基于磁阻式传感器的电子罗盘的设计大学论文

本科毕业论文

便携式电子罗盘软件设计与校准

学生姓名：

学号：

学院：机电工程学院

专业：机械设计制造及其自动化（机电一体化）指导教师：

2016年 5 月 9 日

目录

引言 (4)

第一章.电子罗盘的测量与倾角补偿原理 (5)

1.1 电子罗盘的测量原理 (5)

1.2 倾角补偿原理 (6)

第二章电子罗盘的硬件设计与实现 (7)

2.1 系统框架 (7)

2.2 传感器的选择 (7)

2.3. 单片机开发环境 (8)

第三章.电子罗盘误差分析与补偿 (9)

3.1 误差来源 (9)

3.2 误差的补偿 (10)

3.2.1 漂移补偿 (10)

3.2.2 椭球化补偿 (10)

第四章.校正及其程序设计 (12)

4.1 8字型校准 (12)

4.2 8字型校准的程序设计 (12)

4.3 倾斜补偿的程序设计与实现 (13)

4.4 滤波算法 (14)

第五章.结论与展望 (15)

致谢 (16)

参考文献 (17)

便携式电子罗盘软件设计与校准

摘要本设计采用了STM32F103C8T6高速单片机为控制核心，连接了采用IIC总线通讯方式的磁阻传感器HMC5883L集成模块和加速度传感器MMA8452集成模块，通过磁阻传感器测量大地磁场，但是测量的数据仅仅在水平面内有效。在倾斜时侧需要使用加速度计进行补偿。在经过加速度传感器的姿态数据采集后使用单片机进行数据整理、运算，经过加速度计得到的X、Y、Z三轴姿态信息进行分别计算出俯仰角PITCH和横滚角ROLL。磁阻传感器采集的大地磁场的X、Y、Z三轴数据经过单片机进行俯仰角和横滚角的倾斜度补偿。在经过补偿之后，通过SPI连接的OLED显示屏输出磁阻传感器的大地磁场角度信息。

关键词：STM32单片机磁阻传感器加速度计电子罗盘

The design and calibration of portable electronic compass system

Abstract This design adopts the stm32f103c8t6 high-speed microcontroller as control core, connecting the IIC bus communication hmc5883l magnetoresistive sensor integrated module and acceleration sensor MMA8452 integrated module, by magnetoresistive sensor to measure the magnetic field of the earth, but the measurement data only in the horizontal plane effectively. Accelerometer is used to compensate for the inclination of the side. In after acceleration sensor attitude data acquisition SCM data arrangement, calculation, after acceleration meter is obtained the X, y, Z three-axis attitude information are respectively to calculate the pitching angle of pitch and transverse roll angle, roll. The X, Y and Z three axis data of the magnetic field of the magnetic field of the magnetic field of the magnetic field of the magnetic resistance sensor are carried out by the single chip microcomputer to carry on the pitch angle and roll angle of the roll angle compensation. After compensation, the earth's magnetic field angle information of the OLED display is connected with the SPI display screen.

Key words STM32 MCU ; magnetoresistive sensor ;acceleration sensor; electronic compass

引言

本课题所使用的电子罗盘属于磁罗盘，它是一种根据大地磁场各个方向的矢量的大小计算出方向的装置。很久很久以前，人们就意识到方向的重要性，并在战国时代发明了指南针，又叫“司南”。早在宋代，人们便发现了地磁偏角。等到大地磁场的有关知识与研究传到欧洲的时候已经到了12世纪。现如今伴随着科技的发展与进步，分析与利用空间里地磁场的分布来辅助定位导航已成为世界上导航与定位的潮流。

到了现在，世界上的导航技术发展越来越快，陀螺仪、无线电、GPS等更加先进的技术问世使得罗盘的地位逐渐降低。但是磁阻传感器的问世使得数字式电子罗盘作为一种导航手段重新进入人们的生活。机械式陀螺仪成本很高并且结构复杂难以操作；无线电易受各种电磁波的干扰；GPS却会因为地形等的影响使得工作状态不稳定甚至不工作。而电子罗盘则是弥补了这些缺点，使得其重新被人们所接受。

电子罗盘一般采用磁阻传感器以及加速度计来做导航系统的信号来源。经过信号处理便可以为人们提供实时的地磁方位数据以及姿态数据。对比简单的磁铁式罗盘，磁阻式电子罗盘拥有着无可比拟的优点。例如抗一定程度的物理冲击，随时可以矫正弥补周围零散的磁场干扰。又因为是电子式的罗盘，输出信号可以和其他电子设备复合组成更加复杂的系统。

当然，磁阻式电子罗盘并不是没有缺点。因为磁阻方位角测量时仅采用XY两轴的水平面内的数据进行磁场方位角的计算，使得在传感器不在水平面内时测量的偏差较大。实际使用时，罗盘的平面根本无法时刻保持水平，所以我们需要对这个误差产生的原理进行分析以及修正补偿。