基于单片机的电子指南针设计
基于单片机的电子指南针的设计
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。
简易指南针的制作
简易电子指南针的制作摘要：电子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.系统核心技术是由单片机通过HMC5883磁场传感器（3轴罗盘）检测环境中得磁场强度的数据对身处磁场进行判断，与程序设定的数据进行角度换算，通过磁场变化来测量所处方向的偏差,实现对指南针的判别方向功能，达到简化电子指南针系统的目的。
它采用磁场传感器的磁阻（AMR）技术.功能完善，测量准确度高，本次系统所采用的磁阻为HMC5883L系列磁阻传感器,具有较高水平的测量精度并自带有自动消磁、偏差校准等功能，提高精确度的同时，也大幅度减少设计系统的外围电路与整体体积。
功能拓展实用性强，本系统所拓展的功能为前进方向锁定功能.能够为使用者使用时，提供大大的便捷性，减少旧时指南针在使用时，不能兼顾前进的弊端.关键词：电子指南针；HMC5883；AMR引言指南针起源于我国古代四大发明之一的“司南”，发展到现代的机械指针式指南针,是非常重要的导航工具。
随着电子技术的飞速发展，特别是在磁感应传感器和专用芯片上的发展是指南针的基本实现原理有了质的飞跃，不再采用机械的结构，而是采用了磁传感器和专用处理器对进行测量和处理然后指示方向。
与传统机械式指南针相比，电子指南针在灵敏度和精确度都远远胜于前者，也不会因为机械磨损而简短寿命.另外，电子指南针更具人性化,增加了许多功能，十分实用。
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,特别是系统中的磁传感器及其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。
1。
主要模块的原理及特点1。
1 AMR磁阻材料的主要原理及特点AMR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。
基于MSP430F5438单片机的便携电子指南针研究设计
基于MSP430F5438单片机的便携电子指南针研究设计摘要指南针从古至今一直是人们常用的导航工具，从我国发明的司南到现在精密的电子指南设备，无不体现电子设备的众多优点，本设计中主要提出一种新型的电子指南针设计方法，利用磁场传感器、实时时钟芯片、液晶显示屏和单片机构成的电子指南针。
关键词电子指南针；磁场传感器；便携性0引言目前比较流行的检测技术是利用磁阻这种磁场传感器检测地磁，利用倒装技术，可以很好的消除数据的偏移量，而这种技术本身可以很好的减小温漂和误检测。
本设计中硬件系统包含磁场传感器、主控核心、液晶显示器、RTC电路等，其中磁阻需要通过支持ASIC的磁场传感器的芯片将数据通过SPI的方式传输给MCU。
1 系统硬件设计硬件设计时首先要考虑微控制器MCU的工作效率还有工作时的功耗情况，所以设计中采用TI公司低功耗16位单片机MSP430F5438作为主控核心；其次考虑控制精度要求，采用磁阻传感器GMR和专用芯片ASIC来分析当前的磁极状态；最后考虑到多功能的实现，加入了RTC功能以及低功耗的LCD显示。
1.1 MSP430F5438单片机MSP430F54XX系列单片机是德州仪器TI公司近两年推出的新型16位单片机，具有较高的运行频率，内置丰富的存储器，I/O引脚充裕，内置16通道的12位ADC，最重要的是它可以超低功耗的运行，非常适合设计成为便携设备。
1.2磁阻传感器及ASIC本设计中采用了磁阻效应传感器来测量磁场的强度，从而测量出方向。
该原理描述为当电流被施加在强磁性合金属的纵向方向上，如果垂直于电流方向的，然后施加磁场，铁磁磁阻异质性现象的磁阻传感器的根据出现，从而使合金与它们的电阻变化相一致。
由于传感器体积非常小，测量精度高，最小分辨率可达0.00015高斯，所以在本设计中测量地磁场已经足够。
通过磁阻效应在磁场中的变化可以被转换成相应的电流变化，可以由A / D 转换器得到的相应的数字量。
【同学毕业论文】毕业设计---基于51单片机的电子式指南针的设计+最后附源代码
摘要早期的指南针采用了磁化指针和方位盘的组合方式，整个指南针从便携性、指示灵敏度上都有一定缺乏。
本系统采用专用的磁场传感器结合高速微控制器〔MCU〕的电子指南针能有效解决这些问题。
系统采用了磁阻〔GMR〕传感器采集某一方向磁场强度后通过MCU控制器对其进行处理并显示上传，通过对电子指南针硬件电路和软件程序的分析，阐述了电子指南针根本的工作原理及实现。
理论上指南针模块精度到达1°，能够在LCD上显示当前方位并能通过键盘控制上传指南针处理得到的数据到上位机。
