电子罗盘的工作原理及校准 电子罗盘,电子指南针,android
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。
手机指南针的原理解释
手机指南针的原理解释手机指南针的原理解释导语：随着科技的发展，手机已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。
除了其通信功能之外，手机还具备了许多其他的功能，其中之一就是指南针。
手机指南针是通过使用内置的电子传感器来确定地球的磁场并确定方向的设备。
在这篇文章中，我们将解释手机指南针的原理以及其工作方式和应用。
一、手机指南针的原理手机指南针的原理基于地球的磁场，它通过两种主要的传感器来确定方向：电子罗盘和加速度计。
1. 电子罗盘电子罗盘是手机指南针的关键部件之一。
它采用了霍尔效应的原理来检测地球的磁场。
霍尔效应是一种基于磁场和电流之间相互作用的现象。
具体而言，当电子罗盘被放置在地球磁场中时，磁场的方向会影响到通过导线的电流，从而引发霍尔电压的变化。
通过测量这个电压变化，电子罗盘可以确定地球的磁场的方向。
这样，手机指南针利用电子罗盘测量地球磁场的方向，并在手机屏幕上显示出相应的指南针箭头。
2. 加速度计加速度计也是手机指南针的重要组成部分。
它通过测量手机在三个维度上的线性加速度来确定手机的方向。
加速度计使用微机电系统（MEMS）技术，其中包括微型压电元件和微机电传感器。
它们能够测量手机在x，y和z三个轴上的加速度。
通过将这些测量值转化为手机的方向，加速度计可以帮助确定手机指南针所指向的方向。
二、手机指南针的工作方式手机指南针是通过调用设备的电子罗盘和加速度计来确定方向的。
它根据这些传感器提供的数据进行计算，并根据地球磁场的方向来显示出相应的指南针箭头。
下面是手机指南针的工作方式的简要描述：当用户打开手机上的指南针应用时，手机会自动启动电子罗盘和加速度计传感器。
通过电子罗盘，手机能够获取地球磁场的方向。
通过加速度计，手机可以获取手机自身的方向。
然后，手机根据这些数据计算出真实的方向，并在显示屏上显示出相应的指南针箭头指示。
三、手机指南针的应用手机指南针的应用非常广泛，下面是一些常见的应用场景：1. 导航应用：手机指南针可以帮助用户在户外环境下确定方向，并配合地图应用提供导航功能。
电子罗盘
电子罗盘本文摘自《电子报》这个自制的电子罗盘用于确定车行方向，采用自制的磁力方位传感器，用八个LED 显示八个方向。
一、工作原理在相对导磁率达5000 的磁环上绕上励磁线圈和传感线圈，构成方位传感器，如图la 。
给励磁线圈加上励磁电流，在励磁磁场和地磁场的作用下，传感线圈的输出电压是两端传感线圈感应电压的差：Vp=VA 一VB ，其等效结构见图1b 。
当没有外部磁场时，传感线圈的输出为0V 。
当有外部磁场时，CPA 一侧的外部磁场与磁环内磁场方向相同，而CPB 一侧的磁场方向则相反：结果传感线圈输出脉冲信号。
方位传感器共两个，一个为X 方向，另一个为Y 方向。
励磁线圈用φ 0 ．2mm 漆包线在外径φ 20mm 、内径φ 10mm 、厚4 ．5mm 的磁环上穿绕80 圈；传感线圈用φ 0 ．12mm 漆包线在矩形框架上叠绕100 圈，框架用纸板制作，其横截面略大于磁环截面，刚好可套入磁环，如图 2 。
图 3 是八方位显示的逻辑图。
图3a 表示了地磁通与传感线圈的夹角0 ，传感线圈输出电压与0 的依存关系如图3b ，如果把输出电压为正表示为“ 1 ” 、为负表示为“ 0 ” ，则X 、Y 、X+Y 、X-Y 与“ 1 ” 和“ 0 ” 的关系如图3c ，由此得到用东西南北表示0 的逻辑关系如图3d 。
图4 是传感器线圈的驱动电路，用反相器构成CR 振荡器，电位器可调整振荡频率 f 。
用4520B 将CR 振荡器的输出频率分频，获得 f 和2f 信号。
要增加励磁电流，只要把4520B 的输出经三极管缓冲器就行了。
但如果传感器铁芯饱和，三极管就会通过过大的电流，故选择三极管应留有较大的功率余量。
由于传感器的输出很小，后接了13 倍的交流放大器；然后经同步整流器、低通滤波器变成直流( 见图5) ；这一直流信号的幅度仅有15mV ，故再加入一级放大。
由于使用四运放，没有调整端子，故在同相输入端加上偏置电压调整，将偏置电压调整到0V 。
数字罗盘的小知识
数字罗盘的小知识
数字罗盘是一种数字化的指南针，它通常用于测量方向和导航。
与传统的指南针相比，数字罗盘使用了现代技术，如磁传感器和计算机芯片，以提供更准确的方向信息。
以下是关于数字罗盘的一些小知识：
1.工作原理：数字罗盘使用磁传感器来检测地球的磁场，并通过算法将检测到的磁场信息转换为方向。
这样的设计使得数字罗盘在不受外部干扰的情况下更加精准。
2.磁偏角校准：数字罗盘在使用之前通常需要进行磁偏角校准。
磁偏角是地球磁场方向与真北方向之间的角度差异。
通过校准，数字罗盘可以更准确地提供方向信息。
3.多功能性：数字罗盘通常具有多种功能，如显示当前方向、记录航线、测量相对角度等。
一些数字罗盘还可以与其他导航设备或应用程序连接，提供更丰富的导航信息。
4.倾斜补偿：数字罗盘可以通过内置的加速度传感器检测设备的倾斜角度，并进行倾斜补偿。
这意味着即使用户持有设备时倾斜，数字罗盘仍然能够提供准确的方向信息。
5.应用领域：数字罗盘广泛用于户外活动、航海、飞行导航、军事应用和智能手机等领域。
在智能手机中，许多设备都配备了内置的数字罗盘，使得用户能够方便地使用导航服务。
6.电子显示：数字罗盘通常配备有数字化的显示屏，可以直观地显示方向信息。
一些高级数字罗盘还可能包含地图显示功能，使用户更容易理解和规划导航路线。
