基于磁阻式传感器的电子罗盘的设计大学论文
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MEMS传感器的微小型三维电子罗盘设计
小、 重量 轻 、 度 高 。 了 满足 这 些 需 要 ， 出 了一 种 三 维磁 阻 式 电子 罗盘 系统 ， 加 速度 计输 出信 号 和 经 过 仪 用 运放 放 大 精 为 提 将
后 的磁 阻 式传 感 器输 出信 号 输 入 到 单 片机 的 Ｄ． 过 滤 波算 法 以及 数 据 融合 ． 获得 载 体 的 三 个 姿 态参 数 ： 于地 球 磁 通 可 基
基 于 ＭＥ 感器 的微 小 型 三维 电子 罗盘设 计 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ＭＳ传
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上 海 大 学 机 电工 程 与 自动 化 学 院
２０７ ００２
摘
要 ： 机 器人 和 小型 直 升 飞 机 等 特 殊 控 制领 域 ， 在 需要 有 高精 度 的 运 动 测 量 信 息 作 为 导航 状 态输 入 ， 要 求 体 积 并
场 的航 向 角 ． 于 地球 重 力场 的 横 滚 角和 俯仰 角 实验 结 果 获 得 较 好 的精 度 ． 态精 度 可达 到 １ 。 用 高集 成 度 的微 控 制 基 静 。 利
器 和 ＭＥＭＳ传 感 器 ， 幅 度 缩 小 罗 盘 的 体 积 、 量 、 耗 以 及 成 本 ， 适 合 嵌 入 式 系 统 使 用 。 大 重 功 更
利 用 ＭＥＭＳ 微 机 械 ） 加 速 度 计 ＡＤＸＬ ０ 和 ｆ ２３ Ｃ８ ５ Ｆ １ 以 及 ＨＭＣ１ ０ ／ ０ ２磁 阻 传 感 器 构 建 电 子 ０ １４０ ０ １１ ０
ＯＵ 一） 变 化 ． 直 接 表 示 磁 场 的 强 度 。 分 辨 率 可 达 Ｔ 的 并 ２ １ ． 程 为 一 Ｇｓ至 ＋ Ｇｓ 磁 阻 传 感 器 在 经 历 了 强 ７． ｚ Ｇｓ 量 ２ ２ 。 磁 场 之 后 会 被 磁 化 而 引 起 磁 滞 ． 从 而 引 起 输 出 信 号 的
基于电子罗盘的方向传感器系统设计
基于电子罗盘的方向传感器系统设计一、引言随着科技的不断发展和应用范围的不断拓展，传感器的应用已经渗透到了我们日常生活的方方面面。
其中，方向传感器系统作为一种不可或缺的设备，已经得到了广泛的应用。
在本文中，我们将会针对基于电子罗盘的方向传感器系统进行设计和探讨。
二、方向传感器系统的基本原理方向传感器通常是一种基于电子技术的系统，它可以用来检测和记录一个物体（如汽车、飞机或船舶）的方向。
而其原理主要是基于磁力传感器的工作方式。
磁力传感器利用磁场来检测物体的方向，这些磁场通常是由地球的自然磁场所产生的，也可以是由外部磁体产生的。
在这种情况下，我们需要采用电子罗盘作为磁力传感器，以确保方向传感器系统具有高精度和高可靠性。
电子罗盘是一种电子设备，可以通过感应地球磁场的变化来测量真实的方向。
三、基于电子罗盘的方向传感器系统的设计基于电子罗盘的方向传感器系统是一种重要的辅助导航设备，通常应用于航空、航海、轨道交通等领域。
因此，该系统的设计需要充分考虑其应用环境和场景，以确保其满足工程应用的要求。
1. 硬件设计基于电子罗盘的方向传感器系统的硬件设计包括传感器、模拟部分和数字部分。
（1）传感器该系统的传感器通常应为硬铁置于电子罗盘板上的八方向3轴磁场传感器。
八方向表面是一个晶圆盘，罗盘板上的硬铁从纵向和横向的8个方向上紧密环绕。
3轴磁场传感器可检测物体沿X、Y和Z轴方向的磁场变化，这是漂移抑制的关键。
（2）模拟部分模拟部分主要是用来对传感器的输出进行放大、滤波和A/D转化等处理。
由于系统的精度和稳定性直接取决于该部分的设计，因此在进行模拟部分的设计时需要充分考虑其系统电源选择、运放选择、滤波器电容和放大倍数等因素。
（3）数字部分数字部分是基于单片机的编程处理，主要用来完成接收、转换和显示数据。
该部分的设计需要考虑系统设计的应用和性能要求，以确保其能够满足不同应用场景的需求，并实现高速响应、低能耗和实时数据传输。
2. 软件设计基于电子罗盘的方向传感器系统的软件设计主要包括算法设计和界面设计。
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。
基于51单片机的电子罗盘系统的设计与实现
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。
基于隧道磁阻传感器的三维电子罗盘设计