关键词：电子指南针，GMR，MCU，LCDABSTRACTSince the early compass was composited by the magnetic compass and direction-pointer, the sensitivity and portability of this compass is ing a dedicated high-speed magnetic sensor with microcontroller (MCU) electronic compass can effectively solve these problems.The system is designed by the reluctance (GMR) sensors collecting a certain direction through the magnetic field strength after the MCU Controller its judgment will be dealt with the results, through the LCD screen display and can be sent to the MCU's top serial Machine. The compass module can reach 1 ° theoretically, in the LCD display on the current position of the keyboard and through selective compass upload the data processing.KEY WORDS：electronic compass，GMR，MCU，LCD目录第1章本研究的背景及目的 (1)1.1 本研究的背景 (1)1.2 本研究的目的 (1)第2章系统的构成及工作原理 (2)2.1 系统的构成 (2)2.2工作原理分析 (2)第3章硬件电路 (4)3.1 单片机系统 (4)3.2 传感器模块 (6)3.2.1 磁阻传感器 (6)3.2.2 磁场测量电路 (7)3.3 LCD显示模块 (8)3.4 实时时钟电路 (9)3.5 接口电路 (10)第4章系统软件 (12)4.1 主监控程序 (12)4.2 实时时钟驱动 (13)4.3 人机界面驱动 (14)4.3.1 液晶模块驱动 (14)4.3.2 键盘驱动 (14)4.4 传感器模块驱动 (14)第5章仿真结果 (17)第6章结论 (18)致谢 (19)参考文献 (20)附录(主要程序) (21)第1章本研究的背景及目的1.1 本研究的背景指南针是用以判别方位的一种简单仪器。
基于单片机的电子指南针设计
基于单片机的电子指南针设计摘要：指南针是我国的四大发明之一，在早期指南针是把磁化指针和方位盘组合在了一起，这样的指南针比较笨重，不便于携带而且指针灵敏度比较差，准确性也比较低，稳定性不是很好。
所以，为了解决这些问题，我们采用了专用的磁场传感器来设计电子指南针。
在这个系统中我们通过磁阻传感器来采集某一方向的磁场强度，接着可以通过电子指南针硬件电路MCU控制器对刚才采集到的磁场强度进行处理并显示上传，从而可以达到显示当前所指方向的目的。
关键词：电子指南针；磁阻传感器；单片机；液晶显示器The Design of Electronic Compass Based on MCU (Electrical engineering and automation, School of Information and Electrical Engineering）Abstract:One of the China’s four great inventions is a compass,early compass pointer and orientation using magnetic disk combination, Such relatively bulky compass ,it is not convenient to carry, and instructions to have insufficient sensitivity and accuracy is poor and have a poor stability. In this system we magnetoresistive sensor to collect the magnetic field strength in a direction, then via electronic compass MCU controller hardware circuit of the magnetic field intensity of the collected just processed and displayed upload, which can display the current in the direction to achieve the purpose. Key words: Electronic compass; GMR; MCU; LCD1 引言指南针是可以判断方向的一种简单仪器，它的诞生是我国劳动人民通过长期的实践，对物体磁性认识的结果。
基于单片机的电子指南针设计毕业论文 最新完整版
题目基于单片机的电子指南针设计学生姓名学号所在学院专业班级指导教师完成地点2017 年6月3日毕业论文﹙设计﹚任务书院(系) 物理与电信工程学院专业班级通信1103班学生姓名王婷婷一、毕业论文﹙设计﹚题目基于单片机的电子指南针设计二、毕业论文﹙设计﹚工作自止三、毕业论文﹙设计﹚进行地点: 物理与电信工程学院实验室四、毕业论文﹙设计﹚的内容要求：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。
