基于51单片机的电子罗盘系统的设计与实现解读

1、本科生毕业设计（论文）基于51系列单片机数字电子罗盘论文题目:设计与实现TOC o 1-5 h z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）

2、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：年月曰本人声明：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：年月曰ii基于51系列单片机数字电子罗盘设计与实现黄飞Basedon51single-chipdigitalelectroniccompasssystemdesignandimplementationHuangFei东华理工大学毕业设计（论文）摘要东华理工大学毕业设计（论文）摘要 II I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

3、，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。完成当偏离固定方向区间行驶时，则会产生报警的功能，同时分析了系统产生的误差。在研制磁阻电子罗

4、盘原理样机过程中，我对系统做出一定的误差补偿，使其系统的精度提高，并且对系统做经一步的改进。对研制的数字电子罗盘系统样机，进行测试。其结果显示，该数字电子罗盘能对行驶方向进行的动态测量，在0到360范围行驶方向测量精度可达2.0。研制的数字电子罗盘，具有体积小、性能稳定、反应快、低功耗等优点，在车辆导航设备领域有非常广阔的应用前景。关键词：AT89S52单片机；HMC5883传感器；电子罗盘东华理工大学毕业设计（论文）摘要东华理工大学毕业设计（论文）摘要iiiiAbstractTodayssociety,moreandmoredevelopedtransportation,navigation

5、systemshavebecomepopular.Inthepastmostpeopleusethemaptoseetheroad.However,duetoeconomicdevelopment,transportroutesarealsobigchanges.AlthoughtherearenowGPS,butthemountainsarecoveredinshelteredplaces,GPSisalsouseless.Carparadeinconvenient,tosolvethisproblem,westudyamethodforprecisedirectionalvehicleeq

6、uipmentelectroniccompasssystem.Thispaperdescribesthemagnetoresistiveelectroniccompassworks,anddescribedindetailbasedonmagnetoresistivesensorHMC5883,dual-axisaccelerometerADXL202,AD7705converterchipandonAT89C52magnetoresistiveelectroniccompasshardwaredesign;basedonthesensorsignaloutputcharacteristics

7、,afterAD7705analog-digitalconversion,theuseoftheinformationprocessingfunctionsAT89C52microcontrollerafteranalysisthroughthedisplayshowsthedirectionoftravel.Andtoachieveatravelingdirectionoftheintervalfromafixedfunctionwillgenerateanalarm,andanalyzestheerrorsgeneratedbythesystem.Andproposeappropriate

8、compensationmethodstoimprovesystemaccuracy,theinitialcompletionofthemagnetoresistiveelectroniccompassprincipleprototypedevelopment,andgivesanimprovementscheme.Digitalelectroniccompasssystemprototypeisdeveloped,andhascarriedonthedebugging,testresultsshowthattheelectroniccompasscanrealizecourseAngleof

9、dynamicmeasurement,withinthescopeof0to360courseAnglemeasurementprecisioncanbeupto+/-2.0.Thedigitalelectroniccompass,hassmallvolume,stablefunction,quickresponse,andlowpowerconsumption,inthefieldofvehiclenavigationequipmenthasverybroadapplicationprospects.Keywords：AT89C52microcontroller;HMC5883sensor;

10、electroniccompassorientationsyste东华理工大学毕业设计（论文）目录东华理工大学毕业设计（论文）目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1绪论1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.1罗盘的发展历史和课题背景1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.2磁阻效应式电子罗盘原理1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.3磁阻效应式电子罗盘发展趋势2

11、 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 2系统分析与设计4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2.1电子罗盘测量基本原理4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2.2系统主控系统的选择6 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2.3硬件总体框图设计7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 2.4软件总体框图设计7 HYPERLINK l bookmark26 o

12、 Current Document 3硬件系统模块设计与实现10 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3.1控制器模块设计10 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 3.2传感器模块设计10 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 3.3信号调理电路和A/D转换器模块12 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.4显示模块13 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document

13、4软件系统设计与实现15 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 4.1主程序设计15 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 4.2传感器模块程序15 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 4.3方位角度解算过程17 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 4.4LED显示子程序17 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 实验结果与误差分析21致谢22参考文献23东华理工

