基于系统芯片(SoC)的低成本电子罗盘的设计
一种电子罗盘的电路设计
一种电子罗盘的电路设计姚丽青;杨文杰【摘要】Using the magnetic resistance sensor and accelerationsensor,based on the idea of attitude an-gles and geomagnetic filed,an electronic compass used for measuring attitude angles is designed.The hard-ware design and software flow of the electronic compass is presented.And the presentation is accurate and detailed.According to main parts of the circuit,the error sources of measurement accuracy are analyzed.U-sing the position error correction method based on the least squares, the accuracy is also corrected.%利用磁阻传感器和加速度传感器设计了测定姿态角的电子罗盘，给出了电子罗盘的硬件设计和软件流程，电路具体准确。
根据其构成的主要器件，分析了影响电子罗盘测量精度的误差来源，并采用基于最小二乘法位置罗差补偿法做了校正。
【期刊名称】《湖北民族学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P463-466)【关键词】姿态角;电子罗盘;磁阻传感器;加速度传感器;误差校正【作者】姚丽青;杨文杰【作者单位】山西大学物理电子工程学院，山西太原030013;山西大学物理电子工程学院，山西太原030013【正文语种】中文【中图分类】TP212.13基于磁阻传感器和加速度传感器的电子罗盘具有体积小、重量轻、精度高、可靠性强、响应速度快等优点［1］，被广泛应用于航空、航海、交通、电子通讯等领域，也应用于智能手机等生活类电子产品中．具体可以配合车载GPS 导航(GPS 进入隧道或速度低于20km/h 就会失效)、电信基站天线角度的测量、大型机械平台的水平测量、手机、游戏杆等产品中．本设计中的电子罗盘采用Honeywell 公司的两轴磁阻传感器HMC1052L(x，y)，单轴磁阻传感器HMC1021Z 以及MEMS 重力加速度传感器MXD2020E，采用MSP430F247 单片机采集处理传感器信号，经过数据预处理和算法补偿后，罗盘系统精度基本上可以达到± 1°．该罗盘结构简单、体积小、重量轻，已经被用到电信基站天线角度监测，实验证明，该系统有很好的推广和利用价值．本文中的电子罗盘固定在载体上，通过自身的加速度传感器和磁阻传感器分别测量出重力加速度在载体坐标系中的两个分量与地磁场的磁感应强度在载体坐标系中的分量，通过CPU 的处理确定出载体的具体方位，载体与水平地面间的夹角．1 电子罗盘的基本原理1．1 坐标系统地球的磁场强度为0．5～0．6 gauss，无论何地，磁场的水平分量永远指向磁北，这是所有磁罗盘的制作基础［2］．传统的导航定位，通过3 个角度，即方位角α、俯仰角θ 和横滚角φ 定义了姿态参数，实际上就是载体坐标系和地理坐标系之间的方位关系．现在取两个坐标系OXYZ 与O 'X'Y'Z'，OXYZ 为地理坐标系，OX在当地水平面内指向地理北极，OY 在水平面内与OX 垂直在OX 右方，OZ 与OX、OY 构成右螺旋关系，即沿重力加速度方向．方位角α 定义为沿Z 轴方向看去OXY 绕Z 轴顺时针旋转的角度为正，俯仰角θ 定义为沿Y轴方向看去OZX 绕Y 轴顺时针旋转的角度为正，横滚角φ 定义为沿X 轴方向看去OYZ 绕X 轴顺时针旋转的角度为正．O'X'Y'Z'固定在载体上，以载体质心为原点，平面直角坐标系O'X'Y'固定在载体的对称平面上，O'Z'沿由O'X'至O'Y'的右螺旋前进方向．坐标系OXYZ 先绕Y 轴转过θ，再绕X 轴旋转φ 与坐标系O'X'Y'Z'重合．要了解载体在空间的姿态，就必须测出方位角α、俯仰角θ 和横滚角φ．1．2 各各角度的测量原理加速度矢量在坐标系OXYZ 中表示为［0 0 g］T，在坐标系O'X'Y'Z'中为［g'x g'y g'z］T，根据坐标系O'X'Y'Z'、OXYZ 之间的变换关系，它们的关系为:即:由式(2)有:和由装在载体上的加速度传感器测出，将它们代入式(3)可求出俯仰角和横滚角．磁感应强度矢量在坐标系OXYZ 中表示为，在坐标系O'X'Y'Z'中为中三个量由磁阻传感器测出，根据坐标系OXYZ、O'X'Y'Z'之间的变换关系，它们之间的关系为:由式(4)求得方位角α=arctan Hx/Hy，至此载体在空间的方位由它的方位角α、俯仰角θ 和横滚角φ 完全确定．由式(2)可知载体平面法矢量为而地平面法矢量为它们的坐标基不同，将地平面坐标法矢量转换到载体坐标系中那么载体平面与地平面的夹角，则γ=arccos(cosφcosθ)．2 电子罗盘系统电子罗盘的硬件原理框图如图1 所示．本系统选用MXD2020两轴重力加速度传感器Honeywell 公司的两轴磁阻传感器HMC1052L(x，y)，单轴磁阻传感器HMC1021Z，分别获得载体平面的重力加速度分量和三维空间的地磁场分量，采用MSP430F247 单片机采集处理传感器信号，经过数据预处理和算法补偿后，测得载体的姿态参数并通过Rs485 传入上位机．2．