总的来说，数字罗盘通过结合磁传感器和先进的计算技术，提供了更准确、灵活和多功能的导航解决方案。
电子罗盘的原理
电子罗盘的原理电子罗盘是一种用来确定方向的设备，它通过测量地球的磁场来确定物体相对于地球磁北极的方向。
电子罗盘是使用电子技术和磁力学原理来实现的。
电子罗盘主要由以下几个主要组成部分组成：1. 磁传感器：电子罗盘中最重要的组件之一是磁传感器，用来测量地球磁场的大小和方向。
磁传感器常用的有磁阻传感器、磁感应传感器和磁敏电阻等。
2. 控制电路和微处理器：磁传感器测量得到的磁场数据通过控制电路和微处理器进行处理和分析，计算出物体所处的方向。
3. 显示屏和用户界面：对于用户来说，电子罗盘的方向信息需要以一种可视化的形式呈现出来。
因此，电子罗盘通常拥有一个显示屏和一些控制按钮或触摸屏，用于用户操作和查看方向信息。
电子罗盘的工作原理如下：1. 磁场测量：磁传感器测量地球磁场的大小和方向。
磁阻传感器的测量基于磁场的影响力改变传感器内部的电阻值；磁感应传感器则是通过测量磁场对敏感器产生的感应电动势进行测量。
2. 数据处理：测量得到的磁场数据通过控制电路和微处理器进行处理和分析。
首先对测量得到的磁场数值进行滤波和校正，消除噪声和外部干扰的影响。
然后，根据磁场数据，计算出物体相对于地球磁北极的方向。
这个计算过程一般会结合加速度传感器来进行补偿和校正，以确保获得更准确的方向数据。
3. 方向显示：计算得到的方向数据通过显示屏和用户界面呈现给用户。
电子罗盘通常会显示当前的方位，例如北、南、东、西等，有些还会显示出具体的度数。
需要注意的是，电子罗盘的测量精度受到一些因素的影响。
首先是外界的磁场干扰，例如电子设备、金属物体等都会对罗盘的测量产生影响。
其次是传感器本身的精度和校准情况，传感器的灵敏度和准确性会影响测量结果的精度。
最后是使用环境的影响，例如在高磁干扰环境下，罗盘的测量精度可能会受到较大的影响。
综上所述，电子罗盘是通过测量地球的磁场来确定物体相对于地球磁北极的方向的设备。
它利用磁传感器对磁场进行测量，通过数据处理和分析计算出方向信息，并通过显示屏和用户界面呈现给用户。
电子罗盘—搜狗百科
电子罗盘—搜狗百科电子罗盘随着科学技术的飞速发展，人类的活动范围不断扩大，从深达数千米的地层、海底到外大气层都有人类活动的痕迹。
伴随着人类活动领域的不断扩展，卫星、飞机、导弹、运动平台的稳定、微波通信天线的自动跟踪、勘探和探测等研究活动都需要定向导航技术。
因此，定向导航技术的研究在科学研究、工程领域中具有重要的意义。
电子罗盘，又称数字罗盘，在现代技术条件中电子罗盘作为导航仪器或姿态传感器已被广泛应用。
电子罗盘与传统指针式和平衡架结构罗盘相比能耗低、体积小、重量轻、精度高、可微型化，其输出信号通过处理可以实现数码显示，不仅可以用来指向，其数字信号可直接送到自动舵，控制船舶的操纵。
目前，广为使用的是三轴捷联磁阻式数字磁罗盘，这种罗盘具有抗摇动和抗振性、航向精度较高、对干扰场有电子补偿、可以集成到控制回路中进行数据链接等优点，因而广泛应用于航空、航天、机器人、航海、车辆自主导航等领域。
虽然GPS在导航、定位、测速、定向方面有着广泛的应用，但由于其信号常被地形、地物遮挡，导致精度大大降低，甚至不能使用。
尤其在高楼林立城区和植被茂密的林区，GPS信号的有效性仅为60%。
并且在静止的情况下，GPS也无法给出航向信息。
为弥补这一不足，可以采用组合导航定向的方法。
电子罗盘产品正是为满足用户的此类需求而设计的。
它可以对GPS信号进行有效补偿，保证导航定向信息100%有效，即使是在GPS信号失锁后也能正常工作，做到“丢星不丢向”。
当然，随着GPS技术的发展，采用双GPS接收机作为卫星信号传感器，利用载波测量技术和快速求解模糊度技术，精确计算出运动载体的方位角，同时可以输出俯仰角、位置、速度以及UTC等信息也可以实现静止状态给出航向信息。
目前市场典型XW-SC3600/3660定位定向系统，克服陀螺寻北的成本高、动态差和磁罗盘精度低、响应慢等缺点。
智能手机里的电子罗盘工作原理
智能手机里的电子罗盘工作原理随着科技的持续进步，智能手机已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分。
智能手机可以用于通讯、上网、拍照、导航等各种功能，而其中一个特别值得关注的功能就是电子罗盘。
本文将介绍智能手机中电子罗盘的工作原理。
一、介绍电子罗盘的功能电子罗盘是智能手机中的一项重要传感器，它能够感知地球的磁场，并根据磁场方向提供定位信息。
借助电子罗盘，智能手机可以在使用导航应用时准确判断方向，为用户提供导航、地图定位和实景导航等功能。
二、原理解析电子罗盘的工作原理基于磁场感应和传感器技术。
1. 磁场感应根据法拉第电磁感应定律，当一个导体移动时，如果它和磁场存在相对运动，就会在导体中产生感应电流。
电子罗盘利用这个原理，通过感应电流来检测地球磁场的方向。
地球可以简化地看作一个巨大的磁体，我们称之为地磁。
地磁存在于地球的内部，周围环绕着一个磁场。
这个地球磁场的方向是地理北极到地理南极的方向，也就是我们通常所说的地磁北极指向地磁南极。
2. 传感器技术智能手机中的电子罗盘采用了磁阻式的传感器技术。
磁阻式传感器是基于磁电阻效应工作的。
所谓磁电阻效应，是指某些材料在外加磁场的作用下，其电阻会发生改变的现象。
根据此原理，智能手机中的电子罗盘利用电阻变化来检测地磁的方向。
具体来说，智能手机的电子罗盘由一个磁力计、几个磁阻传感器组成。
磁力计可以测量地磁场在三个轴上的分量，而磁阻传感器则用于检测磁力计周围的磁场强度。
磁力计感知到地磁场后，智能手机会将检测到的磁场数据传送给处理器进行计算，最终得出设备所处位置与地磁场之间的关系，进而确定设备的方向。