14、大学毕业设计（论文）摘要东华理工大学毕业设计（论文）摘要 IV #附录：241总电路图242部分程序25东华理工大学毕业设计(论文)绪论东华理工大学毕业设计(论文)绪论东华理工大学毕业设计（论文）绪论 1绪论1.1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，支撑是的指南针一一指南龟被研制出来。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

15、盘的性能有了显著地提高。尤其是是机械式磁罗盘，现在某些情况下依然使用机械式磁罗盘1。到了20世纪出，陀螺罗盘的问世，对罗盘又是一场革命。罗盘感应这地球的自转，磁性物质对其没有影响。使得陀螺罗盘的标度盘非常稳定，读取数据更加精确。当代GPS虽然有广泛的应用，但是信号经常被物体所遮挡，使其精度大打折扣。有效性也大大降低。数字电子罗盘系统则将填补这一个不足，采用地磁场的工作原理，无论何时何地磁场的水平分量永远指向地磁北极，对GPS信号进行有效补偿。随着科技发展和道路建设完善，汽车会给人们生活极大方便，汽车将会普及在我们生活中。电子罗盘定向系统将会出现每一辆汽车里；届时很多人会开自己的车旅游，回家，谈

16、生意等等，当置于一个陌生的环境中，导航定向对于行车安全非常重要。所以，迫切需要研究出一种低功耗，便于携带，内置磁场感应器，系统稳定，并且能完成精确定向的微系统，而本课题设计就是研究出一个数字电子罗盘，专门解决这个问题而产生的。本设计系统基于单片机开发平台，选取磁阻传感器作为敏感元件，采用两轴设计和补偿设计方案，使用超低功耗控制器51单片机作为传感器数据计算方向的小型低功耗电子罗盘系统。1.2磁阻效应式电子罗盘原理目前电子罗盘按照有无倾角补偿可以分为平面电子罗盘和三维电子罗盘，也可以按照传感器的不同分为磁阻效应传感器、霍尔效应传感器和磁通门传感器。利用磁性材料的磁阻效应制成磁性效应传感器。磁性材

17、料的易磁化轴、形状和磁化磁场的方向影响着其磁化方向。图1.1显示出，当电流流通磁性材料时，其电阻阻值大小由材料流通电流的方向与磁化方向的夹角0决定。把磁场M加在磁性材料上，之前磁化方向开始转动。如果磁化方向转向与电流的方向垂直，0角增大，电阻阻值将减小；如果平行，即0角减小，电阻阻值将增大，电流方向与电阻值的关系为G，这就是磁阻效应。图1.1磁阻效应原理磁阻式传感器具有低功耗，抗干扰，温度稳定性好，而且电路很容易搭建。灵敏度和线性度比较好。其性能及稳定性容易被迟滞误差和零点温度漂移所影响，地磁场强度比较小，外界非磁场容易对磁阻式电子罗盘产生干扰。电子罗盘发展相当迅速，在需要导航的系统的各行各业

18、。并且有着非常大的应用前景3。1.3磁阻效应式电子罗盘发展趋势由于GPS导航在高山、树林时信号传输不能很好的回馈到卫星中。同时GPS容易受到其他信号、波形干扰，导致其稳定在某些地区较差。所以需要一个稳定的导航系统在任何场地都能测出行驶方向，所以这个导航系统有很大的发展前景。有地磁大小和方向随地点不同而不同，无论在地球的每一个地方，磁场的水平分量永远指向磁北，电子罗盘根据这一个原理制作的，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。未来电子罗盘的发展的方向有以下几点：行业进行统一，整体规划，使其规范起来。让这个行业发展更完全。使电子罗盘导

19、航系统科技含量更高，使整个制造流程形成一个完整的产物链把GPS的技术和电子罗盘技术相结合，提高导航的精确性、实用性和稳定性。把电子罗盘做成信息技术服务的产业，使其应用到更多的行业里，加快电子罗盘研究与发展。未来科技发展更加快速,相对磁场技术也会越来成熟，电子罗盘系统将朝着先进性、经济性、实用性、功能型的成熟完善的系统！东华理工大学毕业设计(论文)系统设计与分析东华理工大学毕业设计(论文)系统设计与分析东华理工大学毕业设计（论文）系统设计与分析 2系统分析与设计2.1电子罗盘测量基本原理地球表面的磁场强度为0.50.6Gauss,方向指向地磁的北极。图2.1所示，地球磁场无论在地球那个地方都是指