基于隧道磁阻传感器的三维电子罗盘设计∗王琪;李孟委;王增跃;蒋孝勇;李锡广【摘要】Existing electronic compass is vulnerable to be distracted by the Magnetic Field in external environment, which leads to low accuracy. To solve this problem,a three-dimensional electronic compass is designed based on Tunneling Magneto Resistance sensor and a prototype is made. The error characteristics of compass in a real envi-ronment is studied,and ellipse hypothesis are carried out to compensate the azimuth error after ellipsoid-fitting cor-rection. Through experimental tests,the compensation effect of the ellipse hypothesis method,which compensated az-imuth accuracy of up to 0.85° and effectively reducing 94.81% of the azimuth error. Experimental results show that applying TMR sensor to electronic compass is feasible.%针对现有电子罗盘在地磁场检测时易受到外界磁场干扰而导致测量精度不高的问题，设计了基于隧道磁阻传感器( TMR)的三维电子罗盘并完成样机制作。
基于AMR磁阻传感器和加速度传感器的电子罗盘
基于AMR磁阻传感器和加速度传感器的电子罗盘车载电子罗盘的功能是帮助用户确定车辆行驶方向，精确显示方位角度并提供正确的操作指示，因此导航的精确程度成为衡量系统性能优劣的重要指标。
本文介绍的基于AMR磁阻传感器和加速度传感器ADXL202的电子罗盘，是捷联式惯性导航系统中的一种。在电子罗盘系统中，单片机VRS51L3074完成对加速度传感器输出信号脉宽和周期的计数，获得车辆瞬时加速度值，然后利用三角函数关系计算出当前位置相对于已知参考位置之间的横滚和俯仰角度，进行姿态解算，得到车辆的前进方向和方位角。但是汽车电磁环境复杂，特别是汽车的震动和瞬时功率变化会对ADXL202输出的占空比信号产生尖峰脉冲干扰，严重影响计数的精度。因此，抑制脉冲干扰在提高计数精度、增强系统性能方面显得尤为重要。1ADXL202工作原理ADXL202传感器是由震荡器，X、Y方向传感器，相位检波电路以及占空比调制器组成，具有数字输出接口和模拟电压信号输出接口。X、Y方向传感器是2个相互正交的加速度传感器。ADXL202相对于地平面方向变化时，X、Y方向对应不同的输出，从而可以测量动态变化的加速度和恒定的加速度。传感器的后级连相位检波器，主要是用来修
三维磁阻式电子罗盘的设计与实现
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基于磁阻芯片和MSP430单片机的电子罗盘设计_郭检柟
第8卷 第1期信 息 与 电 子 工 程Vo1．8，No．12010年2月 INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Feb．，2010 文章编号：1672-2892(2010)01-0012-04基于磁阻芯片和MSP430单片机的电子罗盘设计郭检柟(东南大学 IC 学院，江苏 南京 210096)摘 要：电子罗盘是一种获取载体姿态航向的设备。
介绍磁电子罗盘的工作原理及其具体实现，利用Honeywell 的HMC1022双轴磁阻传感器设计了一种小型化的电子罗盘，利用AD623高精密度放大器作信道调理电路，利用低功耗的MSP430微处理器完成A /D 转换、方位角计算以及数字化输出等工作。
采用置位/复位电路配合微处理器有效解决了传感器失调和漂移的影响。
实验表明该系统具有良好的获取航向能力，且运行稳定，功耗低，误差小于1°。