1 微处理器微处理器的原理图见图2，该系统采用TI 公司的16 位RISC 结构超低功耗单片机MSP430F247 作微处理器，本处理器拥有超低功耗，片上资源丰富，拥有60 KB Flash ROM，4kB RAM，32 路通用I/O 口，8 路12－Bit A/D 转换器，10 个可捕获比较的定时计数器，两个异步通用串行口，JTAG 调试口，等外围电路，便于开发和二次开发［2－3］．2．2 加速度传感器模块设计图1 电子罗盘系统框图Fig．1 Electronic compass system block diagram由原理分析可知，加速度传感器只需要X，Y 两轴便可，本设计选用MXD2020．MXD2020 所测重力加速度与Dout 输出的脉冲占空比成正比，且加速度为0 时占空比为0．5，量程因子为0．2/g［4］．用MSP430F247 的TA0 测量X 轴的占空比，TA1 测量Y 轴的占空比，gx=(T1x/T2x－0．5)g/0．2=g sinθ，gy=(T1y/T2y－0．5)g/0．2=gsinφ．由此可知:每次测量开始，设为上升沿中断，时钟源1 μs，第一次中断打开计时器，并改为下降沿中断，第二次中断再改为上升沿中断，同时捕获脉冲“ON”计时值T1，第三次中断中捕获T2 计时值，并关闭中断．T1，T2 测得，代入式(6)可求得角θ，φ，与水平面真夹角．2．3 磁阻传感器设计用MSP430F247 的A0，A1，A2 对Hx'，Hy'，Hz'轴的磁场分量做A/D 转换，Avcc 接3．3 v 并选为Verf A/D 参考电压，精密三运放AD623 作为磁阻传感器信号放大，为区分磁场极性用一片AD623 做一精密二分压电路，将3．3v 分为1．65v 作为磁阻传感器信号放大器AD623 的参考电压 Vref． HMC1052，HMC1051 的敏感电压(sensitivity)为1．2(max)mV/V/gauss 桥路偏置电压bridge offset 为1．25 mV/V，名义电压设为0．135 mV/V 则HMC1052 ，1051 的最大输出电压为1．335×5×0．625+(1．25+0．135)×5=10．425 mV，取整为10 mV，增益Gain=1．65/0．01=165，Rg=637［5］，IRF7509 组成“H”桥路对磁阻阻传感器置位/复位电路，假设置位后测得值为Mset(x，y，z)，复位后测得值为Mres(x，y，z)，实际磁场值为H(x，y，z)则offset(x，y，z)=Mset(x，y，z)+Mres(x，y，z)－4096，H(x，y，z)=Mset(x，y，z)－offset(x，y，z)－2048．Hx，Hy，Hz，φ，θ 前已求得，自然可求得航向角［4］．图2 微处理器原理图Fig．2 The principle diagram of the microprocessor图3 加速度传感器原理图Fig．3 The principle diagram of the acceleration sensor当(Hx＜0)时，航向角α=π－arcTan(Hx/Hy);当(H＞0，Hy＜0)时，航向角α=－arcTan(Hx/Hy);当(Hx＞0，Hy＞0)时，航向角α=2π－arcTan(Hx/Hy);当(Hx=0，Hy＜0)时，航向角α=π/2;当(Hx=0，Hy＞0)时，航向角α=3π/2．图4 X、Y 轴磁场分量测量电路Fig．4 X，Y axis magnetic field componentmeasurement circuit图5 Z 轴磁场分量测量电路Fig．5 The Z axis magnetic field component measurement circuit3 误差补偿图6 为用MATLAB 求得的误差拟合函数，其中* 为航向角误差值，曲线为拟合函数曲线，由图可知除130°与180°误差在1 度左右外，其它角度误差拟合函数相当好，f(α)=a+bsinα+ccosα+dsin2α+ecos2α(因为误码差与实测航向角的函数关系具有周期性，所以可设该函数为富里叶级数前5 项，由MATLAB 可求得a，b，c，d，e 系数)图6 航向角误差拟合函数图Fig．6 Course angle error of fitting function diagram4 结语基于Honeywell 公司生产的磁阻传感器芯片研制的电子罗盘系统抗干扰能力强、抗震性高、稳定性好;同时硬件价格低廉、成本低、功耗小．采用的基于最小二乘法位置罗差补偿法是罗盘误差补偿方法中的一种，该方法相比较神经网络误差补偿方法、椭圆拟合误差补偿方法来说，有较高的测量精度，只要计算出系统的误差补偿函数系数，罗盘系统即可实现误差补偿校正，操作简单、易于实现．实验证明该电子罗盘系统可应用在普通导航领域．参考文献:［1］刘敬彪，郑玉冰，章雪挺．三轴磁罗盘的设计与误差校正［J］．自动化仪表，2008(9):10－12．［2］袁信，俞济祥，陈哲．导航系统［M］．北京:航空工业出版社，1993:2－2．［3］ Honeywell Application Note:AN205l［EB/OL］．(2007－10－08)［2014－07－01］．www．magneticsensors．com．［4］ Michael J．Caruso Applications of Magneto Resistive Sensors in Navigation System［J］．Sensors and Act uators，1997，21:357－342．。
基于51单片机的电子罗盘系统的设计与实现解读
本科生毕业设计（论文）论文题目：基于51系列单片机数字电子罗盘设计与实现姓名：学号：班级：年级：专业：学院：指导教师：完成时间：2013年5 月28日作者声明本人以信誉郑重声明：所呈交的学位毕业设计（论文），是本人在指导教师指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。