本课题具体要求如下：1. 熟悉指南针的工作原理；2. 选择合适的电磁感应器进行系统设计，完成显示功能；3. 能够利用电池对系统供电，系统集成，完成功能调试。
成果形式：实验样机一套。
毕业设计进度安排: 1.10─3.20：查阅资料（参考文献不少于10篇），进行方案论证，完成开题报告。
完成不少于3000字的外文翻译；3.20─4.30：设计硬件电路，编写相关软件、完成电路仿真及样机调试；5.1─5.20：完善系统调试，撰写论文，准备毕业设计验收等工作；5.21-6.10：整理资料，修改论文，准备毕业答辩。
指导教师系(教研室)通信教研室系(教研室)主任签名批准日期接受论文 (设计)任务开始执行日期学生签名基于单片机的电子指南针设计王婷婷（陕西理工学院物理与电信工程学院通信1103班，陕西汉中 723003）指导教师：郑争兵[摘要]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。
当人们置于一个陌生的环境中，导航定向非常重要，随着手机的普及，其内置指南针已被人们广泛应用，但是一旦出现手机无电以及信号不强时无法定位。
针对这一问题，因此开发一款基于单片机的低成本便于携带的电子指南针系统，以满足人们的精确定向。
此次设计的原理是通过STC89C52单片机处理异性磁阻(AMR)传感器芯片HMC5883L得到的信息数据，最终在LCD1602液晶上显示数据，得到当前的角度信息与方位信息。
GY-26电子指南针PIC代码IIC
#include <stdio.h>
__CONFIG(0x3F32); //芯片配置字
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ulint unsigned long int
void LCD_write_onechar(uchar COMM,uchar DAT);
void LCD_write_string(uchar X,uchar Y,uchar *string);
uint get_GY_26(uchar read_begin_address,uchar GY_26_cmd);
SSPCON2 = 0x00; //IIC设置
SSPADD = 50; //IIC设置
}
//LCD初始化***************************
void lcd_init(void)
{
nms_delay(100);
uchar START_DISPLAY2[16]={" Temp : "};//LCD初始化显示数据
uchar display[7]={0,0,0,'.',0,0Xdf,0}; //显示数据数组
/*********************************************
iic_Write8Bit(GY_26_cmd); //写指南针命令
iic_Stop(); //iic写停止时序
nms_delay(55); //延时，可执行其他程序
iic_Start(); //iic启动时序
基于单片机的电子指南针设计讲解
基于单片机的电子指南针设计讲解引言电子指南针是一种用于导航或测量方向的仪器，它能够指示地球表面的磁北方向。
传统的指南针使用磁针和标度盘来指示方向，而电子指南针则是利用电子元件和算法来实现同样的功能。
本文将详细介绍基于单片机的电子指南针的设计原理和实现方法。
一、设计原理1.磁场传感器基于单片机的电子指南针需要使用磁场传感器来检测地球的磁场以确定方向。
常用的磁场传感器有磁敏电阻（Magnetic Resistance, MR）传感器和磁传感器（Hall Effect Sensor）。
磁敏电阻通过磁场的变化产生电阻值的变化，而磁传感器则是通过磁场对半导体材料电阻产生影响来实现磁场的测量。
2.单片机单片机是电子指南针的核心控制器，它负责磁场传感器数据的采集和处理，计算出指南针所指的方向。
常用的单片机有Atmel AVR系列和Microchip PIC系列等。
3.算法在磁场传感器测量到地球的磁场之后，需要通过算法将测量到的磁场转化为实际的方向。
常用的算法有磁力计校正算法和方位角计算算法等。
磁力计校正算法用于校正磁场传感器的非线性误差，而方位角计算算法用于将磁场数据转化为具体的方向。
二、设计步骤1.硬件设计硬件设计是电子指南针设计的基础，包括磁场传感器的选型和电路的设计。
首先需要选择适合的磁场传感器，根据系统的需求选择MR传感器或磁传感器，并连接到单片机的输入引脚。
然后根据单片机的引脚和电源需求设计电路，为单片机提供稳定的电压和电流。
2.软件开发软件开发是电子指南针设计的关键步骤，包括单片机的编程和算法的实现。
首先需要编写单片机的驱动程序，用于配置和读取磁场传感器的数据。
然后编写磁力计校正算法，校正磁场传感器的非线性误差。
最后编写方位角计算算法，将磁场数据转化为实际的方向。
3.调试和测试在完成硬件设计和软件开发之后，需要进行调试和测试来验证电子指南针的性能。
首先需要使用磁铁等外部磁场源来检测磁场传感器的灵敏度和稳定性。
基于单片机的电子指南针系统设计说明