关键词：地磁场；电子罗盘；磁阻芯片；MSP430微处理器 中图分类号：TN911.72 文献标识码：ADesign of digital compass with magneto resistive chip and the MCU of MSP430GUO Jian -nan(School of IC，Southeast University，Nanjing Jiangsu 210096，China)Abstract：Digital compass is a kind of device which can acquire the carrier ’s attitude. This study introduced the principle of an electronic compass. By using magneto resistive sensor chip HMC1022 made by Honeywell，a 2-axis electronic compass was developed. The amplifier AD623 was used as the signal conditioning circuit. The MPU MSP430 was in charge of A/D converting, azimuth computing and digital outputting. And the Set/Reset(S/R) circuit was adopted so that the error due to null and drift could be minimized. Experiment results showed that the system had good ability to acquire the carrier ’s attitude with stable operation and low power consumption. The error was below 1°.Key words：geomagnetic field；digital compass；magneto resistive sensor chip；MSP4301 电子罗盘的测量原理地球的磁感应强度大约为50 μT~60 μT ，相当于沿着地球中心的一个磁棒，磁棒的两极相对于地理的两极有大约11.5°的夹角。
一种磁阻式电子罗盘的开发
地磁场是指地球和近地空间之 间存在 的磁 场 。地磁场 只是 在地 球周 围有 限的 区域 内。地磁场 强度一般为 ０ ．５～０ ６ ．
Ｇ ｕｓ 地 磁场 的水平分 量指 向磁北 极。 ａｓ， 对
中国科技信息 ２１ 年第 ２ 期 ００ ３
Ｃ ＩＡ Ｓ Ｉ Ｃ Ｎ ＥＨ ＯＯ Ｙ Ｉ ＯＭ ＴＯ ｅ． １ ＨＮ ＣＥ ＥＡ ＤＴＣＮ ＬＧ Ｎ Ｒ Ａ Ｉ Ｄｃ２ ０ Ｎ Ｆ Ｎ ０
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敏 感器 ，在 其敏感 器 内部集 成三 轴磁 强 计和 双轴 电解 倾斜 仪。北 京 理工 大学 设
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正 交方 向的 磁场 ，本设计 为平面结构 ，即
基于磁阻传感器的电子罗盘设计
基于磁阻传感器的电子罗盘设计
龙振弘;周凯
【期刊名称】《电子设计工程》
【年(卷),期】2023(31)5
【摘要】电子罗盘是依据地磁测量原理用于定向导航的设备,针对电子罗盘易受外界环境影响导致导航精度不足的问题,文中研究了电子罗盘的姿态解算方法,分析了影响导航精度的误差来源,在此基础上提出了导航误差补偿方法。
利用HMC1043磁阻式传感器和ADXL330加速度计作为姿态检测传感器,以ARM微控制器STM32F103为控制单元,设计了三轴电子罗盘样机。
通过对样机进行实验,结果表明,在0°~360°测量范围内,电子罗盘航向角精度在±0.5°以内,可以满足导航领域对电子罗盘的使用要求。
【总页数】4页(P94-97)
【作者】龙振弘;周凯
【作者单位】三明教育学院;西安航空制动科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN96
【相关文献】
1.基于磁阻传感器的车载型磁电子罗盘的设计
2.基于隧道磁阻传感器的三维电子罗盘设计∗
3.基于磁阻传感器的二维电子罗盘设计
4.基于磁阻传感器和加速度计的电子罗盘设计
5.基于HMC1022磁阻传感器的数字电子罗盘的设计与实现
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基于磁阻传感器的二维电子罗盘设计
基于磁阻传感器的二维电子罗盘设计作者：施利春肖海梅来源：《价值工程》2011年第25期摘要：本文详细地阐述了磁感传感器SEN-S65以及其驱动芯片 PNI11096的使用方法。