三、校准与精度控制电子罗盘在使用过程中需要进行校准，以保证其准确度。
智能手机中的电子罗盘校准通常分为水平校准和方向校准两个步骤。
水平校准时，用户需要将手机在水平面上旋转，使其感知到的磁场尽可能接近水平方向。
方向校准时，用户需要将手机按照规定的方向旋转，以使电子罗盘感知到的磁场与实际方向一致。
带指南针的手机原理
带指南针的手机原理
带指南针的手机利用了电子罗盘/电子指南针技术,其基本原理如下:
1. 使用磁敏感传感器:手机内置了霍尔效应磁敏传感器或磁阻效应磁敏传感器,可以高灵敏度检测地球磁场的方向。
2. 微处理器测算方位角:传感器检测三轴(X/Y/Z轴)的磁场分量,微处理器通过特定算法计算出地磁场相对于手机平面的水平分量方向,也就是方位角。
3. 校准偏差:使用陀螺仪、加速度计等对磁场检测进行辅助,可以补偿安装误差和硬铁磁偏差,提高方位测定精度。
4. 图形显示:将计算出的方位角转换为指南针图形,实时显示在手机屏幕指南针应用程序上,供用户观看。
5. 数据接口:指南针数据可以通过标准接口提供给其他应用程序,如地图导航等。
通过上述工作原理,手机指南针应用能够实现便携式的方位测定功能,为用户提供方便的导航服务。
随着MEMS技术进步,手机指南针精度也越来越高。
电子罗盘原理
电子罗盘原理电子罗盘是一种利用电子技术和磁力学原理来确定方向的仪器。
它在航海、航空、探险等领域有着广泛的应用，成为现代导航技术中不可或缺的一部分。
那么，电子罗盘是如何工作的呢？接下来，我们将深入探讨电子罗盘的原理。
首先，我们需要了解的是磁场对电子的影响。
当一个电子在磁场中运动时，它会受到洛伦兹力的作用，从而产生一个力的偏转。
这个偏转方向与电子的运动方向、磁场方向以及电子的电荷有关。
基于这个原理，电子罗盘利用磁场对电子的影响来确定方向。
其次，电子罗盘中的关键部件是磁感应传感器。
磁感应传感器能够感知周围的磁场强度和方向，从而确定所处的方向。
当电子罗盘旋转时，磁感应传感器会感知到磁场的变化，并将这些信息传输给电子罗盘的处理器。
接着，电子罗盘的处理器会对传感器获取的信息进行处理和分析。
通过对磁场的变化进行监测和计算，处理器能够确定当前的方向，并将结果显示在电子罗盘的屏幕上。
这样，使用者就能够清晰地了解当前的方向，从而进行导航和定位。
此外，为了保证电子罗盘的准确性，通常还会对其进行校准。
校准过程包括对磁场的测量和处理器的调整，以确保电子罗盘能够在不同环境下都能够提供准确的方向信息。
这样一来，即使在复杂的地形和气候条件下，电子罗盘也能够保持其导航的准确性和可靠性。
总的来说，电子罗盘利用磁场对电子的影响来确定方向，通过磁感应传感器、处理器和校准等关键部件的协同工作，实现了对方向的准确测量和显示。
它在现代导航技术中发挥着重要作用，为人们的出行和探险提供了可靠的导航支持。
因此，电子罗盘的原理不仅是一种基础物理原理的应用，更是现代科技的成果，它的出现极大地方便了人们的生活和工作。
希望通过对电子罗盘原理的了解，能够让更多的人对这一现代科技有更深入的认识，并在实际应用中发挥其作用。
电子罗盘的工作原理
电子罗盘的工作原理
电子罗盘是一种基于磁场感应原理工作的设备，用于测量和确定物体的方向。
下面是电子罗盘的工作原理：
1.磁感应现象：根据法拉第电磁感应定律，当一个导体在磁场中运动时，会在导体两端产生感应电动势。
电子罗盘利用这个原理来感应地球的磁场。
2.磁场感应：地球本身就有一个磁场，它的磁力线会从地球的南极指向北极。
电子罗盘中的磁感应线圈可以感应到地球磁场的变化，通过测量磁场的强度和方向来测定物体的方位。
3.信号处理：电子罗盘将感应到的磁场信号传输到处理器中。
处理器会对信号进行放大、滤波和校正等处理，以确保测量的准确性。
4.显示方位：经过处理后的信号被转换为可视化的输出，通常以数字或指针形式显示方向。
这样用户就可以准确地了解物体相对于地磁北极的方位。
总结：电子罗盘通过感应地球的磁场来测量方向，其中包括磁感应现象、磁场感应、信号处理和显示方位等步骤。
这种工作原理使得电子罗盘成为一种精确、可靠的方向测量工具。
电子罗盘的应用原理
电子罗盘的应用原理1. 什么是电子罗盘电子罗盘（Electronic Compass）是一种能够测量地球磁场方向的仪器。
通过电子罗盘，我们可以确定物体相对于地球磁场的方向，从而实现导航和定位功能。
2. 电子罗盘的工作原理电子罗盘的工作原理基于地球的磁场和硬件中的传感器。
主要包括磁强计和加速度计。
2.1 磁强计磁强计是电子罗盘的核心部件，用于测量地球磁场的强度和方向。
磁强计通常由三个轴向的磁场传感器组成。
•X轴传感器：用于测量地球磁场在水平X轴方向的强度。
•Y轴传感器：用于测量地球磁场在水平Y轴方向的强度。
•Z轴传感器：用于测量地球磁场在垂直Z轴方向的强度。
通过测量不同轴向的磁场强度，磁强计能够确定物体相对于地球磁场的方向。
2.2 加速度计加速度计是电子罗盘的辅助部件，用于测量物体的加速度和倾斜角度。
加速度计通常由三个轴向的加速度传感器组成。
•X轴传感器：用于测量物体在水平X轴方向的加速度和倾斜角度。
•Y轴传感器：用于测量物体在水平Y轴方向的加速度和倾斜角度。
•Z轴传感器：用于测量物体在垂直Z轴方向的加速度和倾斜角度。
加速度计的数据可以帮助电子罗盘补偿偏航角度的误差。
3. 电子罗盘的工作模式电子罗盘通常有两种工作模式：绝对模式和相对模式。
3.1 绝对模式绝对模式是电子罗盘的基本工作模式。
在绝对模式下，电子罗盘通过测量地球磁场的方向，输出物体相对于地球真北的偏航角度。
3.2 相对模式相对模式是电子罗盘的扩展工作模式。