毕业设计（论文）手册学生：宏岩指导教师：罗红宇专业：自动化班级： 0843工程技术师学院教务处制二Ｏ一零年四月毕业设计（论文）选题论证书毕业设计（论文）任务书题目：基于单片的电子指南针系统设计电气工程学院系（分院）自动化专业 0843 班学生姓名：宏岩学号： 18 指导教师：罗宏宇职称：副教授教研室主任：系（分院）主任：任务书下发日期：年月日工程技术师学院教务处制本科生毕业设计（论文）开题报告题目_基于单片的电子指南针系统设计院（系）___电气工程学院___________专业_____自动化______ _______班级______0843_ ______________姓名_____宏岩_ _____________指导教师_____罗宏宇_______________开题时间______________________工程技术师学院教务处制一、课题研究意义二、研究方案三、设计（论文）课题评议四、考核组成员毕业设计（论文）指导教师评阅意见注：优（90分以上）；良（80～89）；中（70～79）；及格（60～69）；不及格（60以下）毕业设计（论文）指导教师评定成绩标准注：如属论文且无设计图纸则将第11项的得分加到第12项中毕业设计（论文）评阅人评阅意见注：1.参照评价项目涵与标准，A为合格、B为基本合格、C为不合格；2.有1个C，需修改后答辩，有1个以上C不同意答辩。
毕业设计（论文）答辩记录毕业设计（论文）答辩小组评语及综合成绩注：优（90分以上）；良（80～89）；中（70～79）；及格（60～69）；不及格（60以下）毕业设计（论文）答辩成绩评定标准。
基于STM32电子指南针的设计
基于STM32电子指南针的设计摘要对于电子指南针而言，其不仅仅在我们的日常生活中非常的普遍，而且在在航海、工业等领域中发挥巨大作用，因此未来的市场前景非常的理想。
本论文在设计电子指南针的过程中，其电子控制系统的核心采用的是 stm32 单片机自动控制系统，具体分析是指，借助于先进的磁场传感器，勘测并且获取所在地位和区域的磁场强度，依据勘测的相关数据，同时结合设定好的磁场数据，换算出角度，同时结合实际情况的强度变化，平衡偏差，进而获取现有的位置数据。
电子指南针主要STM32F103C8T6单片机、LCD1602液晶显示、GY-271模块及电压组成。
指南针模块电路把磁场信号转化为电信号，电信号经过放大电路，整流电路等处理，数字信号经过主控芯片的处理送入LCD显示.在本文的研究过程中，探讨利用stm32 单片机的方式实现电子指南针的功能，并通过仿真验证该高能。
本系统的设计优势是指，指南针的结构非常普通、性价比高，同时有非常高的精度，可以便利的检测说的所在的角度和位置，因此有很高的运用价值，可以大范围的推广使用。
关键词：stm32单片机；磁场; 电子指南针；转化；精度第1章绪论1.1 背景的简述指南针作为辨别方向用的仪器，其是凝结了中国劳动人民的伟大发明。
最开始它称之为司南，其最初的原理是在地球磁场中，结合天然磁石进行方向指示，其在航海等相关活动中起到了引导方向的作用。
不过指南针随着时代的发展，为了更好满足人们的需求，对其制作技艺有更好的要求，同时对精度也有更高的要求。
在这个时代的指南针的本质原来没区别，但是现有的机械指南针，不管是便携度，还是灵敏度都有待改进。
历经半个世纪的发展，不仅仅电子科技快速发展，同时设备也逐步实现智能化、自动化。
对于指南针而言，在原有的机械化指南针的基础上，充分利用磁场的传感器等技术作用下逐步发展成电子式，使得电子指南针的使用便利性更强，而且进度更有保证。
依据磁场的传感器，结合地球的电磁场的方向，主要包含了霍尔效应式，磁通门式还有磁阻效应式等三种类型。
电子指南针的设计与实现
2021/7/17
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温度影响
传感器的温度系数也将影响航向角的 精度，需要考虑的是偏移随温度的漂移。 由于HMC5883l三个相互垂直轴x、y 、z在 同一个封装中，他们的温度系数匹配的很 好，这样三轴经历相同的温度变化也相同。 x和y的比率没有太大的影响。
2021/7/17
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近磁场影响
电子指南针平台上的磁性材料及其附近运动 的磁性物体都会使电子指南针周围地磁场发生变 形从而影响方位角测量的精度。这就被称为近磁 材料的影响。近磁材料的影响可分硬铁影响：来 自电子指南针平台上永久磁铁和被磁化的铁(钢)； 软铁影响：来自地磁场和电子指南针周围软磁材 料的相互作用。硬铁影可以通过实验结果进行计 算可以补偿消除。此外在使用时尽量使电子指南 针远离近磁材料，这样可以降低外磁场对电子磁 指南针的影响，比任何补偿都好。
2021/7/17
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液晶显示模块
1602液晶也叫1602字符型液晶，它是 一种专门用来显示字母、数字、符号等的 点阵型液晶模块。1602LCD是指显示的内容 为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液 晶模块（显示字符和数字）。
2021/7/17
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51单片机模块
作为整个设计的核心部分，单片机最小 系统，是构成整个系统的重中之重，它由电源 指示灯、复位电路、时钟电路、AT89C51单片 机组成。用于处理传感器发送来的数据，进行 计算，整合，传输到1602，从而达到设计要求。