文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，不包含他人成果及为获得东华理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。
本毕业设计（论文）成果归东华理工大学所有。
特此声明。
毕业设计（论文）作者（签字）：签字日期：年月日本人声明：该学位论文是本人指导学生完成的研究成果，已经审阅过论文的全部内容，并能够保证题目、关键词、摘要部分中英文内容的一致性和准确性。
学位论文指导教师签名：年月日基于51系列单片机数字电子罗盘设计与实现黄飞Based on 51 single-chip digital electronic compass system design and implementationHuangFeiI摘要当今社会交通越来越发达，导航系统也随之普遍。
在以前人们大多数使用地图，看路况。
但是由于经济发展，交通路线也变化好大。
现在虽然有GPS，但是在山区有覆盖遮蔽的地方，GPS也失去作用。
汽车出巡不方便，为解决这个的问题，本文主要研究使用在汽车导航设备的能够精确定向的电子罗盘系统。
本文主要介绍磁阻式电子罗盘的工作原理，并详细介绍了磁阻传感器HMC5883、双轴加速度传感器ADXL202、AD7705转换芯片以及AT89C52单片机的磁阻式电子罗盘的硬件设计；根据传感器信号输出特点，经过AD7705模数转换后，利用AT89C52单片机处理信息功能经过分析后，经显示屏显示行驶方向。
电子罗盘设计方案
电子罗盘设计方案.doc电子罗盘设计方案 1 引言V2XE 是一种以集成微处理器作为控制和接口新型2轴罗盘和大磁场传感器[1,U2XE 使用新型系统常用3V 工作电源,具有功耗低、尺寸小、各种条件下抗噪声能力强、较大测量灵敏感应区等优点。
V2XE 结合了PNI 公司专利磁场感应传感器和测量电路技术,不受补偿漂移影响,不同温度下测量结果很稳定。
V2XE 简单易行标准SPI 接口输入/输出数据。
2 性能特点V2XE 典型特性如下功率低（3V DC,2mA 输出）; 封装尺寸小（25.4mm5.4mm11.5mm）; 高磁感应（0.01°）; 高磁精度（2.0°）; 数字接口输出（3V 标准SPI 接口）; 具有高磁场感应（0.00015Gauss）; 具有大磁场量程（±11Gauss）。
V2XE 引脚功能如表1所列。
将V2XE 应用于GPS 系统,用AT89C2051读取V2XE 测量数据,串口将数据传送到GPS 处理器,图1示出V2XE 连接到单片机原理图。
AT89C2051没有标准SPI 口输出[2,故分别用P1.7、P1.6和P1.5 来模拟SCLK、MISO 及MOSI 端。
V2XE 复位引脚SYNC 由P3.7脚控制,SSNOT 接,V2XE 工作从机模式。
3 数据格式和命令字V2XE 有Big Endian 和Little Endian 两种数据格式。
Big Endian 类型数据是从高位到低位存放,Little Editan 数据是倒序存放,即最高8位依次放最低8位数据,最低8位依次放最高8位数据。
如图2所示。
带有数据命令格式由开始标志（Sync Flay）、指令类别（Frame Type）和结束标志（Terminator）组成,图3所示是一个带有参数Heading（0X02）和Magnitude（0X05）SetDataComponents（0X03）命令构成。
基于MEMS器件的电子罗盘系统设计
物体的倾斜状态 （ 即姿态） 。当姿态测量系统安装 于 运动载体上时， 该测量系统 的姿态与被测物体 的姿态 将 一致 ， 图 １ 如 所示 。
速 度计 Ａ Ｘ ３０和 Ｈ ｎｙ ｅｌ 司 的各 向异性磁 阻传 Ｄ Ｌ３ ｏｅｗ ｌ公 感 器 Ｈ ５ ８Ｌ组成 的 。采用 ＭＳ４ ０ １９单 片 机采 ＭＣ ８３ Ｐ ３ Ｆ６
关键 词 ： ＭＳ加速 度计 ； 阻传 感器 ； ＭＥ 磁 电子 罗盘 中图分类 号 ：Ｐ １ ． Ｔ ２２ ９ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ０— ８ ９ ２ １ ）４— ０ ２— ４ １０ ８ ２ （０ ２ ０ ０ ３ ０
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｇ ｔ ｌＥｌ ｃ ｒ ｎ ｃ Ｃｏ ｐ ｓ ｓ ｅ ｓ ｄ ｏ ＥＭ Ｓ Ｄｅ ｉ ｅ ｓｇ ｆ Ｄｉ ｉａ ｅ ｔ ｏ ｉ ｍ ａ ｓ Ｓｙ ｔ ｍ Ｂａ ｅ ｎ Ｍ ｖｃ
・
３ ２・
《 测控技术１０ ２ ２ １ 年第 ３ 卷第４期 １
基 于 ＭＥ ＭＳ器件 的 电子 罗 盘 系统 设 计
蒋海 涛 ， 随源 李
（． １ 焦作师范 高等专科学校 物理与 电子工程 系，河南 焦作 ４ ４０ ； ． ５ ０ １ ２ 西北工业大学 电子信息学院 ， 陕西 西安 ７０ ７ ） １０２
摘 要 ： 究 了一 种基 于 ＭＥ Ｓ加速 度传 感器 、 研 Ｍ 三轴磁 阻传 感 器和 ＭＳ ４ ０ １９单 片机 的数 字 电子 罗盘 测 Ｐ ３ Ｆ６
量 系统 。介 绍 了航 向的测 量原理 、 向 角表 达 式 以及 系统 的整体框 架 ， 点 阐述 了系统 的硬件 电路 设计 航 重 和误 差补偿 方 法 ， 罗盘 系统精 度 最 大误 差从 ４ ． 。 高到 了 １５ 左右 。 使 １５ 提 ．。
基于单片机的GPS／电子罗盘测姿定位系统
示 的数 据 。整 个 流 程 如下 ： 首先 ， Ｐ Ｇ Ｓ接 收 机 ｉ ｒｘ ３ ２ Ｔ ａ０ —０
引 言
当前 ， 星导航成为导 航技术 发展 的主要 方 向， 卫 自助
