电子罗盘的设计-文献综述

1、电子罗盘设计开题报告（文献综述）10 电子（1016405058）陈庆（苏州大学应用技术学院）1. 课题背景和意义通常的导航仪器主要有两种：陀螺罗经和磁罗盘。对地磁场测量方向的仪器叫做磁罗盘。我 国发明指南针就是一个简易的磁罗盘，对整个人类社会发展做岀巨大贡献。在公元50年左右， 磁石已经被运用到导航航啦，并且研制出了司南。在公元960-1127年吋候，支撑是的指南针一 指南龟被研制出來。到20世纪初，随着工业的发展，罗盘制造工艺也得到了飞速的发展，材 料的选择和机械制造使得罗盘的性能有了显著地提高。尤其是是机械式磁罗盘，现在某些情况下 依然使用机械式磁罗盘。到了 20世纪出，陀螺罗盘的问世，

2、对罗盘又是-场革命。罗盘感应这 地球的口转，磁性物质对其没有影响。使得陀螺罗盘的标度盘非常稳定，读取数据更加精确。当 代gps虽然有广泛的应用，但是信号经常被物体所遮挡，使其精度大打折扌ii。有效性也大大降低。 数字电子罗盘系统则将填补这-个不足，采用地磁场的工作原理，无论何吋何地磁场的水平分量 永远指向地磁北极，对gps信号进行有效补偿。随着科技发展和道路建设完善，汽车会给人们生活极大方便，汽车将会普及在我们生活中。 电子罗盘定向系统将会出现每-辆汽车里；届吋很多人会开自己的车旅游，回家，谈生意等等， 当置于一个陌生的环境中，导航定向对于行车安全非常重要。所以，迫切需要研究出一种低功耗, 便

3、丁携带，内置磁场感应器，系统稳定，并冃能完成精确定向的微系统，而木课题设计就是研究 出一个数字电子罗盘，专门解决这个问题而产生的。2. 磁阻效应式电子罗盘发展趋势曲于gps导航在高山、树林时信号传输不能很好的回馈到卫星中。同时gps容易受到其他信 号、波形干扰，导致其稳定在某些地区较弟。所以需要一个稳定的导航系统在任何场地都能测出 行驶方向，所以这个导航系统有很大的发展前景。有地磁大小和方向随地点不同而不同，无论在 地球的每一个地方，磁场的水平分量永远指向磁北，电子罗盘根据这一个原理制作的，所以电子 罗盘可以用于稳定的精确的汽车导航定向，电子罗盘系统的市场需求也在我国日趋明显，而且也 初具规模

4、。未來电子罗盘的发展的方向有以下几点：(1) 行业进行统一，整体规划，使其规范起来。讣这个行业发展更完全。(2) 使电子罗盘导航系统科技含量更高，使整个制造流程形成一个完整的产物链(3) 把gps的技术和电子罗盘技术相结合，提高导航的精确性、实用性和稳定性。(4) 把电子罗盘做成信息技术服务的产业，使其应用到更多的行业里，加快电子罗盘研究与发展。 未来科技发展更加快速，相对磁场技术也会越来成熟，电子罗盘系统将朝着先进性、经济性、实用性、功能型的成熟完善的系统！3. 磁阻效应式电子罗盘原理概述目前电了罗盘按照有无倾角补偿可以分为平面电了罗盘和三维电了罗盘，也可以按照传感器 的不同分为磁阻效应传感

5、器、霍尔效应传感器和磁通门传感器。利用磁性材料的磁阻效应制成磁性效应传感器。磁性材料的易磁化轴、形状和磁化磁场的方 向影响着其磁化方向。图1.1显示岀，当电流流通磁性材料时，其电阻阻值大小由材料流通电流 的方向与磁化方向的夹角0决定。把磁场m加在磁性材料上，z前磁化方向开始转动。如果磁化 方向转向与电流的方向垂直，0角增大，电阻阻值将减小；如果平行，即0角减小，电阻阻值将 增大，电流方向与电阻值的关系为cos2 o ,这就是磁阻效应。图1. 1磁阻效应原理磁阻式传感器具有低功耗，抗干扰，温度稳定性好，而且电路很容易搭建。灵敏度和线性度 比较好。其性能及稳定性容易被迟滞误差和零点温度漂移所影响，

6、地磁场强度比较小，外界非磁 场容易对磁阻式电子罗盘产生干扰。电子罗盘发展相当迅速，在需要导航的系统的各行各业。并 且有着非常大的应用前景。4. 课题研究的主要内容研究内容：基于单片机的电子罗盘系统的设计与实现预期目标：采用at89s52单片机和iimc5883磁阻传感器设计简易的电了罗盘系统，采用两轴设计和 补偿设计方案，是罗盘处于水平姿态时能正常使用，经过微控制器进行数字输出在显示屏上。5. 硬件系统设计方案数字电子罗盘3大模块分别是：传感器模块、数据采集模块和mcu模块。需要硕件有： 磁阻传感器、双轴加速度传感器、ad转换器以及单-片机的磁阻式电子罗盘。硬件总体框图 如下：电源总线包含x.

7、yz轴信号磁阻式传感器单 片 机显示屏键盘图2. 3系统硬件总体框图采用三轴磁阻传感器进行地球磁场矢量测量，双轴加速传感器可以传感地球重力场中测量载 体的姿态，然后通过姿态坐标变换将磁阻传感器得到载体坐标的测量信号变换到地平坐标系。其 磁阻式传感器hmc5883包含输出为3路的差分模拟电压值，差分值大约为几毫伏，信号经过传感 器内置的asic放大器把信号进行放大，再进行模数转换器进行放大和模数转换；再由有单片机处 理数字信号，经由处理后得到航向角由显示屏来显示；复位电路用于恢复磁阻传感器在强磁干扰 后的灵敏度；电源模块分别为复位电路和信号处理电路供电；此外专门添设了键盘调节数码管亮 度的功能，

8、使得操作员可以在环境光线强时将数码管调亮些，在夜间环境光线弱时将亮度调暗。6. 软件系统设计方案系统软件除了完成初始化、信号采集、信号调理、a/d转换，再到单片机中进行信号处 理分析，然后判断能否输岀。其框图如下所示：结束 :图2.4软件总体框图单片机对传感器失调、温度漂移等干扰造成的误差进行调整。失调和温度漂移会在传感 器敏感信号上面叠加一个直流偏置电路，单片机通过将传感器在置位和复位情况下得到的信 号进行分析，算出平均值。就可以得到由丁失调和漂移造成的直流偏置信号，在方向角计算 前对该偏置信号进行补偿即可消除其影响。再判断能否输出，如果不能输出，则再采集一次; 能输出则把数据送到显示屏显示

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