电子罗盘介绍课件.pptx
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- 电子 罗盘 介绍 课件
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1、方云方云 通信通信092边志耀边志耀 通信通信092高振高振 通信通信092 早在我国北宋时期我们的祖先就发明了简单的可以指示方向的罗盘,用于行军打仗。随着科技的发展,半导体材料的不断出现,集成技术的日益成熟,电子罗盘技术也得到迅速的发展,各种各样的电子罗盘出现在了我们的生活当中,而且扮演着重要角色,尤其是在导航方面。同时电同时电子罗盘在水平孔和垂直孔测量、水下勘探、建筑子罗盘在水平孔和垂直孔测量、水下勘探、建筑物定位、设备维护、仿真系统、教育培训、虚拟物定位、设备维护、仿真系统、教育培训、虚拟现实等方面有着现实等方面有着广泛的应用广泛的应用。背景及应用国内外研究现状 国外有多家公司研究和生产
2、电子罗盘,尤其是以Honeywell(霍尼韦尔)公司的磁阻式电子罗盘和KVH公司生产的磁通门电子罗盘最为著名。 国内的电子罗盘研究由于起步比较晚,国内生产和销售电子罗盘的厂家基本都是以代理国外的品牌为主。国内九十年代末开始电子罗盘的研究。大连海事大学关政军教授利用磁阻传感器研制了水平状态下的磁罗经; 西北工业大学刘诗斌教授的博士学位论文应用磁通门技术于无人机中并研制了原理样机,对实际应用中的误差进行了智能补偿;其余国内的大部分研究仍停留在利用Honeywell公司的磁阻传感器来制作电子罗盘上,并对产生的误 差进行智能补偿的阶段。因此可以说电子磁罗盘在国内还是有很大的发展空间。 磁通门、磁阻式和
3、霍尔元件三种。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。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。但是,它又有灵敏度低、噪声大、温 度性能差等缺点。虽然有些高灵敏度或采取了聚磁措施霍尔器件也能用于测 量地磁场,但一般都是用于要求不高的场合。 电子磁罗盘分类 磁阻传感器现在已经可以做成标准的集成芯片,并且产品也形成了系列。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。我们的设计
4、 基于现状,本文我们采用磁阻传感器来设计电子磁罗盘。设计电子磁罗盘的基本思路:首先考虑到三轴磁阻传感器和加速度计的一些特性,我们采用HMC5883L三轴磁阻传感器进行地球磁场矢量测量,加速度计ADXl202敏感地球重力场中测量载体的姿态,然后通过姿态坐标变换将磁阻传感器沿载体坐标的测量信号变换到地平坐标系。其次我们将磁阻传感器的输出电压信号进行放大,之后送到AD转换器进行模数转换。在微处理器中进行实时姿态计算、坐标变换,系统误差补偿,得到载 体的姿态参数,将它们通过串口在上位机实时输出。最后在微处理器中进行实时姿态计算、坐标变换,系统误差补偿,得到载 体的姿态参数,将它们通过串口在上位机实时输
5、出。三维磁阻传感器双轴加速计A/D转换器复位电路信号调理电路MCU上位机HxHyHzGxGy电子磁罗盘结构示意图电子磁罗盘结构示意图RS22电子磁罗盘基本原理 地球的磁场强度为0.50.6gauss,。传统的导航定位,通过以下三个姿态参数:航向角(),俯仰角(),横滚角()。将磁阻传感器的三个敏感轴沿载体的三个坐标轴安装,分别测量地磁场磁感强度H在载体坐标系三个坐标上的投影分量(Hx,HY,Hz)。在地平坐标系中,磁阻传感器的三轴输出为(HR-X, HR-Y, HR-Z),如下图示所示。 其中为航向角;为俯仰角;为横滚角xYZHXHYHZ磁北 HR-X=HXcos+HY sinsin-HZ s
6、incos; HR-Y=HX cos+HZ sin; 两轴加速计测得的重力加速度为GX、GY已知当地的重力加速度值为g,可得:=arcsin(Gx/g)=arcsin(GY/g) =arctan(HR-Y /HR-X)模块设计 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。系统 首先利用加速度计敏感地球重力场中测量载体的姿态,然后通过姿态坐标变换将磁阻传感器沿载体坐标的测量信号变换到地平坐标系。在微处理器中进行实时姿态计算、坐标变换,系统误差补偿,得到载体的姿态参数,将它们通过串口在上位机实时输出。由于磁阻传感器的输出均为mv级的电压信号,所以必须经过运算
7、放大器放大后,才可以送到AD转换器进行模数转换。 本系统所用的磁阻传感器是HMC5883L三轴磁阻传感器,可测量X,Y,Z轴的磁场分量。其磁场测量范围是8G,分辨率可达2mG。传感器尺寸小精度高功耗低,而且内置自测试电路,方便量产测试,无需增加额外昂贵的测试设备。加速计采用了可提供模拟电压输出的小量程、小尺寸、低功耗的两轴加速度计ADXL202,测量范围 是2g。因为传感器本身自带了信号调理电路,所以不需要外路,可以直接接入AD转换器。传感器模块数据采集模块 在传感器测量范围内,磁阻传感器输出的是与磁场成正比的差分电压信号,在5v供电的情况下产 生30mv的偏置电压,因此可通过信号调理电路把双
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