通 过 天 线 接 收 ＧＰ Ｓ卫 星 发 射 的 信 号 ， 要 求 输 出 当 前 经 按 度 、 度 和 高 度 信 息 。电子 罗 盘 ＨＭＲ３ ０ 纬 ３ ０实 时 输 出跟 踪
过 串行 口接 收 ， 片 机 子 系 统 是 整 个 系 统 的控 制 核 心 ， 单 它
球 转 速 高 、 损 大 、 命 短 等 问 题 ， 文 做 了载 体 姿 态 和 磨 寿 ］本 位 置 测 量 的 研 究 。就 测 姿 定 位 问 题 ， 文 基 于单 片机 最 小 本 系 统 ， 计 了基 于 Ｇ Ｓ 电子 罗 盘 的测 姿 定 位 系 统 ， Ｇ Ｓ 设 Ｐ／ 将 Ｐ
基 于 单 片 机 的 ＧＰ ／ 子 罗 盘 测 姿 定 位 系 统 Ｓ电
李 贵 珍 。 窍 蒋
（ 中北 大学 仪 器 科 学 与 动 态 测试 教育 部 重 点 实 验 室 ， 原 ００ ５ ） 太 ３ ０ １
摘 要 ：设 计 了一 种 基 于 ＧＰ ／ Ｓ 电子 罗盘 的 测 姿 定位 系统 。该 系统 利 用 单 片机 Ｃ ｏ １ ０ １作 为 中央 处 理 器 ， 耗 极 低 的 ８５Ｆ ２ 功
ａ ｃ ｒ ｔ ｌ ｎ ｅ ｉｂ ｙ ｃ ｍｐ ｅ ｅｔ ｅ ｒ ａ— ｉ ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｏ ｔ ｉ ｄ ｎ ｏ ｉ ｏ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｎ ｏ ｖ ｎ ｅ ｉｌ ，ｌｙ ｎ ｈ ｏ ｎ ａ ｉ ｎ ｃ ｕ ａ ｅ ｙ ａ ｄ ｒ ｌ ｌ ｏ ｌｔ ｈ ｅ ｌ ｍｅｍ ａ ｕ ｅ ｎ ｆａ ｔ ｕ ｅ ａ ｄ ｐ ｓｔ ｎ ｉ ｆ ｒ ｔ ｆｍｏ ｉ ｇ ｖ ｈ ｃｅ ａ ｉｇ ｔ ｅｆ ｕ ｄ ｔ ａ ｔ ｔ ｉ ｏ ｏ ｆ ｒｆ ａ ｅ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ｎ ｅ ｒ ｔ ｄ ｎ ｖ ｇ ｔ ｎ ｏ ｉ ｌ ａｉ ｔ ｆｉ ｔ ｇ ａ ｅ ａ ｉ ａ ｉ ． ｎ ｒ ｚ ｏ ｏ Ｋ ｙ ｗｏ ｄ ：ＧＰ ｅｅ ｔｏ ｉ ｃ ｍｐ ｓ ； ｔｉ ｄ － ａ ｕ ｉ ｇ ａ ｄ ｐ ｓｔ ｎｎ ｙ ｔ ｍ ｅ ｒｓ Ｓ； ｌｃ ｒ ｎｃ ｏ ａ ｓ ａｔｔ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｎ ｏ ｉ ｏ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｕ ｎ ｉ
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： ********** 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：***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 titleAbstractDigital 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目录摘要 (2)Abstract (3)目录...........................................................................................................................................错误!未定义书签。
计价秤SoC低成本设计方案
计价秤SoC低成本设计方案
本文介绍一个适用于计价秤的SoC 方案。
计价秤的用途多属商业交易
范畴，为使买卖双方的交易更趋公平，其认证规范相当严格。
在各种不同环境
条件下所产生的测量误差，皆不得超过规范之容许误差范围，否则可能会因违
反公平交易之原则，产生许多法律责任问题。
因此，许多国家对于商业用的计
价秤都有其规范并且需要得到国家认证才能在交易市场上使用。
所有相关规范中，以OIML(International Organization of Legal Metrology，国际法定度量衡组织)的规范最为完整，许多欧美国家采用此规范作为准则。
一些亚洲国家和地区
虽发展出自有的认证规范，亦以OIML 作为参照准则。
下文简略介绍OIML 的
相关规格与要求。
计价秤若要通过OIML 的第3 级认证(Class III)，则测量误差(环境温度- 10~40℃)不可超过mpe1(mpe 为最大允许误差);而通过认证的机种在市场应用时亦不得超过mpe2。
图1 为mpe1、mpe2 的允许误差范围图。
表1 为每一个等级在各量程中最大的允许误差值。
由于电子式计价秤采用的感应器大多为Load Cell(称重传感器)，然而一
个通过OIML 认证等级(Class C)的Load Cell 已经占用了PLC(apportionment factor，分摊系数) ≤0.7，如表2，因此在其它电子设备，如模数转换器(ADC)的PLC 应小于0.3。
tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。
仅供参阅！。
电子罗盘
哈尔滨理工大学开放实验报告实验项目名称：电子罗盘系统的原理与设计学生所在学院：测控技术与通信工程学院学生所在班级：学生姓名：实验总学时数：指导教师：哈尔滨理工大学教务处制20 年月日一、实验目的与任务：实验目的：通过对《电子罗盘系统的原理与设计》总体认识，学习电子罗盘的原理及涉及的相关知识，运用加速度计和磁阻传感器以MSP430单片机为核心处理器，1602为显示机构，完成电子罗盘的设计。
在完成设计的同时，对自身能力的提高，在科学技术飞速发展的社会里，增加自己的社会竞争力。