在相对模式下，电子罗盘需要事先进行校准，以获取参考方向。
一旦校准完成，电子罗盘将基于参考方向输出物体相对于参考方向的角度。
4. 电子罗盘的应用电子罗盘在现代生活中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：•导航系统：电子罗盘可以用于汽车导航系统、智能手机导航应用等，帮助用户确定行驶方向。
•航空导航：电子罗盘在飞机和无人机中被广泛使用，用于飞行导航和飞行控制。
•户外探险：电子罗盘是登山、徒步等户外活动中的重要工具，可以帮助人们确定方向并避免迷失。
电子罗盘原理
电子罗盘原理
电子罗盘是一种通过使用电子元件来测量和确定地理方向的设备。
它利用地球的磁场来指示北方。
电子罗盘主要由一个磁传感器和一个微处理器组成。
磁传感器是电子罗盘的核心部分，它可以测量地球的磁场强度和方向。
磁传感器通常是基于霍尔效应原理的传感器，它通过检测磁场对电荷载流子运动轨迹的偏转来测量磁场的强度和方向。
当磁传感器检测到地球的磁场时，它会将这些数据传输给微处理器。
微处理器会根据这些数据计算出罗盘的方向，并将结果显示在罗盘的显示屏上。
一般而言，显示屏上会显示出一个指针，指向北方。
为了确保测量的准确性，电子罗盘需要进行校准。
校准的过程通常涉及将罗盘置于一个已知方向的地点或者使用校准磁场，以便使磁传感器的测量结果更加精确。
电子罗盘具有许多应用领域，包括航海、航空、汽车导航等。
它们在这些领域中被广泛使用，因为它们可以提供方向信息，并帮助人们准确导航。
总体而言，电子罗盘是一种通过测量地球磁场来确定方向的设备。
它由磁传感器和微处理器组成，并通过校准来确保测量准确性。
电子罗盘在航海、航空、汽车导航等领域中有广泛应用。
电子罗盘基础知识及校准
无人机——磁力计/电子罗盘学习及校准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。
无人机——磁力计电子罗盘学习及校准
无人机——磁力计/电子罗盘学习及校准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｡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角排列的导线当有外界磁场Ha时,AMR上主磁域方向就会发生变化而不再是初始的方向了,那么磁场方向和电流的夹角θ也会发生变化,如图5所示｡对于AMR材料来说,θ角的变化会引起AMR自身阻值的变化,并且呈线性关系,如图6所示｡图5 磁场方向和电流方向的夹角图6 θ-R特性曲线ST利用惠斯通电桥检测AMR阻值的变化,如图7所示｡R1/R2/R3/R4是初始状态相同的AMR电阻,但是R1/R2和R3/R4具有相反的磁化特性｡当检测到外界磁场的时候,R1/R2阻值增加∆R而R3/R4减少∆R｡这样在没有外界磁场的情况下,电桥的输出为零;而在有外界磁场时电桥的输出为一个微小的电压∆V｡图7 惠斯通电桥当R1=R2=R3=R4=R,在外界磁场的作用下电阻变化为∆R时,电桥输出?V正比于?R｡这就是磁力计的工作原理｡2.2 置位/复位(Set/Reset)电路由于受到外界环境的影响,LSM303DLH中AMR上的主磁域方向不会永久保持不变｡LSM303DLH内置有置位/复位电路,通过内部的金属线圈周期性的产生电流脉冲,恢复初始的主磁域,如图8所示｡需要注意的是,置位脉冲和复位脉冲产生的效果是一样的,只是方向不同而已｡图8 LSM303DLH置位/复位电路置位/复位电路给LSM303DLH带来很多优点:1) 即使遇到外界强磁场的干扰,在干扰消失后LSM303DLH也能恢复正常工作而不需要用户再次进行校正｡2) 即使长时间工作也能保持初始磁化方向实现精确测量,不会因为芯片温度变化或内部噪音增大而影响测量精度｡3) 消除由于温漂引起的电桥偏差｡2.3 LSM303DLH的性能参数LSM303DLH集成三轴磁力计和三轴加速计,采用数字接口｡磁力计的测量范围从1.3 Gauss到8.1 Gauss共分7档,用户可以自由选择｡并且在20 Gauss以内的磁场环境下都能够保持一致的测量效果和相同的敏感度｡它的分辨率可以达到8 mGauss并且内部采用12位ADC,以保证对磁场强度的精确测量｡和采用霍尔效应原理的磁力计相比,LSM303DLH的功耗低,精度高,线性度好,并且不需要温度补偿｡LSM303DLH具有自动检测功能｡当控制寄存器A被置位时,芯片内部的自测电路会产生一个约为地磁场大小的激励信号并输出｡用户可以通过输出数据来判断芯片是否正常工作｡作为高集成度的传感器模组,除了磁力计以外LSM303DLH还集成一颗高性能的加速计｡加速计同样采用12位ADC,可以达到1mg的测量精度｡加速计可运行于低功耗模式,并有睡眠/唤醒功能,可大大降低功耗｡同时,加速计还集成了6轴方向检测,两路可编程中断接口｡3. ST电子罗盘方案介绍一个传统的电子罗盘系统至少需要一个三轴的磁力计以测量磁场数据,一个三轴加速计以测量罗盘倾角,通过信号条理和数据采集部分将三维空间中的重力分布和磁场数据传送给处理器｡处理器通过磁场数据计算出方位角,通过重力数据进行倾斜补偿｡这样处理后输出的方位角不受电子罗盘空间姿态的影响,如图9所示｡图9 电子罗盘结构示意图LSM303DLH将上述的加速计､磁力计､A/D转化器及信号条理电路集成在一起,仍然通过I2C总线和处理器通信｡这样只用一颗芯片就实现了6轴的数据检测和输出,降低了客户的设计难度,减小了PCB板的占用面积,降低了器件成本｡LSM303DLH的典型应用如图10所示｡它需要的周边器件很少,连接也很简单,磁力计和加速计各自有一条I2C总线和处理器通信｡