2021/7/17
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我们的设计
基于现状，本文我们采用磁阻传感器来设
计电子磁指南针。设计电子指南针的基本思路：
本设计的软件设计总体思路是将HMC5883L得到的
信息送至单片机内进行处理，再转换为液晶显示
基于单片机的电子指南针设计
基于单片机的电子指南针设计摘要指南针是一种广泛应用于航海、军事、野外探险和户外运动等领域的重要仪器，指示方向十分重要。
本文基于单片机制作了一款电子指南针，通过磁力传感器测量地磁场强度，并以此计算地理正北方向。
该电子指南针具有体积小、重量轻、精度高、可靠性好等特点，适合于户外探险、露营和徒步旅行等活动。
关键词：电子指南针，单片机，磁力传感器，地磁场AbstractCompass is an important tool widely used in navigation, military, outdoor exploration and sports, and it is very important to indicate the direction. In this paper, an electronic compass based on single-chip microcomputer was made, which measures the magnetic field strength through magnetic sensors, and calculates the geographical true north direction. The electronic compass has the characteristics of small volume, light weight, high accuracy, good reliability, etc., which is suitable for outdoor exploration, camping, hiking and other activities.Keywords: electronic compass, single-chip microcomputer, magnetic sensor, magnetic field引言指南针，是一种测量地球磁场方向的仪器。
基于单片机的电子指南针的设计
能
关键 词 ： 电子指南针 ＨＭＣ５ ８ ８ ３ ＭＣＵ Ｌ Ｃ Ｄ
Ｏ引言
南 半 球 中 向 上指 向 北方 。 在任何情况下 ， 地 球 磁 场 的 ห้องสมุดไป่ตู้ 向始 终 指 向磁 北 。 而 我们要应用 的， 正 是这 磁场 中 平行 于 地 球 表 面 的 分 量 。在 本 设 计 的 信 号 采
科 学 发 展
科镑
基 于 单 片机 的 电子 指 南 针 的 设计
钱 游
（ 重庆科创职业 学院 重庆４ ０ ２ １ ６ ０ ）
摘 要： 本设计使用 了地磁传感器 ＨＭＣ ５ ８ ８ ３采集某一方 向磁场强度后， 通过 ＭＣＵ控制器对其进行处理并显示 ， 通过对 电子指南针硬件 电路和 软件 程序 的分析， 阐述了电子指南针基本的工作原理及实现。实际测试指南针模块精度 达到 １ 。 ， 实现 了高可靠性 、 高精度 、 强抗 磁场干扰的数码 电子指南针功
高职教育 除了专业课程学 习外也应注重 加强思想政治教育 ， 把 社会主 义核心价值体系融入 到高等职业教育人才培养 的全过程 。 高度重视学生的 职业道 德教育和法制 教育， 重视培养 学生 的诚信 品质 、 敬业精神和 责任 意
基于单片机的电子指南针设计论文
基于单片机的电子指南针设计论文作为一种重要的导航工具，指南针在航海、野外探险、旅游等领域都有着广泛的应用。
而随着科技的发展，基于单片机的电子指南针也逐渐成为了一种新型的指南针。
本文将详细介绍基于单片机的电子指南针的设计及实现过程。
一、研究背景传统的指南针通常是以地球磁场作为基准，然后通过磁针指示出北方向。
但在一些特殊情况下，如在极地、磁难度大等情况下，传统指南针会出现指示不准的情况。
同时，传统指南针也无法显示出其他相关信息，如当前的位置、速度、方位等。
因此，基于单片机的电子指南针应运而生。
其不仅能够更加准确地指示方向，还能够通过GPS等定位技术来确定当前位置，并显示出相关信息。
因此，其在航海、野外探险、旅游等领域都具有广泛的应用前景。
二、设计方案基于单片机的电子指南针主要由以下几个模块组成：1.方向传感器模块方向传感器模块是电子指南针的核心模块，其主要作用是用来检测磁场方向并输出对应的信号。
传统的方向传感器通常采用针式感应器或霍尔效应传感器，但由于其精度较低，同时也易受到外界环境的干扰，因此我们采用了更为精确的磁力计作为方向传感器。
2.GPS模块GPS模块主要用来定位当前位置。
我们选择使用国内知名的北斗定位模块，其精度高、稳定性好，同时还能够兼容多种信号系统。
3.单片机模块单片机模块是电子指南针的控制中心，其主要负责接收和处理来自方向传感器和GPS模块的数据，并将处理后的数据进行显示和输出。
我们选择使用常见的STM32系列单片机，并结合采用RTX操作系统来提高系统的稳定性和可靠性。
4.显示模块为了实现更加直观的显示效果，我们采用了液晶显示屏作为电子指南针的显示模块。