20、向北极。磁传感器利用这一个原理指向地磁北极的方向应用到载体上。图2.1地球磁场的分布图Fig.2.1Thedistributionofgeomagneticfield在载体坐标系4下，磁航向a角的定义是载体纵轴在水平面上的投影与低磁北极的夹角。当载体纵轴和地磁北极平行或重合时，磁航向a角为0,磁航向角a从0到360是随顺时针方向转的。导航定位主要有三个姿态参数：航向角（a）,俯仰角（0）,横滚角（Y）。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

21、），如下图示所示。图2.2罗盘系统任意姿态示意图Hr-X=HXcosB+HYsinsiny-hZsinBcosy;Hr-Y=Hxcosy+HZsinB；其中a为航向角；0为俯仰角;Y为横滚角。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：0=arcsin(Gx/g)Y=arcsin(GY/g)当求出Hr-X和Hr-y值，便可以计算出罗盘系统纵轴与当地磁北极的夹角A：A=arctan(HR-Y/HR-X)当考虑当地磁偏角时，航向角为：a=angle+0(*)每个地区的磁偏角0是一个固定值，以列表形式存入Flash中，根据数据的信息选择,按式(*)补偿即可。通过软件设置可

22、使angle在0。360之间显示2.2系统主控系统的选择系统总体硬件设计中，关键是选择性价比最高的控制体系。现在的控制系统非常多，通常根据我们实际需要，选择控制系统。一下3个方案都满足实际需要，工控机控制、可编程控制器(PLC)控制、单片机控制等。每个控制系统都有自己的特点，下面依次详述：方案一：工控机。工控机拥有计算机的软件资源，使软件开发、程序编写更加容易，设计的工作界面更加完美；工控机都是标准接口，通讯与连接方便快捷；工控机稳定性强、抗干扰，唯一缺点就是价格比较贵。在不大控制系统中，一般选已经成型的工控机。方案二：PLC。PLC6是综合继电器逻辑控制和计算机技术而研发出的控制器。其优点有

23、：稳定性好，编程简单，模块可以随意组合，功能齐全，通常用在要求高稳定性的情况。如果增加模拟量输入输出的功能，价格更贵。比一般的单片机要贵！方案三：单片机。单片机7是一种微型的控制器，是一个完整控制体系。单片机主要优点有：控制功能强大、稳定性好、价格便宜，在各行各业应用都很普遍，单片机推动了各行业发展，使工业控制更加先进。电子技术不断更新，单片机的功能越来越多。那些功能有A/D、D/A转换、PCA等等。控制系统应用更加方便。单片机具体特点有：稳定性强。抗工业噪声干扰性好，工艺好，把表格固化在ROM中；一个芯片内有多种信号通道，使其，稳定性强，更加可靠。扩展方便。片内的部件足够时CPU运行的。而且

24、片外提供大量的可扩展的三总线，容易搭建各种规模系统。可控性强。工业控制要求控制系统指令丰富，有各种指令，其中包括转移指令、I/O口操作指令、位处理指令等。并不强制添置下程序，需要的应用程序由用户自己决定。价格便宜，易而且容易开发，技术不断更新，控制系统的造价越来越低提供了；另外，单片机的应用案例非常的多，同时可以看到很多程序，并且许多模块程序相同。东华理工大学毕业设计（论文）系统设计与分析东华理工大学毕业设计（论文）系统设计与分析 综上所述，单片机控制能力在工控机和PLC之间，价格是最便宜，而且小巧，低功耗等优点。磁阻式传感器的控制系统中，采用单片机作为控制器的核心满足了本系统的实际需要。性价

25、比最优，所以选用单片机。2.3硬件总体框图设计数字电子罗盘3大模块分别是：传感器模块、数据采集模块和MCU模块。需要硬件有：磁阻传感器、双轴加速度传感器、AD转换器以及单片机的磁阻式电子罗盘。硬件总体框图如下：图2.3系统硬件总体框图采用三轴磁阻传感器进行地球磁场矢量测量，双轴加速传感器可以传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得到载体坐标的测量信号变换到地平坐标系。其磁阻式传感器HMC5883包含输出为3路的差分模拟电压值，差分值大约为几毫伏，信号经过传感器内置的ASIC放大器把信号进行放大，再进行模数转换器进行放大和模数转换；再由有单片机处理数字信号，经由处理后得