实验任务：1. 查阅资料在对电子罗盘原理的有一定了解的基础上，确定完成实验所需要的元器件2.设计电子罗盘的硬件系统并作出原理图。
3.对部分可仿真电路进行仿真，修改原理图。
4.学习Protel软件绘制PCB板，并绘制出PCB图。
5.掌握贴片电阻的焊接技术，焊接电路板，进行调试。
6.学习并掌握MSP430单片机上编程资源及相关的使用方法，在IAR软件开发环境上编制主程序及各部分子程序；完成磁阻电子罗盘的软硬件联合调试，实现系统功能。
7.开发开发板的其他功能。
二、实验前的准备工作（包括资料查找、相关知识准备等）：1.查阅资料初步了解电子罗盘的原理，初步学习430正确选用试验中所需要的芯片，对电子罗盘的设计有整体的结构框架并设计出实验方案。
把实验方案交指导教师，根据指导教师建议对实验方案的可行性、实验室条件等因素对方案进行完善修正，使之具有可操作性，满足实验目的要求，确定实验方案并制定实验进度计划。
2. 分析磁阻效应从而了解磁阻传感器的工作原理及其输出信号特征，进而明确磁阻电子罗盘利用地球磁场测量载体方向的原理。
3. 根据实验进度依次完成各进度中所需知识的学习。
(1) 学会用Protel绘制电路板，并完成MSP430最小系统及传感器模块的原理图和PCB图的绘制。
(2) 加工印制电路板并完成焊接。
(3) 学习MSP430单片机原理，完成最小系统板的硬件调试。
基于AT89S52单片机的电子罗盘系统的设计与实现
本科生毕业论文（设计）题目：基于AT89S52单片机的电子罗盘系统的设计与实现学生姓名 ******学号 0804200230指导教师 ******二级学院信息学院专业名称计算机科学与技术班级 0*计算机*班20**年4月声明及论文使用的授权本人郑重声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下独立完成的。
除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。
论文作者签名：年月日本人同意浙江财经学院有关保留使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公布全部内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
论文作者签名：年月日基于AT89S52单片机的电子罗盘系统的设计与实现摘要：随着汽车进入千家万户，但普通汽车不具备高端汽车内置的电子罗盘定向系统；而导航定向对于行车安全非常重要。
本文将介绍一种用于车载设备精确定向的电子罗盘系统。
首先介绍磁阻传感器测向原理，然后本系统采用三轴磁阻传感器HMC5883作为信号采集装置，实现自动定向的软硬件设计方法，接下来系统采用ATMEL 的8位单片机AT89S52单片机为核心控制器，设定以正北为0º的一周。
单片机获取传感器信息，经过分析后通过液晶屏显示行驶方向，并实现了偏离固定方向区间行驶便产生报警的功能，同时分析了系统产生的误差。
关键词：AT89S52单片机；HMC5883传感器；电子罗盘electronic compass orientation system based on AT89S52Abstract：Nowadays, as automobile is owned by normal households, the navigation system is a rather important part for the traffic safety. However, a normal car does not have the vehicle antenna automatic orientation system as the high-end car. This article will introduce a more accurate electronic compass orientation system which can be used in normal cars. First part of this article is about the application of magnetoresistive sensor measurement principle with he HMC5883 3-axis magnetoresistive sensor as a signal acquisition device. Then, it adopts ATMEL 8 bit microcontroller AT89S52 MCU as the core controller. This controller is set to 0 digits in north. In this way, the controller can acquire and analyze information to show the direction on LCD screen as well as alert when the vehicle is out of the direction. This is to avoid system incidents.Key words：AT89S52 microcontroller; HMC5883 sensor; electronic compass orientation system目录1 绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2国内外研究现状及发展趋势 (1)1.3本文主要研究内容和章节安排 (2)2 系统分析与设计 (3)2.1电子罗盘测向原理介绍 (3)2.2系统主控系统的选择 (4)2.3单片机比较和选型 (5)2.4传感器的选择 (6)2.5显示屏的选择 (8)3硬件系统模块设计与实现 (9)3.1传感器模块 (9)3.2控制器模块 (9)3.3报警控制模块 (10)3.4显示输出模块 (11)3.5按键模块 (11)4软件系统设计与实现 (12)4.1主程序设计 (12)4.2传感器模块程序 (13)4.3报警控制模块程序 (17)5总结与展望 (21)致谢 (23)1 绪论1.1课题背景电子罗盘系统在交通运输、探险勘测等定向领域有广阔的应用前景。