通过在液晶显示屏上显示出方向、位置、速度、方位等信息，使用户能够更加清晰的了解当前的情况。
三、设计实现过程在实际的设计中，我们首先开发了方向传感器模块。
通过选择STM32F103芯片，并使用I2C总线协议连接到磁力计上，我们成功实现了对磁场的精确检测，并在单片机中实现了相关算法。
基于单片机的电子指南针设计
中国**大学基于51系列单片机的电子指南针设计总结报告电子综合设计小组成员：孙* *冯* *陈*目录一、摘要二、课题任务三、背景知识3.1 罗盘的发展历史和课题背景3.2磁阻效应式电子罗盘原理四、模块方案的选择4.1方案一4.2方案二4.3方案三五、系统总体方案设计六、硬件系统模块设计与实现6.1单片机模块6.2罗盘模块6.3显示模块七、软件系统模块设计与实现(包括系统调试、数据处理)八、实验总结九、参考文献十、附录一、摘要本课题针对电子指南针的各个功能部件对电子指南针的关键部分做了详细的研究。
采用单片机做为系统的核心控制芯片，而单片机的接口是数字信号的，想要它能够处理地球的磁场状况，必须要把磁场信号转化成电信号（电压或电流），然后经过模数转换，把模拟的电信号转化成单片机可以处理的数字信号。
把所得的数字信息通过主控制器进行处理，然后用人机界面表现出来，供我们来读取和应用。
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。
二、课题任务以指南针为设计目标,设计出膏精度的电子指南针.要求如下：•精确地显示所指的方向，显示精度为0.1•可以测量到的方向信息形象地显示在LCD12864液晶屏上•可以通过按键对电子指南针进行实际的操作•给出设计思路、系统框图、电路、作品照片和完整程序三、背景知识3.1 罗盘的发展历史和课题背景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出巨大贡献。
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 年时候，支撑是的指南针——指南龟被研制出来。
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。
基于单片机的电子指南针
目录摘要 (Ⅰ)关键词 (Ⅰ)Abstract (Ⅰ)Key words (Ⅰ)1 引言 (1)2 系统总体方案设计 (3)2.1系统总体框图 (3)2.2 信号采集处理的原理 (4)3 硬件电路设计 (7)3.1 主控电路 (7)3.2 串口通信电路 (10)3.3 指南针模块和接口电路 (11)3.4 实时时钟电路 (14)3.5 液晶显示电路 (15)3.6 按键输入电路 (16)4 软件设计 (17)4.1 主监控程序 (17)4.2 实时时钟驱动 (14)4.3 人机界面驱动 (19)4.3.1 液晶模块驱到 (19)4.3.2 键盘驱动 (19)4.4指南针模块驱动 (19)5 测试结果 (20)6 总结 (21)参考文献 (22)致谢 (23)附录……………………………………………………………………………244基于单片机的电子指南针设计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。
关键词电子指南针；磁阻传感器；单片机；液晶显示器The Design of Electronic Compass Based on MCUAbstractOne of the China's four great inventions is a compass, early compass pointer and orientation using magnetic disk combination, it is not convenient to carry such a compass. and instructions to have insufficient sensitivity and accuracy is poor. This article through to the electronic compass basic on working principle of research and analysis, using magnetic resistance (GMR) sensors to collect a certain direction magnetic field intensity, and then through the MCU controller for the treatment and display the upload to display the current pointed direction of purpose. The actual test compass module, up to 1 °accuracy, it can be displayed on LCD and the current position, and through the keyboard control upload data to the PC. Such a compass not only higher accuracy, more intelligent, greatly improving the accuracy, but also reduce the cost and difficulty of design.Key wordsElectronic Compass;GMR; MCU; LCD1引言指南针是用以判别方位的一种简单仪器，又称指北针。