基于地磁测量原理设计的数字式电子罗盘由微控制器实现角度换算与输出，具有体积小和功耗低等优点。
Abstract: The application method of magnetoresistive sensors SEN-S65 and driver ASICPNI11096 is illustrated in this paper. The digital Electronic compass based on geomagnetism measurement has the characteristics with very small size，low power consumption.关键词：PNI11096；SEN-S65；二维电子罗盘Key words: PNI11096；SEN-S65；2-axis digital compass中图分类号：TH7文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）25-0037-020 引言指南针是重要的导航工具，在很多领域都有广泛的应用。
电子指南针，它全部采用固态元件，而且可以方便的和其它电子系统连接。
SEN-S65是PNI公司开发的磁感技术磁传感器。
它使用一个单螺线管作为张弛振荡器来感应磁场。
随着磁场的变化振荡器输出的频率也随之发生变化。
具有体积小、精度高、稳定性好、价格低等特点。
1 地磁测量原理地球表面的磁场是一个平行于地球表面的成份它始终指向磁北，以直角坐标系的形式描绘地球磁场在地球表面某一点的分布时，各分量的示意图可表示为如图1所示。
假设被测载体位于水平面上的二维平面系统中，我们只需考虑地磁场He在地球表面的分量H即可。
磁北H为地磁场在地球表面的水平分量：XH、YH分别为H在载体方向X轴和Y轴上的分量，二者和向量的方向与磁北H的方向一致；β为载体纵轴相对于磁北的航向角，α为载体纵轴Y相对于地理北极的航向角。
基于磁感式和MEMS加速度传感器的电子罗盘设计
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ａｐｐｉｉｅａ鼍ｉｏｎ
的选择需要满足低功耗、封装小的条件。采用１１公司１６位的 ＭＳＰ４３０Ｆ１６１１处理器，可以满足设计要求。
四、系统结构模型 通过ＳＰＩ接口与ＰＮＩ．１ １０９６进行通讯，配置相应的寄存器
及读取当前时刻的磁场信息（包括胁，，Ｈｅ，、Ｈｅ：），由软件滤 波获得有效数据。通过ＳＰＩ接口配置ＳＣＡ３０００相应的寄存器， 经过软件滤波后读取三个重力场有效数据，计算出对应的俯
２、倾角传感器 本设计采用的是ｖＴＩ公司的ＳＣＡ３０００传感器，是基于 ＭＥＭＳ技术研制的集三轴加速度传感器于一体的集成器件， 它的测量范围为±２９，功耗为５００１ｘＡ（２．５Ｖ），内置缓存器存储 每轴６４次采样存储，分辨率为２ｍｇ／０．１０，对应输出端口为ＳＰＩ 通讯方式。 传感器件采用３Ｄ．ＭＥＭＳ处理过程，具有低噪声的电容传 感器件。三个电容器件在不同的轴向上，加速度会改变它们 的容值，通过电容电压转换器（Ｃｖ）把电容变化转换成电压变 换。采用内部的模拟数字转换器（ＡＤＣ）把信号数字化，经过 数字低通滤波器把有效数据通过ＳＰＩ接口输出。对应的倾角传 感器的驱动电路如图３所示。 ３、处理器选择 电子罗盘１＝作在体积小、功耗低的环境下，对于处理器
量轻、功耗低和精度高等特点。通过实验验证了该方案的可行性与有效性。
关键词：电子罗盘；磁感传感器；ＭＥＭＳ力Ｂ速度传感器；导航技术
中图分类号：ＴＰ２１２．１
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００—８８３Ｘ（２００９）０４—００２５—０４
江杰 何 敬 ．嚆．＿
一、前言 电子罗盘是一种重要的导航定位工具，通过磁感应传感器测量地球磁场，能够实时提供运动物体的航向
ｌｃｏｓ善ｓｉｎ０一ｓｉｎｅ ｃｏｓ≠ｃｏｓ口Ｊｌ胁ｚＪ
基于磁阻传感器和加速度计的电子罗盘设计
可用图 3(c)表示。
Z
Z
Z
Y
X
Y
X
(b) 存 在 零 位 误 差 及 (a) 无 误 差 情 况
灵敏度误差情况
Y X
(c) 存 在 误 差 及 干 扰 情 况
图 3 磁阻传感器 X、Y、Z 轴数据映射曲面
针对以上误差，本文使用最小二乘椭球拟合磁误差 补偿算法拟合磁阻传感器输出值映射的椭球曲面。 图 3
ADXL335 和 微 控 制 器 MSP430F2618 设 计 了 一 种 具 有 倾 斜 补 偿 功 能 的 手 持 式 电 子 罗 盘 。 详 细 分 析 了 磁
