毕业设计（论文）开题报告-便携式电子罗盘软件设计与校正.doc

毕业设计（论文）开题报告 学生姓名： 学 号： 专 业： 机电一体化 论文题目：便携式电子罗盘软件设计与校准 指导教师： 2016年3月18日毕业论文（设计）开题报告1本课题的研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势近年来随着电子技术日新月异的发展，特别是微机电技术（MEMS）和专用集成电路（ASIC）的发展，电子罗盘的机构和功能已经实现了很大的提升。罗盘不再是简单的机械制品，而是通过类似制造集成电路类似的技术将微机械结构刻蚀在晶圆上，同时将这些结构与专用集成电路封装在一起，直接输出数字量方便处理，这就是目前使用广泛的电子罗盘。我国电子罗盘的研究从上世纪九十年代末开始，基础比较薄弱。上海大学高同越教授在超小型无人机中应用了磁性阻抗式电子罗盘来实现无人机的姿态控制；西北工业大学刘世斌教授的博士学位论文中将磁通门技术应用于无人机，他研制的原型机能够对实际应用中的误差进行智能补偿。目前我国的电子罗盘研究水平还处在应用完整的磁传感器进行设计并智能补偿误差的较低阶段，发展的空间还是很大的。1.1国内外研究现状和水平我们国家有很多研究和生产电子罗盘的公司，Honeywell(霍尼韦尔）公司是最为著名的公司之一，其生产的代表作是磁阻式电子罗盘，另外KVH公司生产的磁通门电子罗盘也是比较出名的。我们国家在数字式电子罗盘的研究起步比较晚，基本上还没有形成一个完整的体系，很多厂商都是代收国外品牌。美国目前已开发出地面和空中定位精度优于30m、水下定位精度优于500 m的地磁导航系统,并计划用于提高飞航导弹和巡航鱼雷的命中率。另外,美国在导弹试验方面已开始应用地磁信息,并利用E22飞机进行高空地磁数据测量。NASA God2dard空间中心和有关大学对水下地磁导航进行了研究,并进行了大量的地面试验。国内有关地磁导航的研究还主要集中在仿真和预研阶段,航天科工集团三院的李素敏等人运用平均绝对差法对地面所测量的地磁强度数据进行了匹配运算,分辨率能达到50m;西北工业大学的晏登洋等人利用地磁导航校正惯性导航的仿真实验取得了较高的精度。1.2发展趋势由于GPS导航定位的不稳定性，而地磁大小和方向随地点(甚至随时间)而异, 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，所以电子罗盘可以用于稳定的精确的汽车导航定向，电子罗盘系统的市场需求也在我国日趋明显，而且也初具规模。其主要发展趋势概括如下:(1)制定行业规范与产业标准(2)专业分工和产业化(3) 与GPS技术结合，提高系统性能，实现定位一体化。(4) 以信息服务产业为牵动力，引发电子罗盘系统的新浪潮，应用于手机等行业。2、 本课题的基本内容，预计可能遇到的困难，提出解决问题的方法和措施2.1基本内容本文以高精度电子罗盘的设计为中心，介绍了电子罗盘的硬件和软件设计。在硬件上介绍了所运用到的几种传感器和微处理器以及其他输入输出元件；软件上立足于纠正传感器偏差的几种算法和软件整体在编程上的实现两部分。2.2 可能遇到的困难（1） 磁强计测量精度的要求。（2） 地磁匹配特征量的选取。（3） 软件中C语言实现（4） 原理图和PCB图的绘制（5） 电子罗盘倾角补偿功能的失效。虽然电子罗盘才水平面内的旋转指向精度达到了设计指标，但是当电子罗盘倾斜时，航向角产生了较大幅度的波动，达到15。这个问题的来源存在两种可能性：第一，程序中的倾角补偿部分运算发生了错误；第二，地理坐标系和载体坐标系没用统一。2.3解决问题的方法（1） 使用Altium designer绘制原理图，然后生成PCB图 ，最后修改（2） 改变了程序让程序在倾角补偿阶段的所有过程量显示在显示模块上，以检查运算过程中是否发生了错误3本课题拟采用的研究手段（途径）和可行性分析本文中设计高精度电子罗盘为了达到较高的设计指标，运用了一些列先进的传感器和芯片。本章将围绕电子罗盘的三大核心硬件STM32F103主控芯片、HMC5883L三轴磁阻式传感器、MMA8452三轴加速度传感器对电子罗盘的硬件的进行介绍，包含了硬件制作的芯片选型和设计、PCB布板以及焊接和调试的全过程。本文中的电子罗盘总体设计思路为主控芯片首先采集三轴磁阻传感器测到的地球磁场强度在该传感器三个坐标轴上的分量；之后主控芯片采集重力在三轴加速度传感器三个坐标轴的分量并藉此计算出载体的俯仰角和横滚角；而后利用倾角补偿计算调整地磁强度、；最后主控芯片将计算结果显示在OLED显示屏上。除此之外本电子罗盘还具有与PC通信的串口以及方便调试程序的JTAG调试口。为了保证本文设计的电子罗盘的便携性，该电子罗盘电路板的尺寸必须很小，这就需要比较高的设备集成度。所以本电子罗盘采用了核心部分和调试部分分开设计的思路。在核心板上集成了主控芯片，三轴磁传感器、三轴加速度传感器和128*128显示组件，构成了实现电子罗盘基本功能的最小模块；在调试板上主要是为核心