基于51单片机的电子罗盘系统的设计与实现综述
目前电子罗盘按照有无倾角补偿可以分为平面电子罗盘和三维电子罗盘,也可以按照传感器的不同分为磁阻效应传感器、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显示出，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θ决定。把磁场 M加在磁性材料上，之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，θ角增大，电阻阻值将减小；如果平行，即θ角减小，电阻阻值将增大，电流方向与电阻值的关系为 ，这就是磁阻效应[2]。
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，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[3]。
由于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差。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[3]，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。未来电子罗盘的发展的方向有以下几点：
对研制的数字电子罗盘系统样机，进行测试。其结果显示，该数字电子罗盘能对行驶方向进行的动态测量，在 0°到360°范围行驶方向测量精度可达±2.0°。研制的数字电子罗盘，具有体积小、性能稳定、反应快、低功耗等优点，在车辆导航设备领域有非常广阔的应用前景。
基于AT89S52单片机的电子罗盘系统的设计与实现-开题报告
浙注创扌储离院本科生毕业论文（设计）开题报告题目：基于AT89S52单片机的电子罗盘系统的设计与实现学生姓名******0*** *200 ***指导教师******二级学院信息学院专业名称计算机科学与技术班级0* 计算机*班2012年3月浙江财经学院毕业论文（设计）对学生的要求1.学生应充分认识毕业论文（设计）工作的重要性，学生本人应对工作的质量负责，有高度的责任感，在规定的时间内全面完成毕业论文（设计）的各项工作，争取优异成绩。
2.学生在接到毕业论文（设计）任务书后，在领会课题的基础上，进一步了解任务的范围及涉及的素材，应向指导教师提呈调查研究提纲，查阅、收集、整理、归纳资料，学生在毕业论文（设计）中都应结合毕业论文（设计）课题进行必要的外文阅读以及完成规定的外文资料翻译和文献综述。
3.学生应在充分调研的基础上编写毕业论文（设计）工作计划，列出完成毕业论文（设计）任务所采取的方案与步骤，认真做好论文提纲。
4.学生应主动接受教师的检查与指导，定期向指导教师汇报工作进程，听取教师对？作的意见和指导。
5.学生在毕业论文（议计）工作中应充分发挥主动性傌创造性，树立实事求是的科学作风，严格遵守规章制度，要独立完成毕业论文（设计）任务，严禁抄袭。
6.学生在毕业论文（设计）答辩结束后，应亠回毕业论文（设计）的所有材料，对设计内容中涉及的有关技术资料$学生负有保密责任，未经允许不得擅自对外交流或转让，并华助做好归档工作。
摘自《浙江财经学院本科毕上论文（设计）工作管理暂行规定》、论文（设计）选题的依据（选题的目的和意义、该选题国内外的研究现状及发展趋由于GPS导航定位的不稳定性，而地磁大小和方向随地点(甚至随时间)而异，无论何地磁场的水平分量永远指向磁北，这是所有电子罗盘的制作基础，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。
其主要发展趋势概括如下：(1)制定行业规范与产业标准(2)专业分工和产业化(3)与GPS技术结合，提高系统性能，实现定位一体化。
电子罗盘的工作原理及校准
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LSM303DLH2.1 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。
基于MEMS传感器的可校准电子罗盘实验设计
基于MEMS传感器的可校准电子罗盘实验设计
应亚萍;王洁;倪佳乐;张逸宁;徐浩东
【期刊名称】《通信电源技术》
【年(卷),期】2022(39)21
【摘要】大多数的导航系统都使用电子罗盘,但电子罗盘的输出易受外界磁场干扰,需要进行校准后才能得到准确的航向角。
设计了一种基于微电机系统(Micro Electro Mechaical System,MEMS)传感器的可被校准补偿的三维电子罗盘,介绍
了电子罗盘的工作原理,推导出姿态角计算公式,分析了电子罗盘的罗差来源以及应
用基于椭圆拟合的补偿方法来校准罗差。
该电子罗盘具有体积小、功耗低、成本低、方法简单快速等特点,对未来要求小、体积高精度的电子罗盘设计具有参考价值。
【总页数】5页(P33-37)
【作者】应亚萍;王洁;倪佳乐;张逸宁;徐浩东
【作者单位】浙江工业大学之江学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
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1.基于MEMS传感器的高精度电子罗盘研究
