复杂的硬件，可以集中精力在软件的实现上下功夫。这个方案所用的硬件不多，而且成本较低，可实现程度高，所以最终选择了这个方案作为了最终设计。2.2.研究现状在国外有许多家公司都在研究和生产电子罗盘，尤其是Honeywell公司的磁阻式电子罗盘和KVH公司生产的磁通门电子罗盘最为人所知。在我国国内对电子罗盘的研究和发展起步还是比较晚的，一些国内的电子生产商基本都是以代理国外的品牌为主，自我的研究还不够深入细致。在九十年代末我国才真正开始对电子罗盘的研究。电子技术的发展是要有一定时间积累的。大连海事大学关政军教授利用磁阻传感器研制了水平状态下的磁罗经；西北工业大学刘诗斌教授在他的博士学位论文中把磁通门技术应用于无人机中并研制了原理样机，能够智能的对实际中出现的误差进行补偿；可以说在我国电子罗盘的发展空间还是很大的。2.3.存在的问题第一，结构问题,整机的机械结构是决定作品成败的关键，整体结构的优化可以使误差减小。第二，软件的问题，软件的问题就在于对算法的认知，以及内部端口之间的连接起止的收发信号等。第三，显示的问题，显示器的要求和规格极为重要，选择什么样的显示方式。3.课题途径及步骤整个系统由AT89C51单片机，磁阻传感器HMC5883L，显示屏LCD1602组成。系统启动后，单片机先对显示屏LCD1602进行操作，显示屏进入初始状态，然后对HMC5883L进行操作，51单片机连续读取其X轴，Y轴，Z轴的数据，通过公式运算，算出X轴与正南之间的夹角，通过对夹角进行数据处理，最终展现给人们的是精确到小数点后一位的角度数据。设计思路是把磁阻传感器HMC5883测得的地磁数据传送至AT89C51单片机上，数据通过公式计算后再将其位置信息显示在LCD1602上面，使用的集成的磁阻传感器模第3页块，我们避免的了放大电路以及A/D转化等复杂的硬件，可以集中精力在软件的实现上下功夫。这个方案所用的硬件不多，而且成本较低，可实现程度高，所以最终选择了这个方案作为了最终设计。本设计如何运用简单的电子元件（AT89C51单片机，HMC5833L磁传感器，显示器）制作一个电子罗盘，具备基本的指南功能。本设计的设计思路就是利用磁阻传感器对地磁的感应得到的信号，导入单片机中，经过单片机里的算法我们把得到的信号转换成显示信号，并在显示屏LCD1602中显示出来，显示的内容为南方与X轴的夹角。由于我们使用了HMC5883L的芯片，所以我们的硬件部分就相对简单了，功能的实现在于我们在软件上下的功夫，我们既要设置振荡的时钟，也要研究算法。该制作简单方便，可集成与手机或手边等电子用品之中利于生活。4.可能遇到的问题及应变措施此课题硬件部分占了相当大的比重，由于硬件中用到了HMC5883L高度集成的芯片所以硬件部分就显得不那么复杂，组要分为传感器模块、单片机外接时钟电路模块、51单片机模块、显示模块，我们可以分部来检查各个模块的运行是否正常。硬件的调试主要是检查电路焊接中可能出现的虚焊、漏焊等问题。首先先用万用电表测量个点的电压，以此来判断那边的焊接出现问题。用万用电表测量单片机与磁阻传感器连接部分看电压是否稳定在5V左右，电压正常，需要进一步排查错误。检查时钟电路发现时钟电路无电压，检查各个连接点发现虚焊，改正后发现电路正常运转。显示模块有显示表明显示模块电路正常。软件的调试主要是利用信号发生器、单片机开发板和Keil联调，通过观察显示屏上的分贝值是否随信号发生器输出信号的频率变化而变化，具体的调试步骤如下：1.将信号发生器的输出端接到单片机的P3.5口，并将单片机开发板与计算机连接好；2.在Keil平台上运行需要调试的程序，改变信号发生器输出信号的频率，观察显示屏上的dB值是否随着一起变化；3.如调试结果正确则进一步优化程序并结合硬件调试。第4页参考文献1陈伟涛.基于MEMS传感器的电子罗盘设计D.广东工业大学.20132张贤海，钱正洪，白茹，朱礼尧，李栋亮.基于ARM9平台的电子指南针的设计J.现代电子技术.20133李淑婷.基于磁阻传感器的三维电子罗盘的设计与研究D.长安大学.20134王勇军.基于磁阻的加速传感器的三轴电子罗盘研制D.桂林科技大学.20105秦涛，马建仓，王彤，朱彦朋，柏会宁.电子罗盘最佳椭圆误差补偿方法J.仪器仪表学报.20116杨玉含，黄先祥，周召发，孙立江.基于电子罗盘的快速粗定向方法研究J.计算机测量与控制.20127吴建平.传感器原理及应用M.机械工业出版社.20128谭浩强.C程序设计第三版M.清华大学出版社.20059胡宁博，李剑.基于HMC5883的电子罗盘设计J.201110蒋东方，文彩虹.磁罗盘误差分析与校准J.传感技术报.201011杜英.电子罗盘测量误差分析和补偿技