阻传感器的误差模型， 并给出了基于最小二乘椭球拟合的误差补偿算法。 在无磁测试转台上进行了
测试， 试验结果验证了该电子罗盘能够达到较高的精度， 水平放置时航向角绝对误差最大值为 1.2°
《 微 型 机 与 应 用 》 2011 年 第 30 卷 第 15 期
应用奇葩 Example of Application
所示的椭球曲面可用二次多项式方程表示：
!F(x，y，z)=aX2+bY2+cZ2+2fYZ+2gXY+2hYZ+2uX+2vY+2wZ+d (5) a+b+c=1
式(5)描 述 的 最 小 二 乘 问 题 具 有 椭 球 拟 合 唯 一 解 ， 且 为全局最小解。 基于最小二乘椭球拟合磁误差补偿算法 的基本设计思路是：使磁阻传感器在环境磁场中均匀地 进行一次三维全方位的旋转，微控制器按一定的采样频 率同步采集原始磁场强度数据，然后进行最小二乘椭球 拟 合 磁 误 差 补 偿 算 法 得 到 式(5)的 系 数 ，根 据 系 数 即 可 求得磁阻传感器三轴输出椭球曲面模型的中心点、灵敏 度和椭球的倾斜度，由此完成磁阻传感器三轴数据的归 一 化过程，最后使用式(4)求得误差修正后的磁航向角值。 4 实验结果分析
毕业设计译文中文
电子罗盘的设计及其误差补偿摘要;该文介绍了磁阻式电子罗盘的工作原理,设计了一种利用磁阻传感器和加速度计测定航向角、俯仰角、侧滚角的电子罗盘测量系统。
在分析电子罗盘误差形成的基础上,提出了相应的补偿方法。
实验结果表明,利用这些补偿方法,可有效的减低由制造和安装等所引起的误差。
同时,这种补偿方法也适用于其它3 轴传感器系统。
关键词:导航系统， 磁阻传感器，误差补偿1 引言目前,导航系统在汽车、航海、航空等领域已经得到广泛的应用。
电子罗盘是导航系统不可缺少的重要组成部分,主要分为磁通门和磁阻式。
磁通门传感器是由一套环绕磁芯的线圈组成,该磁芯配有励磁电路,能够提供低成本的磁场探测方法,但它们体积偏大、易碎、响应时间慢。
而使用磁阻传感器的电子罗盘克服了磁通门罗盘的不足,具有体积小、重量轻、精度高、可靠性强、响应速度快等优点,是未来电子罗盘的发展方向。
因此,本文所设计的电子罗盘采用3轴磁阻传感器进行地球磁场矢量测量,利用2 轴加速度计测量载体的重力加速度,通过补偿算法校准导航系统的误差,得到载体的航向角。
2电子罗盘的基本原理地球的磁场强度为0. 5 ×10 - 4 - 0. 6 ×10 - 4T ,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。
传统的导航定位,通过以下3 个姿态参数:航向角(α) ,俯仰角(γ) ,横滚角(β）。
将磁阻传感器的3个敏感轴沿载体的3个坐标轴安装,分别测量地磁场磁感应强度H 在载体坐标系3个坐标上的投影分量(H X ,H Y ,H Z )。
在地平坐标系中,磁阻传感器的3轴输出为(H R - X ,H R - Y ,H R - Z ）。
式（1）如下[][]T Z Y X T Z R Y R X R H H H H H H ,,cos sin 0sin cos 0001cos 0sin 010sin 0cos ,,11----⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=-ββββ2 轴加速计测得的重力加速度为G X ,G Y ,已知当地的重力加速度值为g ,可得: γ= arcsin (G Y / g) (2)β= arcsin (G X / g) (3)α= arctan (H R - X/ H R - Y) (4)3系统设计3. 1系统结构框图电子罗盘的设计框图如图1所示,可分为3 大模块:传感器模块、数据采集模块和MCU 模块。
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。
毕业设计 基于磁阻式传感器的电子罗盘的设计
本科毕业论文便携式电子罗盘软件设计与校准学生姓名：沈彤学号：20120214241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：葛海浪 (助教)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 systemAbstract 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。
三维磁阻式电子罗盘的研制