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目录摘要： (1)0 前言 (1)1系统基本方案选择 (2)1.1单片机的选择 (2)1.2磁阻传感器的选择 (3)2 主要元器件介绍 (5)2.1 主控制器STC89C52介绍 (5)2.2 磁阻传感器HMC5883L介绍 (6)2.3 1602LCD液晶显示器 (9)3 程序流程图 (11)4 设计思路 (12)5 内部主要程序 (12)6实物演示 (15)7 结论 (16)8 参考文献 (17)基于单片机的电子指南针设计（河南大学物理与电子学院，河南开封，475004）摘要：早期的指南针采用了磁化指针和方位盘的组合方式，整个指南针从便携性、指示灵敏度上都有一定不足，极易受到外界因素的干扰。
本系统采用专用的磁场传感器结合高速微控制器的电子指南针能有效解决这些问题。
系统采用了磁阻传感器采集某一方向磁场强度后通过控制器对其进行处理并显示上传，通过对电子指南针硬件电路和软件程序的分析，阐述了电子指南针基本的工作原理及实现。
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。
关键词：指南针;磁阻传感器;;液晶显示屏0 前言指南针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、旅行及军事等方面。
随着电子技术的发展，电子指南针的优势渐渐体现出来，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。
通过采集某一方向磁场强度，传至mcu对其进行处理并输出到液晶屏上显示。
通过采用磁阻传感器采集地球上磁场的强度，并通过51单片机处理后显示在液晶显示屏上，有利于研究国外先进传感器工作机理，为以后做更精密的系统打下基础。
指南针的始祖大约出现在战国时期。
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。
后来随着人们认识的深入，指南针越来越精巧，但其基本原理还是依靠某种支撑机械式的工作，易受到外界因素的制约影响工作，随着电子技术的不断进步，人们做出了磁阻传感器，应用在导航仪，手机等电子设备中，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,使指南针的发展有了质的发1展。
1系统基本方案选择1.1单片机的选择51系列单片机源于Intel公司的MCS-51系列，在Intle 公司将MCS-51系列单片机实行技术开放政策之后，诸如Atmel,STC,Dallas,华邦，LG，Siemens 等都以MCS-51中的基础结构8051为基准推出各种型号的兼容型单片机统称为51系列单片机[1]。
1.1.1A VR系列简介AVR单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机，特点是高性能，高速度，低功耗，取消了机器周期，以时钟周期为指令周期，实行流水作业。
大部分指令为单周期指令，而单周期的指令既可以执行本指令功能，同时完成下一条指令的读取，时钟频率用4-8MHz,故最短指令执行时间为250-125ms。
主要类型有以下三种：AT90s2313（简装型），AT90S8515,AT90S8535(带A/D转换)[2]。
在51系列中，所有的逻辑运算都必须在A中进行，而AVR却可以在任意两个寄存器中进行，省去了在A中的反复，这些都比51系列强。
1.1.2 PIC系列简介PIC单片机系列是美国微芯公司(Microship)的产品，是当前市场份额增长最快的单片机之一。
CPU采用RISC结构，分别有33,35,38条指令（视单片机的级别而定），属精简指令集。
而51系列有111条指令，AVR有118条指令，都比前者复杂。
采用Harvard双总线结构，运行速度快，属于指令流水线结构，在一个周期完成执行指令和从程序存储器取出下一条指令。
具有低工作电压，低功耗，驱动能力强等特点。
在编程过程中，少不了要与专用寄存器打交道，得反复选择对应的存储体，给编程带来了一定的麻烦[3]。
1.1.3 51系列应用最为广泛的八位单片机当属Intel的51系列，由于产品硬件结构合理，指令系统规范，世界有许多著名芯片公司购买了51系列芯片的核心专利技术，并在其基础上进行性能上的扩充，使得芯片得到进一步的完善，形成了一个庞大的体系。
51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，统称为位处理器，或布尔处理器它的处理对象不是字或字节而是位。
它不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送，置位，清零，测试等，还能进2河南大学物理与电子学院开放实验室设计报告行位的逻辑运算，其功能十分完备。