26、到航向角由显示屏来显示；复位电路用于恢复磁阻传感器在强磁干扰后的灵敏度；电源模块分别为复位电路和信号处理电路供电；此外专门添设了键盘调节数码管亮度的功能，使得操作员可以在环境光线强时将数码管调亮些，在夜间环境光线弱时将亮度调暗2.4软件总体框图设计系统软件除了完成初始化、信号采集、信号调理、A/D转换，再到单片机中进行信号处理分析，然后判断能否输出。其框图如下所示:采集信号r信号调理1A/D转换图2.4软件总体框图单片机对传感器失调、温度漂移等干扰造成的误差进行调整。失调和温度漂移会在传感器敏感信号上面叠加一个直流偏置电路，单片机通过将传感器在置位和复位情况下得到的信号进行分析，算出平均值。就

27、可以得到由于失调和漂移造成的直流偏置信号，在方向角计算前对该偏置信号进行补偿即可消除其影响。再判断能否输出，如果不能输出，则再采集一次；能输出则把数据送到显示屏显示。东华理工大学毕业设计（论文）硬件系统模块设计与实现东华理工大学毕业设计（论文）硬件系统模块设计与实现 3硬件系统模块设计与实现3.1控制器模块设计控制器是设计数字电子罗盘的核心部分，MCU负责对传感器采集的信号进行实时分析、处理，通过姿态矩阵和误差补偿，可以碍到载体的姿态参数。一般计算量较大，普通的单片机不能满足使用要求一下有几个方案可供选择方案一：采用MSP430作为系统的CPU。MSP430系列单片机是一个16位、单片机，采用

28、了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令；高速度的处理。方案二：采用FPGA作为系统的CPU。FPGA中，实现大的，高密度的各种复杂的逻辑功能，它是集成于一个芯片，减小尺寸，改进稳定性，并应用EDA仿真，调试，容易扩展的所有设备。FPGA的并行输入输出方法，适合于大规模的实时控制系统，以提高系统核心的处理速度。然而，由于建造的数据处理速度以下苛刻的FPGA的优势高速处理不能完全反射，并由于其高的集成水平，具有很高的成本和因为增加的电路设

29、计和实际的芯片引脚更多的物理硬件电路板布线和焊接4。方案三：AT89C52为系统控制器。兼容MCS51指令系统，8kB可反复擦写（大于1000次）FlashROM；32个双向I/O口；256x8bit内部RAM；3个16位可编程定时/计数器中断；时钟频率0-24MHZ；2个串行中断，可编程UART串行通道；2个外部中断源，共8个中断源；2个读写中断口线，3级加密位；低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；单片机处理数据能力强，编程自由，方便，可用实现算法和逻辑方面的控制，并且由于其低功耗、尺寸小、性能稳定、价格便宜，使其在各个领域应用广泛经过仔细对比，AT89C52单片机符合设计要求的，

30、容易操作，性价比高，所以选用AT89C52单片机作为系统控制器。3.2传感器模块设计磁阻式传感器是本系统信号采集的关键部件，因此传感器的选择变的尤为重要。目前的电子罗盘传感器主要分为磁通门、磁阻式和霍尔元件三种。磁阻传感器的电子罗盘抗噪声好，温度稳定性好、尺寸小、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。为了更好地选择传感器，我去了解磁罗盘的现状及其未来发展方向；弄懂磁阻效应，磁阻传感器的工作原理和输出信号特征。这里我根据需求，采用HMC5883作为本系统的传感器。HMC5883是霍尼韦尔公司推出的三轴数字罗盘传感器，专门为带有一个数字接口的低场磁传感器而设计，应用于诸如低

31、成本罗盘和测磁学领域。HMC5883的电路图如图3.1,传感器内置ASIC放大器，可以自行将微弱信号放大。同时Rl、R2为10KQ的2C总线上拉电阻，DRDY为数据准备好中断，接控制器中断输入口。电容Cl、C3加上传感器片上ASIC电路中的H-电桥驱动电路可以产生电流脉冲，使片上的置位/复位电流带产生磁场给传感器去磁和极性翻转。V3.3SDLSCLDRDY161512SDLAVDDSCLVRENDRDYDVDDC1SETCGNDSETPGNDV3.32141310911GNDHMC5883图3.1HMC5883传感器电路图HMC5883传感器与其他传感器相比较有以下优点：1）数字量输出：I2C