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电子罗盘设计3.基于磁阻和MEMS加速度传感器的电子罗盘设计及应用4.基于MEMS传感器的电子罗盘设计5.基于磁感式和MEMS加速度传感器的电子罗盘设计
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电子罗盘设计方案
电子罗盘设计方案整体设计一款平面数字罗盘模块。
输入电压低，体积小。
其工作原理是通过磁传感器中两个相互垂直轴同时感应地球磁场的磁分量，从而得出方位角度，此罗盘支持RS232协议及IIC协议。
该产品精度高，稳定性高，并切具有重新标定的功能，能够在任意位置得到准确的方位角，其输出的波特率默认是9600bps，波特率可选，19200、38400、57600以及115200。
可以配置成定时输出，也可以主动查询获取，具有磁偏角补偿功能，可适应不同的工作环境。
●使用芯片HMC1022芯片传感器的机构为四臂的惠斯通电桥，将磁场转换为差动输出的电压。
灵敏度为1mV/V/高斯。
更宽的磁场范围：±6微高斯（地磁场为0.5高斯），最小可检测85高斯的磁场。
低成本，小体积：和磁通门传感器相比，这些小体积的传感器减小了线路板的组装成本，增加了可靠性和坚固程度。
低功耗，供电电源为3～10DC 。
大量OEM设计。
置位/复位电路简单。
无须偏置补偿电路（除非精度要求特别高）。
输出非常完美典型应用：电子指南针，电子罗盘，遥控飞机，航空模型HMC1052 是一个突破性的设计，它将高性能的两轴磁阻传感器，集中在单个芯片上。
完美的正交双轴检测（误差〈0.01°），且灵敏度互相匹配，消除了指向误差。
供电电压低于1.8V，超小尺寸，低功耗。
灵敏度达1mv/v/Oe,检测磁场范围达±60e 。
带10 针的小型表贴外形(SMOP),尺寸3mm x 3mm x 1mm 。
芯片上的带有专利的，位于芯片上的置位/ 复位带，减少了温度漂移影响，非线性误差，也减少了大磁场存在引起的信号输出损失。
置位/复位电路简单。
无须偏置补偿电路。
输出非常完美典型应用：电子指南针，电子罗盘，遥控飞机，航空模型●产品特点1.体积小2.高性价比3.串口及IIC输出格式4.波特率可调5.5V TTL输入输出6.512 bytes EERPOM●产品应用（1）、手持式仪器仪表（2）、机器人导航、定位（3）、航行系统（4）、船用自动舵（5）、八木天线定位（6）、车载GPS导线（7）、航模定向●性能参数●模块需要用到的参数定义1)方位角度：数值范围(0~355.9)，默认0角度为方向北（即磁北加上偏移角度），方位为顺时针方向增大，即东-90，南-180，西-270；在协议中，角度为两字节，范围为0~3559，默认高字节在前，低字节在后；2)磁北：地磁的北；3)偏移角度：正北与地磁北之间的夹角，为2个字节，数值范围(0~3559等效角度0~355.9)，默认磁偏角为23.5度，即整型数为235, 默认高字节在前，低字节在后；4)定时周期：电子罗盘内部定时输出的周期时间，比如定时周期1S，电子罗盘每1S输出一组方位角度数据；定时周期是2字节，单位是S/10，默认设置是10，即1S，1000等于100S, 默认高字节在前，低字节在后,即0x(03 E8);●EEPROM存储信息；0x00-0x01:磁偏角；高字节在前，低字节在后；0x02:开机是否开启定时器主动输出数据；0x03-0x04:定时周期，高字节在前，低字节在后；通讯协议共10条指令，如表格所示：串口支持使用的通讯格式如下；通讯格式：命令C( 1 字节)+数据长度n( 1字节)+数据data（n 字节）+检验和Sum(1字节)Sum=命令+数据长度+数据1+数据2+。
基于单片机的二维电子罗盘设计
基于单片机的二维电子罗盘设计
孙军亮
【期刊名称】《信息与电脑》
【年(卷),期】2022(34)3
【摘要】随着科技的快速发展,电子罗盘逐渐替代传统的导航定向工具指南针,在组合导航、航海航天、航海测绘以及飞行器控制等领域得到了广泛的应用。
电子罗盘是一种利用地磁场实现方位角测量的定向导航仪器,在各种导航技术蓬勃发展的背景下,电子罗盘产品以其独有的优良特性在导航定向方面仍被作为基本的工具广泛使用。
基于这一背景,笔者以专用的磁场传感器为基础来建立测量磁场的新方法。
通过SPI总线与磁传感器驱动芯片进行通信,完成磁场参数的采集,并利用软件编程对其进行精度处理,再显示出方向角。
基于单片机的二维电子罗盘实现了对磁场参数的采集、校正处理以及显示,精度和灵敏度较高且扩展性较强,可用于普通导航领域。
【总页数】4页(P17-20)
【作者】孙军亮
【作者单位】陕西陕煤韩城矿业有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.9
【相关文献】
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5.基于磁阻传感器与微处理器的二维磁电子罗盘的设计
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基于STC单片机的电子罗盘-超声波测障系统设计
基于STC单片机的电子罗盘-超声波测障系统设计
周鹏
【期刊名称】《电子设计工程》
【年(卷),期】2013(21)10
【摘要】为了提高移动机器人的定位能力,提出一种基于STC89C52单片机的电子罗盘-超声波测障系统方案,并完成系统的软硬件设计.系统中,电子罗盘模块测试障碍物的方位(角度和方向),超声波模块测试与障碍物的距离,STC89C52单片机系统处理上述数据后在液晶显示器LCD1602上显示.实验表明,系统能精确测试障碍物的方位和距离,并实时显示,达到设计要求.