如果客户的I/O接口电平为1.8V,Vdd_dig_M､Vdd_IO_A和Vdd_I2C_Bus 均可接1.8V供电,Vdd使用2.5V以上供电即可;如果客户接口电平为2.6V,除了Vdd_dig_M要求1.8V以外,其他皆可以用2.6V｡在上文中提到,LSM303DLH需要置位/复位电路以维持AMR的主磁域｡C1和C2为置位/复位电路的外部匹配电容,由于对置位脉冲和复位脉冲有一定的要求,建议用户不要随意修改C1和C2的大小｡图10 LSM303DLH典型应用电路图对于便携式设备而言,器件的功耗非常重要,直接影响其待机的时间｡LSM303DLH可以分别对磁力计和加速计的供电模式进行控制,使其进入睡眠或低功耗模式｡并且用户可自行调整磁力计和加速计的数据更新频率,以调整功耗水平｡在磁力计数据更新频率为7.5Hz､加速计数据更新频率为50Hz时,消耗电流典型值为0.83mA｡在待机模式时,消耗电流小于3uA｡4. 铁磁场干扰及校准电子指南针主要是通过感知地球磁场的存在来计算磁北极的方向｡然而由于地球磁场在一般情况下只有微弱的0.5高斯,而一个普通的手机喇叭当相距2厘米时仍会有大约4高斯的磁场,一个手机马达在相距2厘米时会有大约6高斯的磁场,这一特点使得针对电子设备表面地球磁场的测量很容易受到电子设备本身的干扰｡磁场干扰是指由于具有磁性物质或者可以影响局部磁场强度的物质存在,使得磁传感器所放置位置上的地球磁场发生了偏差｡如图11所示,在磁传感器的XYZ 坐标系中,绿色的圆表示地球磁场矢量绕z 轴圆周转动过程中在XY平面内的投影轨迹,再没有外界任何磁场干扰的情况下,此轨迹将会是一个标准的以O(0,0)为中心的圆｡当存在外界磁场干扰的情况时,测量得到的磁场强度矢量α将为该点地球磁场β与干扰磁场γ的矢量和｡记作:图11 磁传感器XY坐标以及磁力线投影轨迹一般可以认为,干扰磁场γ在该点可以视为一个恒定的矢量｡有很多因素可以造成磁场的干扰,如摆放在电路板上的马达和喇叭,还有含有铁镍钴等金属的材料如屏蔽罩,螺丝,电阻, LCD背板以及外壳等等｡同样根据安培定律有电流通过的导线也会产生磁场,如图12｡图12 电流对磁场产生的影响为了校准这些来自电路板的磁场干扰,主要的工作就是通过计算将γ求出｡4.1 平面校准方法针对XY轴的校准,将配备有磁传感器的设备在XY平面内自转,如图11,等价于将地球磁场矢量绕着过点O(γx,γy)垂直于XY平面的法线旋转, 而红色的圆为磁场矢量在旋转过程中在XY平面内投影的轨迹｡这可以找到圆心的位置为((Xmax + Xmin)/2, (Ymax + Ymin)/2). 同样将设备在XZ平面内旋转可以得到地球磁场在XZ平面上的轨迹圆,这可以求出三维空间中的磁场干扰矢量γ(γx, γy, γz).4.2 立体8字校准方法一般情况下,当带有传感器的设备在空中各个方向旋转时,测量值组成的空间几何结构实际上是一个圆球,所有的采样点都落在这个球的表面上,如图13所示,这一点同两维平面内投影得到的圆类似｡图13 地球磁场空间旋转后在传感器空间坐标内得到球体这种情况下,可以通过足够的样本点求出圆心O(γx, γy, γz), 即固定磁场干扰矢量的大小及方向｡公式如下:8字校准法要求用户使用需要校准的设备在空中做8字晃动,原则上尽量多的让设备法线方向指向空间的所有8个象限,如图14所示｡图14 设备的空中8字校准示意图4.2 十面校准方法同样,通过以下10面校准方法,也可以达到校准的目的｡图15 10面交准法步骤如图16所示,经过10面校准方法之后,同样可以采样到以上所述球体表面的部分轨迹,从而推导出球心的位置,即固定磁场干扰矢量的大小及方向｡图16 10面校准后的空间轨迹5.倾斜补偿及航偏角计算经过校准后电子指南针在水平面上已经可以正常使用了｡但是更多的时候手机并不是保持水平的,通常它和水平面都有一个夹角｡这个夹角会影响航向角的精度,需要通过加速度传感器进行倾斜补偿｡对于一个物体在空中的姿态,导航系统里早已有定义,如图17所示,Android中也采用了这个定义｡Pitch(Φ)定义为x轴和水平面的夹角,图示方向为正方向;Roll(θ)定义为y轴和水平面的夹角,图示方向为正方向｡由Pitch角引起的航向角的误差如图18所示｡可以看出,在x轴方向10度的倾斜角就可以引起航向角最大7-8度的误差｡图17 Pitch角和Roll角定义图18 Pitch角引起的航向角误差手机在空中的倾斜姿态如图19所示,通过3轴加速度传感器检测出三个轴上重力加速度的分量,再通过式2可以计算出Pitch和Roll｡图19 手机在空中的倾斜姿态式3可以将磁力计测得的三轴数据(XM,YM ,ZM)通过Pitch和Roll 转化为式1中计算航向角需要的Hy和Hx｡之后再利用式1计算出航向角｡6.Android平台指南针的实现在当前流行的android 手机中,很多都配备有指南针的功能｡为了实现这一功能,只需要配备有ST提供的二合一传感模块LSM303DLH,ST 提供整套解决方案｡Android中的软件实现可以由以下框图表示:其中包括:BSP ReferenceLinux Kernel Driver (LSM303DLH_ACC + LSM303DLH_MAG)HAL Library(Sensors_lsm303dlh + Liblsm303DLH) for sensors.default.so经过library 的计算,上层的应用可以很轻松的运用由Android定义由Library提供的航偏角信息进行应用程序的编写｡。
智能手机里的电子罗盘工作原理
智能手机里的电子罗盘工作原理
目前智能手机上几乎都配有“电子罗盘”，这是说我们手机里面有一个小小的磁针吗？当然不是！行使罗盘功能的其实是一个能对磁场做出相应的传感器。
目前手机上普遍采用基于“霍尔效应”原理的磁场测量器件。