32、数字量输出接口，设计使用方便。2）尺寸小:3x3xO.9mmLCC封装，适合大规模量产使用。3）精度高：12度，内置12位A/D,OFFSET,SET/RESET电路，不会出现磁饱和现象，不会有累加误差。4）支持自动校准程序，简化使用步骤，终端产品使用非常方便。5）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。6）功耗低：供电电压1.8V,功耗睡眠模式-2.5微测量模式一0.6mA。根据系统设计HMC5883完全可以胜任。因为它内置的测试电路，简单的数字输出，较高的效率，避免累加误差，而且成本相对较低。我使用的是双轴加速度传感器ADXL202是ADI公司生产的全功能两轴加速度传感器

33、，主要用于姿态的角测量。传感器表面是一种硅结构的硅晶片，多晶硅和加速度传感器的安装板，提供耐压力固定的。这种结构偏转的结构包括一个单独的片材和已连接的颗粒的中央部的移动。测量加速度束的加速的偏转，使差分电容失衡，由此产生的输出信号是一个方波，方波的振幅的加速度成正比，然后相位灵敏度解调，信号是适于确定的加速度的方向。ADXL202的双轴加速度计放置在一个单片，可以同时测量动态加速度，也测量静态角度，具有占空比输出，直接连接到微控制器的接口，而不需要再经过A/D转换器转换。ADXL202具有尺寸小，低功耗，响应速度快等优点。ADXL202直流工作电压3V-5V，灵敏度比较高，然后低速计数器工作，

34、脉冲宽度调制解码，仍然在高分辨率。3.3信号调理电路和A/D转换器模块信号的调理电路包括传感器数据的采集和模数转换两个模块，功能由AD7705和单片机行驶。当供电桥压为5V时，电桥输出为5mV/Gauss,电桥偏置电压的范围是-1010mV，磁阻传感器的电压输出为毫伏级，所以转换前比粗吧信号放大，再进行A/D转换处理，AD7705带有可以改变倍数的增益11。这种功能是在拥有这种功能的芯片上价格是最低的。具体的选择通过AD7705设置寄存器的MD1和MD0位校准。当MD1和MD0位写入数据，那么校准周期开始。由消除装置校准的偏移和增益产生的误差以及工作环境的温度和电压的变化，则进行常规的校准。A

35、D7705片内含有低通数字滤波器，可以用它处理工-调制器的输出信号。由磁阻式传感器HMC5883芯片内置的ASIC放大器放大电路信号，再有AD7705芯片内置的低通数字滤波器对信号进行滤波处理。Qn-itC19I2.4576MU3AE7705SCLEJND1ZCLECI?!71口MCLKOUTDINDOITRESETDSD7AIN2(+)AIN1(+)REFIN(-)SCK123-4QlUrWy514阳一-uOllb,C2017VC-NE1615VDDWim13M：SOIF丽nTo9VisfCNL101JC21O.luFGND图3.2信号采集部分设计原理图3.4显示模块采用LCD液晶显示屏作为

36、系统的输出显示。LCD液晶显示主要特点有显示质量高、功率小、数字式接口等。由处理器处理数据后在液晶屏显示行驶方向。LCD有低压，低功耗等优点，所以应用非常广在控制系统中的硬件配置。根据系统需要选择的LCD是AMPIRE128X64的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形。LCD1GND图3.3液晶显示显示器接口东华理工大学毕业设计（论文）软件系统设计与实现东华理工大学毕业设计（论文）软件系统设计与实现 4软件系统设计与实现4.1主程序设计软件设计流程图如下：先对系统进行初始化，然后再决定是否进行采集测量，然后对信号处理，然后对其补偿。方向进行校正。不用测量则直接进行校正，计算偏移量，保存到单