【总页数】4页(P163-166)
【作者】周鹏
【作者单位】华侨大学信息学院,福建厦门361021
【正文语种】中文
【中图分类】TP368
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1.基于超声波的自动避障双轮平衡车控制系统设计 [J], 孙亚飞
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3.基于超声波阵列的无人船避障系统设计与实现 [J], 黄艳虎; 覃红强; 吴学思; 李月; 李堂明; 黄晓锋
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一种基于 GPS／电子罗盘的低成本POS系统的实现
一种基于 GPS／电子罗盘的低成本POS系统的实现周国清;杨春桃;陈静;杨小平;周祥【摘要】This paper presents a position and orientation system (POS)which is simple and low-cost,aiming to collect and store the position and attitude information of the target sensor.In the synchronization solution,the timing is accomplished by using a STM32 16-bit internal timer obtaining the lag among each sensor.By unifying the time of each subsystem to UTC time and interpolating the data to ensure the measurements coincidence at each epoch,the synchronisation problem can be solved.The experiment showed that the proposed POS col-lects high-quality and high-reliabilityof the position data with an accuracy of 25mand meets the need for the civilian users.%文章利用 GPS接收机，三维电子罗盘研制了一个工程实现简易、成本低廉的实时定位测姿系统。
针对不同传感器间存在的时间同步问题，系统以GPS提供的 UTC时间为基准，通过STM32单片机的16位定时器获得各传感器的同步时间差，将各传感器独立的时间系统统一到UTC时间上，再经过内插处理，完成时间同步数据的获取。
基于STM32的电子罗盘设计
24 23 22 21 20 19 18 13
12
14
2 200 pF
0.1 uF VCC 3.3
图 4 加速度传感器模块原理图 2.4 单片机最小系统电路图
主控电路采用 STM32F103RET6 单片机，其最小系统原 理图如图 5 所示。图中所示的 STM32F103RET6 单片机具有 较强的抗干扰能力，适合本系统设计 [7]。晶振为 8 MHz 的无 源晶振经单片机倍频后作为 72 MHz 的系统时钟，单片机为低 电平复位，但当复位引脚为低电平后，单片机不会马上复位， 还需要持续一段时间，故电容 C13 作为缓冲，从而维持一段时 间的低电平 [8]。BOOT0 为启动模式选择引脚，当为低电平时 为用户闪存启动模式，当为高电平时为系统内存启动模式，本 电路默认设置为闪存启动模式，当需要设置为系统内存启动
全面感知 Comprehensive Perception
基于STM32的电子罗盘设计
龚健颖，刘忠富，金健男，王 昊，许 斌
（大连民族大学 信息与通信工程学院，辽宁 大连 116600）
摘 要：目前，导航系统大多采用GPS导航，但GPS导航在偏远地带容易受到其他波段信号的干扰，有效信号不能完全返
中图分类号：TP39
文献标识码：A
文章编号：2095-1302（2015）12-0008-02
0引言 GPS 在导航定位、测速方面具有广泛的应用，但在高楼
密集的城区和偏远地带，GPS 信号受到阻挡，信号精度降低， 因而 GPS 设备不能很好的将信号回馈到卫星 [1]。针对这一问 题，可以采用电子罗盘和 GPS 组成导航定向，电子罗盘可以 对 GPS 进行有效的补偿 [2]。同时，随着科技的发展，电子罗 盘也可以安装在汽车或者轮船上，当驶入到信号较差的地方 时，数字电子罗盘可以起到很大的作用。
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低 速 的便携 导航 应 用 。
关键词 ： 电子 罗盘 ； 系统芯 片 ； 差补 偿 误
中图分 类号 ： ２ １６ Ｖ ４ ．２
文献 标识 码 ： Ｂ
文章 编号 ：０ ０—８ ２ （ ０ ６ ０ ０ ０ ０ １０ ８ ９ ２ ０ ） ９— ０ ９— ３
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｗ ｓ － ｅ ｔｏ ｉ ｍｐ ｓ ｓ ｄ ｏ ｏ ｓｇ ｆＬｏ Ｃｏ ｔＥｌｃｒ ｎ ｃ Ｃｏ ａ ｓＢａ ｅ ｎ Ｓ Ｃ
维普资讯
基 于 系统 芯 片（ ｏ 的低 成本 电子 罗盘 的设 计 Ｓ Ｃ）
・ ９・
基于 系统芯 片 （ ｏ ） ＳＣ 的低成本 电子罗盘 的设计
赵 忠， 何海 涛 ， 晓东 徐
（ 西北工业大学 自动化学 院 ， 陕西 西安 ７ ０ ７ ） １０ ２
摘要： 向与姿态是物体运动轨迹的重要参数 ， 航 其测量方法一直是导航领域 的研究重点。以系统芯片为 核心， 设计 了基 于磁 阻传 感 器与 ＭＥ ＭＳ加 速度 计 的 全 芯片化 电子 罗盘 ， 实现 了全 部 信 号 的无 缝 直连 ， 并 最大化 地减 少 了外 围器件 的使 用 ， 设 计使 结构 简单 ， 其 降低 了成本 、 积 和功 耗 ， 强 了抗 干扰 的 能 力。 体 增 本设计 给 出了航 向 角与姿 态 角的 实现 算法 ， 分析 了电子 罗盘 的误 差 ， 出 了元件 级和 系统级 的误 差补偿 提 方法 ， 并提 出了一种 ７项 罗差校 正公 式 。 经试 验证 明 ， 系统 性 能稳 定 ， 价 比 高 ， 微 型 的 体积 ， 合 于 性 其 适
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