什么是“霍尔效应”呢？其实这是100多年前物理学家发现的一种现象，不是太难理解。
当我们把通有电流的导体放在磁场当中时，电流就会受到磁场的作用力，而电流是由自由电子定向运动形成的，因此本质上是电子受到磁场的作用力。
如果我们不让导线运动，那么其中的电子就会拥挤在导线的一侧，带上多余的负电荷；而另一侧因缺少了电子，带上正电荷。
这样就在导线的两侧建立起了一个电场，这种现象就是“霍尔效应”。
在电流和磁场一定时，“霍尔效应”的强弱与导体在磁场中的方位有关，导体与磁场的夹角越大，霍尔效应越强，正是利用这一简单的物理原理，衍生出了灵敏轻巧的磁传感器，能帮助我们找到正确的方向。
或许有人会问，现在手机都有GPS定位功能了还有必要装个“电子罗盘”吗？其实很有必要！
如果在树林或者大厦林立的地方，那么手机很有可能丢失掉GPS 信号，而有了“电子罗盘”之后就可以更好的保障你不会迷失方向，毕竟地球磁场是无处不在的。
还有非常重要的一点，如果我们处于静止状态或是非常缓慢移动，GPS只能判断我们所处的位置，并不能指示方向。
打开导航地图你将会发现所在位置显示一个小圆点，而有“电子罗盘”就会显示箭头，并可以随着手机的方位旋转。
因此，“电子罗盘”并不是可有可无的传感器，是GPS定位的重要补充。
智能手机里的电子罗盘工作原理
智能手机里的电子罗盘工作原理智能手机已经成为了我们日常生活中不可或缺的一部分。
它们可以帮助我们进行通话、发送短信、浏览互联网、拍摄照片和视频等等。
而在这一切的背后，有许多先进的技术使得智能手机能够更加智能化。
其中之一就是电子罗盘，它能够帮助智能手机定位和导航。
本文将介绍智能手机中电子罗盘的工作原理。
一、引言电子罗盘是一种使用磁传感器来测量地球磁场方向的设备。
在智能手机中，电子罗盘通常是通过内置的磁强计传感器来实现的。
磁强计是一种能够测量磁场强度和方向的传感器。
当智能手机处于水平状态时，电子罗盘可以提供手机的方向信息，帮助用户进行导航和定位。
二、电子罗盘的工作原理电子罗盘中的磁强计传感器是通过感知地球磁场来确定方向的。
地球具有一个由南极指向北极的磁场，智能手机内的磁强计传感器可以感知到这个磁场，并据此确定手机的方向。
电子罗盘中的磁强计传感器通常由三个轴向的磁场传感器组成，分别测量X、Y和Z三个方向的磁场强度。
这些磁场传感器被安装在手机的内部，通常位置靠近一个较小的磁性物体，以提高测量的准确性。
当手机处于平稳的水平状态时，磁场传感器可以侦测到地球磁场，并通过计算和比较不同方向上的磁场强度来确定手机的方向。
具体而言，当保持水平状态时，磁场传感器将感知到来自地球的磁场；如果手机被倾斜或旋转，磁场传感器还会感知到其他外部干扰磁场。
三、校准电子罗盘的准确性对于导航和定位至关重要。
然而，由于周围环境中存在其他磁场源，如建筑物、电子设备等，这些磁场源会对磁强计传感器的测量结果产生干扰，从而影响电子罗盘的准确性。
为了解决这个问题，智能手机通常提供了校准功能。
校准过程可以帮助电子罗盘在周围环境中获得准确的方向信息。
校准通常需要用户按照手机屏幕上的指示进行操作，例如将手机沿着不同方向进行旋转。
通过这种方式，手机可以自动感知周围的磁场，并根据磁场传感器的测量结果进行调整，提高电子罗盘的准确性。
四、应用电子罗盘在智能手机中有许多实用的应用。
电子罗盘工作原理
电子罗盘工作原理
电子罗盘是一种通过测量地球上的磁场来确定方向的仪器。
它使用了一个小型的磁场传感器，通常是一个三轴磁力计，用来测量地球的磁场。
根据地球上不同位置的磁场强度和方向的差异，电子罗盘可以计算出所在位置的方向。
电子罗盘的工作原理基于磁场和电流之间的相互作用。
当电子罗盘处于一个稳定的状态时，它的磁感应线圈内会存在一个恒定的磁场。
当罗盘转动时，地球磁场的方向会改变，导致感应线圈中的磁场发生变化。
这个变化会产生一个电流，根据该电流的方向和大小，可以确定罗盘当前所指的方向。
为了准确测量方向，电子罗盘通常会使用三轴磁力计。
这些磁力计会测量地球磁场在三个方向上的强度，并将这些数据传输给罗盘的处理芯片。
通过计算和分析这些数据，电子罗盘可以确定自身相对于地球的方向。
电子罗盘一般具有较高的精度和稳定性。
它可以应用在许多领域，如导航系统、航空航天、海洋勘探、车辆导航等。
尽管电子罗盘在测量方向方面表现出色，但时常受到外界磁场的干扰。
为了提高精确性，需要进行校准和调整，以保证测量结果的准确性。
总之，电子罗盘通过测量地球磁场的变化来确定方向。
它利用磁感应线圈和磁力计等组件，通过测量地球磁场在不同位置的强度和方向差异来计算方向。
尽管受到外部磁场的影响，但通过校准和调整可以确保测量结果的准确性。
罗盘的工作原理
罗盘的工作原理罗盘是一种常见的导航工具，它通过检测地球的磁场来确定方位。
罗盘的工作原理基于磁性指针的运动，并利用地球的地磁场来指示方向。
下面将详细介绍罗盘的工作原理，分为四个主要方面：磁场的产生、磁场的检测、指针的运动和使用方法。
一、磁场的产生磁场的产生与地球的物理特性有关，地球拥有一个强大的地磁场。
这个地磁场是由地球内部的液态外核中流动的熔融金属所产生的。
地球的外核是由铁和镍等金属组成的，而这些物质的运动产生了电流，从而形成了磁场。
这个磁场的方向和强度在地球表面上是不均匀的，这就是为什么使用罗盘可以确定方位的原因。
二、磁场的检测罗盘使用的是一个磁性指针，它可以在磁场中自由地旋转。
这个指针通常是由磁性材料制成，比如钢铁或者钴钢。
当一个罗盘放置在地球的表面上时，磁性指针会受到地磁场的作用，并指示出地磁场的方向。
通常情况下，罗盘的指针会指向北方，这是因为地球的磁南极位于北地理极附近。
三、指针的运动当罗盘放置在表面上时，磁性指针会随着地磁场的方向而旋转。