０．５０．ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｚｉｍｕｔｈ ｉｓ ０．１。．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｍｐａｓｓ；ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｓｅｎｓｏｒ；ｉｎｃｌｉｎｏｍｅｔｅｒ；ｓｅｔ／ｒｅｓｅｔ ｃｉｒｃｕｉｔ
０引
言
传统领域有取代结构式罗盘的趋势。 本文中的电子罗盘是基于Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ公司的ＨＭＣｌ０４３
Ｄｉａｇｒａｍ
ｏｆ ｂｒｉｄｇｅ
ｏｆｆｓｅｔ
ｖｏｌｔａｇｅ
对传感器的置位／复位操作是对镍铁合金薄膜内磁畴 方向的重置，因此，需要瞬时的大电流脉冲。置位／复位的 电路有多种设计方法，但是大多数的电路没计都需要比较 高的电压才能实现Ｈ１。本系统考虑到小型化和便携式的 因素，功耗和电路板的设计都要减小，系统内只有５，３．３Ｖ ２种电压，因此，采用了如图３所示的置位／复位电路。
１ｈ
１
２１２
文献标识码：Ａ
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文章编号：１０００－９７８７（２０１０）１２－０１０２－０３
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Ｄｅｖｅｌｏｏｍｅｎｔ
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ｔｌｌｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ
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ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
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ＺＨｕ Ｒｏｎｇ—ｈｕａｌ”，ＬＩＮ Ｘｉｎ．ｈｕａｌ一，ＫＯＮＧ Ｄｅ—ｙｉｌ．一，ＭＥＩ Ｔａ０１，２
ａｒｅ
ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｒｏｌｌ ａｎｄ ｐｉｔｃｈ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｓｓ．Ｔｈｅｓｅ
ｔｏ
ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｂｙ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ
基于HMC1022磁阻传感器的数字电子罗盘的设计与实现
及传感器电桥和接口电子器件的温度漂移, 保存此偏置值, 在以后的电桥输出读数中减去此项即可消除这些误差。 2. 2 干扰的校正
如前所述, 航向角由磁阻传感器输出的 Y 与 X 确定, 罗盘在水平面内旋转时, 感受地磁场输出的 Y, X 值如图 9 所示( 是 1 个圆) , 但是在实际的应用中受周围电机等磁体 的影响, 输出曲线会有一些变形, 示意图如图 10 所示 ( 有 些接近椭圆) , 为了补偿外界磁场的干扰, 可确定两个坐标 因数 X sf 和 Ysf , 来将椭圆改为圆[ 8] 。于是可计算偏移值 X of f 和 Yof f , 将圆中心定在( 0, 0) 原点, 用公式( 2) 来计 算 Y , X 值。
1 系统硬件设计
1. 1 地磁场导航原理 地球是个巨大的磁体, 磁力线起始于南极附近的一个点,
终止于北极附近的一个点。即: 2 个磁极[2] 。地磁场强度约为 0. 5~ 0. 6 Gauss, 磁力线与地球表面平行的水平分量总指向地 磁北极. 我们古代就是根据这个原理发明了司南。而本文所 研究的电子罗盘应用了一种传感器, 其内部集成了一种电阻 ( 称为磁阻) , 磁阻在不同方向感受磁场时阻值会发生相应的 变化。本系统正是应用这种阻值的变化来设计电路的。
该偏置项包括传感器电桥和接口电子器件的偏 X 读数+ X of f ( 2) Y 值= Ysf @ Y 读数+ Yof f 这里的定标因数 X sf 和 Ysf 可由下述方法获得。 1) 将罗盘在水平面做旋转运动 2) 找出 X 和 Y 读数的最大值和最小值( 本系统设计采 集 40 次数据) 3) 用这 4 个数值确定 X 和 Y 定标因数( Xsf, Y sf ), 以 及零偏移值(Xoff, Yoff) Xsf= 1 或 Y( 最大- Y 最小) / 2( X 最大- Y 最小) ( 3) 以较大的数值为准 Y sf= 1 或( X 最大- Y 最小) / 2( Y 最大- Y 最小) 以较大的数值为准