在一个较复杂的程序在运行工程中会遇到许多的分支，因而需要建立许多标志位，在运行过程中，需对有关标志位进行置位，清零，或者检测，以确定程序的运行方向。
而实施这一处理（包括前面所有的位功能），只需用一条位操作指令即可。
51系列的另一个优点是乘法和除法指令，八位除以八位的除法指令，商为八位，而八位乘八位的乘法指令，其值为十六位，精度可以满足大多数的要求，用的较多。
考虑到大学所开课程，曾系统的学习过51单片机原理，以及其成本低，所设计的电子指南针处理速率的要求，所以选择51单片机来做主控制器。
在市场上选择了主流的STC公司的89C52来做开发。
1.2磁阻传感器的选择1.2.1 Honeywell 三轴磁阻传感器HMC5883L[4]。
如图1.1。
图1.1 HMC5883L实物图特点：(1)数字量输出：I2C数字量输出接口，设计使用非常方便。
(2)尺寸小: 3x3x0.9mm LCC封装，适合大规模量产使用。
(3)适用于消费类电子设备应用中通用双线串行数据接口。
(4)符合RoHS标准。
(5)可获得罗盘航向、硬磁、软磁以及制自动校准库。
(6)精度高：1－2度，内置12位A/D,OFFSET, SET/RESET 电路，不会出现磁3河南大学物理与电子学院开放实验室设计报告饱和现象，不会有累加误差。
(7)支持自动校准程序，简化使用步骤，终端产品使用非常方便，有相应软件及算法支持。
(8)最大输出频率可达160Hz。
(9)内置自测试电路，方便量产测试，无需增加额外昂贵的测试设备。
(10)带有设置/复位和偏置驱动器用于消磁、自测和偏移补偿。
(11)功耗低：供电电压1.8V, 功耗睡眠模式--2.5mA 测量模式--0.1mA。
(12)价格在7到10元之间。
1.2.2 Honeywell 磁阻传感器HMC1501，如图1.2。
图1.2 HMC1501实物图特点：(1)永磁产生材料不需稀土磁钢,只要用铝镍钴或陶瓷型磁钢，价格便宜。
(2)具有宽角度量程（±45°），0.07°的最小分辨率。
(3)8mm的有效线性区，多个器件时可以增加区间。
(4)绝对灵敏，不用于增量“编码”器件，HMC1501可以精确走位，无需遍索引。
(5)非接触，无磨损，不会因转动机械传感器磨损而降低讯号。
(6)小包装，8脚表面贴装，尺寸5×4×1.2mm，可以在小于6mm的空间工作。
(7)大讯号输出：在5伏电源时有120mV的满量程输出。
(8)价格在30元左右。
1.2.3 Honeywell HMC1001/1002 单、双轴磁阻传感器。
如图1.3。
4河南大学物理与电子学院开放实验室设计报告图1.3 HMC1501实物图特点：(1)磁场范围高至 6高斯(地磁场=0.5高斯)。
(2)封装尺寸小。
(3)设计成单轴和双轴可组合在一起工作从而提供3轴(xyz)传感。
(4)单轴传感器封装在8针SIP或8针SOIC, 或陶瓷8针DIP内。
(5)双轴传感器封装在16针或20针SOIC封装内。
(6)这类小型装置相比于机械磁通门大大降低了装配成本并提高了可靠性和耐用性。
(7)价格便宜,这类传感器经专门设计对于大批量的OEM应用价格合适,市场价格100-500元。
考虑到所选择的单片机为51系列，课程设计所要求的精度及成本问题，所以选择了Honeywell公司的HMC5883L磁阻传感器来做课程设计。
2 主要元器件介绍2.1 主控制器STC89C52介绍STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。
STC89C52使用经典的MCS-51内核，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，高性能8位单片机AT89C52 是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，，做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上，拥有系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位5河南大学物理与电子学院开放实验室设计报告I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。
另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35MHz，6T/12T 可选。
2.2 磁阻传感器HMC5883L介绍霍尼韦尔 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，应用于低成本罗盘和磁场检测领域。
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、能使罗盘精度控制在1°~2°的12 位模数转换器.简易的I2C 系列总线接口。
HMC5883L 是采用无铅表面封装技术，带有16 引脚，尺寸为3.0*3.0*0.9mm。
HMC5883L 的所应用领域有手机、笔记本电脑、消费类电子、汽车导航系统和个人导航系统。
霍尼韦尔HMC5883L磁阻传感器电路是三轴传感器并应用特殊辅助电路来测量磁场。
通过施加供电电源，传感器可以将量测轴方向上的任何入射磁场转变成一种差分电压输出。
磁阻传感器是由一个镍铁(坡莫合金)薄膜放置在硅片上，并构成一个带式电阻元件。