37、片机中。还设置了休眠模式，有定时中断等功能。开始）读取预制参数系统初始化K否测量模式-否定时器中断信号采集信号分析，处理进入休眠模式硬铁补偿GPS获取经方向解算查表求磁偏角/磁偏角校正显示屏显示v是结束图4.1系统主程序图4.2传感器模块程序由复位置位电路的电流带的特性，在S/R+端给一个脉冲，则元件能找到准确的方向与其对准。而此脉冲只能加在一个方向。罗盘在工作时，PA1口每隔1秒钟对传感器置位一次。程序流程图：图4.2电桥偏置电压流程图voidreset_HMC1022()PORTA&=(11);PA1口产生下降沿_NOP();/延时15usPORTA|=(11);PA1口产生上升沿东华理工

38、大学毕业设计（论文）软件系统设计与实现东华理工大学毕业设计（论文）软件系统设计与实现东华理工大学毕业设计(论文)软件系统设计与实现 return;4.3方位角度解算过程方位角度计算两个步骤：角度判定范围。对传感器信号进行角度解算首先把得到的式子转化为三维坐标系统，8个象限。然后使航向角在360范围内连续。得到瞬时测量值和当前的原点坐标值，进行对比，得出测量值在那个象限范围内。最后把测量值进行方位角度的解算.角度的解算主要是反正切运算，其难度较大。虽然可以使用matlab调用函数，但是函数执行时间较长，使灵敏度降低，而查表则比较快，所以本系统采用查表。查表方法如下，首先把090.0。的正切值，每

39、隔0.01。读取一个数据，然后把数据保存到数据存储器中，这样我们可以通过查表得出每个正切值，而且精度值也比较高。查表方法有很多种，这里推荐先使用初略估计然后缩小范围查找。小范围精度查找使用二分法，因为二分法查值快而且精确，把整个数据分成两份个数一样的，然后读取an/2的值与要测量x值进行对比，若x=an/2刚好是要测量的x值时，说明已经读取到值。否则继续查找下去，直到x=an/2刚好是要测量的x值。其中，当xan/2,则在数组a的右边寻找X。4.4LED显示子程序/*led显示子程序*/main()lcd_init();display_string(3,0,LcdBuf1);/显示第一行，从第

40、3个位置开始display_string(0,1,LcdBuf2);/显示第二行，从第0个位置开始while(1);/单片机待机/*函数名称：WriteDataLcd*入口参数：wdata(unsignedchar型)*出口参数：无*功能描述：写数据到LCD*/voidWriteDataLcd(unsignedcharwdata)LCD_DATA二wdata;LCD_RS=1;LCD_RW=0;LCD_E=0;dellay(lOO);/短暂延时，代替检测忙状态LCD_E=1;/*函数名称：WriteCommandLcd*入口参数：wdata(unsignedchar型)*出口参数：无*功能描述

41、：写命令到LCD*/voidWriteCommandLcd(unsignedcharwdata)LCD_DATA=wdata;LCD_RS=0;LCD_RW=0;LCD_E=0;dellay(lOO);/短暂延时，代替检测忙状态LCD_E=1;/LCD初始化voidlcd_init(void)LCD_DATA=O;WriteCommandLcd(0 x38);dellay(lOOO);WriteCommandLcd(0 x38);/显示模式设置WriteCommandLcd(0 x08);/关闭显示WriteCommandLcd(OxOl);/显示清屏WriteCommandLcd(0 x06

42、);/显示光标移动设置WriteCommandLcd(OxOc);/显示开及光标移动设置/*函数名称：display_xy*入口参数：x(unsignedchar型),y(unsignedchar型)*出口参数：无*功能描述：设置光标位置，x是列号，y是行号*/voiddisplay_xy(unsignedcharx,unsignedchary)if(y=1)x+=0 x40;x+=0 x80;WriteCommandLcd(x);/*函数名称：display_char*入口参数：x(unsignedchar型)，y(unsignedchar型)，dat(unsignedchar型)*出口参数

43、：无*功能描述：在具体位置显示单个字符，x是列号，y是行号*/voiddisplay_char(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchardat)display_xy(x,y);WriteDataLcd(dat);/*函数名称：display_string*入口参数：x(unsignedchar型)，y(unsignedchar型)，s(指针型)*出口参数：无*功能描述：在具体位置显示字符串，以/0结束，x是列号，y是行号*/voiddisplay_string(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchar*s)disp