指针的运动是由磁力产生的，这个磁力与地磁场的方向有关。
指针会对齐地磁场的方向，并指向磁场的南北方向。
通过观察指针的运动，我们可以确定罗盘所指示的方向。
四、使用方法使用罗盘进行导航通常是相当简单的。
首先，将罗盘放置在平坦的表面上，确保它不受到任何干扰。
然后，观察指针的运动，并将其与罗盘上的刻度进行比较。
刻度通常标记了方向，如北、东、南、西等。
通过将指针与刻度进行比较，我们可以确定方位，并找到想要前往的目的地。
总结起来，罗盘的工作原理基于地球产生的磁场，通过磁性指针的运动来指示方向。
它是一种简单而有效的导航工具，可以帮助我们在户外环境中确定方位。
通过正确使用罗盘，我们可以更好地进行地图阅读、航海、露营等活动，并确保我们始终朝着正确的方向前进。
电子罗盘的工作原理及校准电子罗盘,电子指南针,android
电⼦罗盘的⼯作原理及校准电⼦罗盘,电⼦指南针,android AndroidST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。
手机里的指南针是什么原理？
手机里的指南针是什么原理？其实这个问题很简单，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，电子罗盘一般来说有两大类材料能够实现，一种是霍尔材料，一种就是磁阻材料。
先来讲讲霍尔原理吧，简单来说就是当恒定的电流通过一段导体时，其侧面的电压会随磁感应强度线性变化。
手机通过测量电压，就可以测出磁感应强度的大小。
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。
再说说磁阻材料，磁阻材料分为AMR、GMR材料，各有各的优点，因为专业性较强，在这里我们就不详细讨论了。
而磁阻材料的特点是电阻会随磁感应强度的变化而变化，使用磁阻材料能构成一个电桥，测量电桥的两节点的电压，就可以测出单一方向的磁感应强度。
同理，在手机中放置两个相互垂直的电桥，就可以测得磁场的方向。
电子罗盘一般都是三轴的很多人不知道的是，手机的电子罗盘基本都是三轴的，因为我们的手机不单单是平行于地面来使用的，为了解决这个问题需要在三维空间内找到地球磁场的方向，所以必须用到三轴。
而结合重力（加速度）传感器，就可以在三维空间内测算出磁场的方向了（人类果然是最伟大的生物）。
电子指南针为何需要校正当然，电子指南针虽然强大，但是却并非无敌的存在，很多时候大家应该会有这样的感觉，就是当你打开指南针后，会发现指南针的指针会不停的旋转，此时手机会提示你进行校正，这是受磁场环境的影响导致的，手机周围以及里面的磁场环境非常复杂，所以如果磁场紊乱了，必须要进行手动校正，校正原理就是通过其他传感器捕捉手机运动，同时记录各方向的磁场数据而已，可能我们只需要挥动挥动手，就可以解决磁场问题了。
电子陀螺仪和电子指南针有什么区别最后我们再来聊一聊电子陀螺仪和电子指南针的区别，这位网友认为是陀螺仪实现了指南针的功能，其实并非如此，电子陀螺仪和电子指南针是完全不一样的，陀螺仪是通过惯性原理测量角速度，电子罗盘是通过磁电效应测量地球磁场，能够解算出方位角，也就数字指南针。
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AndroidST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。
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角排列的导线当有外界磁场Ha时，AMR上主磁域方向就会发生变化而不再是初始的方向了，那么磁场方向和电流的夹角θ也会发生变化，如图5所示。
对于AMR材料来说，θ角的变化会引起AMR自身阻值的变化，并且呈线性关系，如图6所示。
图5 磁场方向和电流方向的夹角图6 θ-R特性曲线ST利用惠斯通电桥检测AMR阻值的变化，如图7所示。
R1/R2/R3/R4是初始状态相同的AMR电阻，但是R1/R2和R3/R4具有相反的磁化特性。
当检测到外界磁场的时候，R1/R2阻值增加∆R而R3/R4减少∆R。
这样在没有外界磁场的情况下，电桥的输出为零；而在有外界磁场时电桥的输出为一个微小的电压∆V。
图7 惠斯通电桥当R1=R2=R3=R4=R，在外界磁场的作用下电阻变化为∆R时，电桥输出?V正比于?R。
这就是磁力计的工作原理。
2.2 置位/复位(Set/Reset)电路由于受到外界环境的影响，LSM303DLH中AMR上的主磁域方向不会永久保持不变。
LSM303DLH内置有置位/复位电路，通过内部的金属线圈周期性的产生电流脉冲，恢复初始的主磁域，如图8所示。
需要注意的是，置位脉冲和复位脉冲产生的效果是一样的，只是方向不同而已。
图8 LSM303DLH置位/复位电路置位/复位电路给LSM303DLH带来很多优点：1）即使遇到外界强磁场的干扰，在干扰消失后LSM303DLH也能恢复正常工作而不需要用户再次进行校正。
2）即使长时间工作也能保持初始磁化方向实现精确测量，不会因为芯片温度变化或内部噪音增大而影响测量精度。
3）消除由于温漂引起的电桥偏差。
2.3 LSM303DLH的性能参数LSM303DLH集成三轴磁力计和三轴加速计，采用数字接口。
磁力计的测量范围从 1.3 Gauss到8.1 Gauss共分7档，用户可以自由选择。
并且在20 Gauss以内的磁场环境下都能够保持一致的测量效果和相同的敏感度。
它的分辨率可以达到8 mGauss并且内部采用12位ADC，以保证对磁场强度的精确测量。
和采用霍尔效应原理的磁力计相比，LSM303DLH 的功耗低，精度高，线性度好，并且不需要温度补偿。