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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 systemAbstract 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。
第一章.电子罗盘的测量与倾角补偿原理1.1 电子罗盘的测量原理我们可以把大地磁场看做在空间内一个不变的矢量，所以这一个矢量我们可以把它分成基于磁阻传感器的相互垂直的X、Y、Z三轴磁场分量，分别标记为hx、hy、hz。
Hx为磁阻传感器的正前方，hy为磁阻传感器的正右方，hz为磁阻传感器的正上方。
至此，关于磁场的坐标系建立完成。
而三轴磁阻传感器测量大地磁场的信息即为大地磁场X、Y、Z的三轴分量。
在传感器平面处于水平面时，我们只需X、Y两轴即可通过公式计算出当前方向和磁场北极的夹角。
如图2所示。
图2 水平面内XY两轴测量出的磁场分量及计算航向角我们使用反正切角函数来计算出航向角即当前方向与地磁北极的夹角。
反正切函数的表达式为angle=arctan（hy/hx）（1.1.1）反正切角即射线(x,y)和x轴正向间的夹角。
但是由于arctan的定义域以及值域的局限性，我们采用了atan2（）函数来计算航向角。
atan2（）函数的定义域为-π到π，而值域为-π到π，完全满足使用要求。
因为航向角没有负数，所以我们采用如下公式：angle=atan2（hy，hx）+π（1.1.2）这样便使得值域变成了0到2π，即0°-360°。
因为磁阻传感器测量出的三轴分量一般为弧度单位，所以我们在计算航向角时变使用如下公式：angle=atan2（hy，hx）*（180°/3.1415926）+180°（1.1.3）1.2 倾角补偿原理上面我们讲述了在水平面内即电子罗盘的磁阻传感器处于水平状态下如何通过磁阻传感器的度数计算出方位角。
但是在实际使用的过程中，根本无法保证电子罗盘始终为水平。
而在电子罗盘平面倾斜时，则会产生横滚角Roll 和俯仰角Pitch ，使得测量的磁场分量hx 、hy 与水平面时的磁场矢量大小产生偏差。
经过测试在x 轴方向大约10度的倾角便会引起大约7-8°的误差。
这是我们就需要引入加速度传感器来测量传感器平面与水平面之间的夹角，即倾角。
倾角分为两种Pitch 和Roll ，Pitch 定义为x 轴和水平面的夹角，Roll 定义为y 轴和水平面的夹角。
加速度计传感器测量所产生的数据一样为三轴加速度分量分别标记为ax 、ay 、az ，方向与磁阻传感器三轴方向一致。
可以这么说，三轴磁阻传感器与三轴加速度计的坐标轴保持一致。
这样加速度计所测量并计算出的倾角信息即为磁传感器所在平面与水平面的夹角信息。
在静止状态下，加速度计所测量的加速度即为重力在三轴的分量。
所以我们可以根据三轴分量的大小计算出加速度计所在平面与水平面的夹角Pitch 与Roll 。
公式如下： )ay (ax/arctan =Pitch 22az + (1.2.1))/arctan(22az ax ay Roll += (1.2.2)经过矩阵变换推导我们可以得出倾斜角的补偿公式为：Xh = hx * cos(Pitch)+hy * sin(Pitch)*sin(Roll)-hz*cos(Roll)*sin(Pitch)(1.2.3)Yh = hy * cos(Roll) +hz * sin(Roll) (1.2.4)在得出经过倾斜补偿之后的地磁场的X 、Y 分量之后我们在代入之前得出的计算公式可以得到最终的方位角计算公式为：angle=atan2（Yh ，Xh ）*（180°/3.1415926）+180° (1.2.5)第二章电子罗盘的硬件设计与实现2.1 系统框架本系统采用STM32F103C8T6单片机为主控芯片。
该单片机时钟频率最高可达72M,完全符合本系统的工作需求。
传感器选用霍尼韦尔公司的高集成三轴磁阻传感器HMC5883L，以及飞思卡尔公司的MMA8452三轴加速度传感器。
在经过传感器的测量之后，把数据通过IIC串行总线传输到单片机内进行数据处理以及运算。
在得出方位角以及姿态信息之后，通过SPI串口把信息输出到0.96寸的OLED显示屏上。
供电方面采用普通标准USB接口供电，因为STM32单片机供电要求是3.3V，所以我们采用电源稳压芯片AMS1117-3.3V，将USB提供的5V的直流电压转换成3.3V。
另外，在硬件完成之后我们需要数据采集以及调试，所以引出STM32单片机的USART1串口1的RX、TX两根引脚。