44、lay_xy(x,y);while(*s)WriteDataLcd(*s);s+;东华理工大学毕业设计（论文）致谢东华理工大学毕业设计（论文）致谢东华理工大学毕业设计（论文）实验结果与分析 # 实验结果与误差分析学习硬件电路的相关知识，然后对磁阻电子罗盘的硬件原理图设计、PCB制板、焊接以及硬件的调试。对51单片机上编程完全会，能编写程序给电子罗盘；并电子罗盘样机仿真，进行系统的软硬件进行调试，测出各项磁阻式罗盘功能，A/D转换器把采样数据进行滤波处理。分析处理时选择集中滤波方案，最终选定一种方式进行滤波；并分析影响磁阻电子罗盘精度的误差来源，给出相应的补偿方案；合理选择处理航向角计算的算法，

45、以提高处理速度。磁阻式电子罗盘基本达到实验研究所想要的结果，有些方面还是有点不足，制造工艺，软件的安装，通信都存在一些缺陷。系统本来就有一些缺陷，例如信噪小，精度不够高，当行驶方向不改变时，数据显示能力很好；但是当经常改变方向，系统稳定性就相对差了许多。我们对整个系统的误差来源进行系统的分析，误差主要有3种：系统误差、随机误差和粗大误差。误差来源主要有：电桥偏置，、基准电压稳定性差，制造工艺存在的不可避免的误差。磁传感器受到磁性物质的影响，从而产生失误航向的误差叫做罗差。罗差是磁阻式罗盘误差最大的来源，方向影响到几度到几十度。罗差有硬铁干扰和软铁干扰，下面介绍如果消除误差方法。（1）电子罗盘有

46、两种工作模式，一种是正常工作模式，另一种是出厂设置模式，出场设置模式是为了消除硬铁干扰。永久磁铁，和被磁化的金属产生硬铁干扰。这些干扰大小恒定，相对罗盘位置固定，与罗盘指向无关。罗盘运行时，周围的硬铁干扰基本固定不变，对罗盘校正一次就好啦。（2）软铁干扰主要来与地球磁场和磁性材料间的相互作用，软金属同样影响地球的磁力线，所不一样的是，罗盘的方向决定着软铁干扰程度。数字电子罗盘尺寸小，成本低，性能稳定的优势，在导航领域上有远大的应用前景。随着控制技术的发展，传感器的精度测量有了很大的提高。本文详细的分析了数字罗盘硬件和软件方面，以更好提高整个系统的精度。对磁传感器的工作原理和特点进行了分析研究，

47、以建立一个理想化的静态的数学模型为主要结果。为了系统的性能，罗盘测量误差来源的讨论和相应的误差补偿计划。但是数字电子罗盘的研究仅限于实验室条件下，没有被应用到所有的情况，很难确定系统的各项功能的稳定性。作为在磁场变化的仪器，要把接收位置信号处理，转换成的数字的信号输出，安装平台间的变化加速度运动矢量的倾斜角度，摆动载波，如果输出的系统的干扰。指南针软铁的磁效应仍然存在。我相信，在未来许多领域，大规模，大批量使用数字电子罗盘。电子罗盘的发展会越来越好。本论文是在王怀平导师的悉心指导完成的，历时一个学期之久。导师平易近人，和蔼可亲有着深厚的学术造诣。在做论文的这一个学期，遇到的问题，王怀平老师都会

48、指导我怎么去解决问题，授人以鱼，不如授人以渔。王老师教给我们的是方法，是精髓！在做论文的时候。我学会了基本的研究方法，还使我学会了处理问题的能力。在此，衷心感谢王老师的悉心教导！东华理工大学毕业设计(论文)参考文献东华理工大学毕业设计(论文)参考文献 #参考文献催岚波船舶通信与导航M.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社,2007：35-37高光天传感器与信号调理器件应用技术M.北京：科学出版社.2002.7：168-170TAMARABRATLANDROBERTBICKING和BHARATB.PANT.为什么选择磁性传感器.孙希延，纪元法，施浒立卡尔曼滤实现车载GPS/DR组合导航J.现代电子技术.