LSM303DLH具有自动检测功能。
当控制寄存器A被置位时，芯片内部的自测电路会产生一个约为地磁场大小的激励信号并输出。
用户可以通过输出数据来判断芯片是否正常工作。
作为高集成度的传感器模组，除了磁力计以外LSM303DLH还集成一颗高性能的加速计。
加速计同样采用12位ADC，可以达到1mg的测量精度。
加速计可运行于低功耗模式，并有睡眠/唤醒功能，可大大降低功耗。
同时，加速计还集成了6轴方向检测，两路可编程中断接口。
3. ST电子罗盘方案介绍一个传统的电子罗盘系统至少需要一个三轴的磁力计以测量磁场数据，一个三轴加速计以测量罗盘倾角，通过信号条理和数据采集部分将三维空间中的重力分布和磁场数据传送给处理器。
处理器通过磁场数据计算出方位角，通过重力数据进行倾斜补偿。
这样处理后输出的方位角不受电子罗盘空间姿态的影响，如图9所示。
图9 电子罗盘结构示意图LSM303DLH将上述的加速计、磁力计、A/D转化器及信号条理电路集成在一起，仍然通过I2C总线和处理器通信。
这样只用一颗芯片就实现了6轴的数据检测和输出，降低了客户的设计难度，减小了PCB板的占用面积，降低了器件成本。
LSM303DLH的典型应用如图10所示。
它需要的周边器件很少，连接也很简单，磁力计和加速计各自有一条I2C总线和处理器通信。
如果客户的I/O接口电平为 1.8V，Vdd_dig_M、Vdd_IO_A和Vdd_I2C_Bus均可接1.8V供电，Vdd使用2.5V以上供电即可；如果客户接口电平为2.6V，除了Vdd_dig_M要求1.8V以外，其他皆可以用2.6V。
在上文中提到，LSM303DLH需要置位/复位电路以维持AMR的主磁域。
C1和C2为置位/复位电路的外部匹配电容，由于对置位脉冲和复位脉冲有一定的要求，建议用户不要随意修改C1和C2的大小。
图10 LSM303DLH典型应用电路图对于便携式设备而言，器件的功耗非常重要，直接影响其待机的时间。
LSM303DLH可以分别对磁力计和加速计的供电模式进行控制，使其进入睡眠或低功耗模式。
并且用户可自行调整磁力计和加速计的数据更新频率，以调整功耗水平。
在磁力计数据更新频率为7.5Hz、加速计数据更新频率为50Hz时，消耗电流典型值为0.83mA。
在待机模式时，消耗电流小于3uA。
4. 铁磁场干扰及校准电子指南针主要是通过感知地球磁场的存在来计算磁北极的方向。
然而由于地球磁场在一般情况下只有微弱的0.5高斯，而一个普通的手机喇叭当相距2厘米时仍会有大约4高斯的磁场，一个手机马达在相距2厘米时会有大约6高斯的磁场，这一特点使得针对电子设备表面地球磁场的测量很容易受到电子设备本身的干扰。
磁场干扰是指由于具有磁性物质或者可以影响局部磁场强度的物质存在，使得磁传感器所放置位置上的地球磁场发生了偏差。
如图11所示，在磁传感器的XYZ 坐标系中，绿色的圆表示地球磁场矢量绕z轴圆周转动过程中在XY平面内的投影轨迹，再没有外界任何磁场干扰的情况下，此轨迹将会是一个标准的以O(0,0)为中心的圆。
当存在外界磁场干扰的情况时，测量得到的磁场强度矢量α将为该点地球磁场β与干扰磁场γ的矢量和。
记作：图11 磁传感器XY坐标以及磁力线投影轨迹一般可以认为，干扰磁场γ在该点可以视为一个恒定的矢量。
有很多因素可以造成磁场的干扰，如摆放在电路板上的马达和喇叭，还有含有铁镍钴等金属的材料如屏蔽罩，螺丝，电阻，LCD背板以及外壳等等。
同样根据安培定律有电流通过的导线也会产生磁场，如图12。
图12 电流对磁场产生的影响为了校准这些来自电路板的磁场干扰，主要的工作就是通过计算将γ求出。
4.1 平面校准方法针对XY轴的校准，将配备有磁传感器的设备在XY平面内自转，如图11，等价于将地球磁场矢量绕着过点O(γx,γy)垂直于XY平面的法线旋转，而红色的圆为磁场矢量在旋转过程中在XY平面内投影的轨迹。
这可以找到圆心的位置为((Xmax + Xmin)/2, (Ymax + Ymin)/2). 同样将设备在XZ平面内旋转可以得到地球磁场在XZ平面上的轨迹圆，这可以求出三维空间中的磁场干扰矢量γ(γx, γy, γz).4.2 立体8字校准方法一般情况下，当带有传感器的设备在空中各个方向旋转时，测量值组成的空间几何结构实际上是一个圆球，所有的采样点都落在这个球的表面上，如图13所示，这一点同两维平面内投影得到的圆类似。
图13 地球磁场空间旋转后在传感器空间坐标内得到球体这种情况下，可以通过足够的样本点求出圆心O(γx, γy, γz), 即固定磁场干扰矢量的大小及方向。
公式如下：8字校准法要求用户使用需要校准的设备在空中做8字晃动，原则上尽量多的让设备法线方向指向空间的所有8个象限，如图14所示。
图14 设备的空中8字校准示意图4.2 十面校准方法同样，通过以下10面校准方法，也可以达到校准的目的。
图15 10面交准法步骤如图16所示，经过10面校准方法之后，同样可以采样到以上所述球体表面的部分轨迹，从而推导出球心的位置，即固定磁场干扰矢量的大小及方向。
图16 10面校准后的空间轨迹5．倾斜补偿及航偏角计算经过校准后电子指南针在水平面上已经可以正常使用了。
但是更多的时候手机并不是保持水平的，通常它和水平面都有一个夹角。
这个夹角会影响航向角的精度，需要通过加速度传感器进行倾斜补偿。
对于一个物体在空中的姿态，导航系统里早已有定义，如图17所示，Android中也采用了这个定义。
Pit ch(Φ)定义为x轴和水平面的夹角，图示方向为正方向；Roll(θ)定义为y 轴和水平面的夹角，图示方向为正方向。
由Pitch角引起的航向角的误差如图18所示。
可以看出，在x轴方向10度的倾斜角就可以引起航向角最大7-8度的误差。