49、2006.11王勇军、李智、李翔.车载电子罗盘中的一种新型抗干扰设计J,单片机与嵌入式系统应用，2010,5:8-10姜益民.基于单片机与可编程逻辑控制器的控制系统的分析与设计D.北京邮电大学,2007文桦单片机教学与应用平台的研究D.同济大学软件学院,2009丁保华，张有忠，陈军单片机原理与接口技术实验教学改革与实践J.实验技术与管理,2010,27(1)施利春、肖海梅.基于磁阻传感器的二维电子罗盘设计J,价值工程，2011,25(10):37-38郑玉冰、章雪挺、刘敬彪.磁阻式电子罗盘的设计J，计算机测量与控制，2008，16(7):1027-1029杨惠锋，周奇基于单片机和磁阻传感器的新

50、型车辆检测器J.重庆工学院学报(自然科学)2008.11李希胜，刘洪毅，郭晓霞车用磁电子罗盘的研制J.微计算机信息2006.22(10):308-310郑玉冰，章雪挺，刘敬彪磁阻式电子罗盘设计J.计算机测量与控制，2008.16(7)1027-1029胡宁博，李剑，赵榉云基于HMC5883的电子罗盘设计J.传感器世界2011.6(8):35-39常青，杨东凯，寇艳红车辆导航定位方法及应用M.北京：机械工业出版社，2005:20-21RobertPaez,ChristiaSchott,SamuelHuber*ElectronicCompassSensorJ.IEEEMagazine20042(4

51、):1446-1449东华理工大学毕业设计（论文）附录东华理工大学毕业设计（论文）附录 附录：1总电路图C1BCM1C1?2部分程序传感器模块程序voiddelay(unsignedintk);voidlnitLcd();voidlnit_HMC5883(void);初始化5883voidWriteDataLCM(uchardataW);voidWriteCommandLCM(ucharCMD,ucharAttribc);voidDisplayOneChar(ucharX,ucharY,ucharDData);.data）;单个写入数据单个读取内部寄存器数据连续的读取内部寄存器数据voidco

52、nversion(uinttemp_data);voidSingle_Write_HMC5883(ucharREG_Address,ucharREGucharSingle_Read_HMC5883(ucharREG_Address);voidMultiple_Read_HMC5883();以下是模拟iic使用函数voidDelay5us();voidDelay5ms();voidHMC5883_Start();voidHMC5883_Stop();voidHMC5883_SendACK(bitack);bitHMC5883_RecvACK();voidHMC5883_SendByte(BYTE

53、dat);BYTEHMC5883_RecvByte();voidHMC5883_ReadPage();东华理工大学毕业设计（论文）附录东华理工大学毕业设计（论文）附录东华理工大学毕业设计（论文）附录 # ； voidHMC5883_WritePage();voidconversion(uinttemp_data)wan=temp_data/10000+0 x30;/取余运算/取余运算/取余运算/取余运算temp_data=temp_data%10000;qian=temp_data/1000+0 x30;temp_data=temp_data%1000;bai=temp_data/100+0

54、x30;temp_data=temp_data%100;shi=temp_data/10+0 x30;temp_data=temp_data%10;ge=temp_data+0 x30;voiddelay(unsignedintk)unsignedinti,j;for(i=O;ik;i+)for(j=O;j121;j+)voidKEYSCAN()if(!KEY_SET)delay(5);if(!KEY_SET)SET_FLAG+;if(SET_FLAG=3)SET_FLAG=0;while(!KEY_SET);switch(SET_FLAG)case1:if(!KEY_ADD)delay(5)

55、;if(!KEY_ADD)东华理工大学毕业设计（论文）附录东华理工大学毕业设计（论文）附录 start_A+;if(start_A=360)start_A=0;while(!KEY_ADD);elseif(!KEY_MIN)delay(5);if(!KEY_MIN)if(start_A=0)start_A=360;start_A-;while(!KEY_MIN);break;case2:if(!KEY_ADD)delay(5);if(!KEY_ADD)stop_A+;if(stop_A=360)stop_A=0;while(!KEY_ADD);elseif(!KEY_MIN)delay(5);if(!KEY_MIN)if(stop_A=0)stop_A=360;stop_A-;while(!KEY_MIN);break;default:break;报警控制模块程序ucharSingleReadHMC5883(ucharREGAddress)ucharREG_data;HMC5883_Start();HMC5883_SendByte(SlaveAddress);HMC5883_SendByte(REG_Address);HMC5883_Star