[發明專利]一種磁阻式電子羅盤測量系統

無效

• 申請號: 201310293638.4
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN104280021A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 李飛
• 申請（專利權）人: 無錫成博科技發展有限公司
• 主分類號: G01C17/32
• 分類號: G01C17/32
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 楊小雙

技術領域

本發明涉及一種磁阻式電子羅盤測量系統。?

背景技術

磁羅盤是導航系統和需要精確測向的定位系統中不可缺少的重要組成部分，它能實時提供活動物體的航向和姿態，根據磁阻效應和地球磁場的大小來確定方向。電子羅盤又稱數字羅盤，它的產生正是為彌補GPS系統的不足而設計的，結合組成復合定位系統。電子羅盤是利用地磁場來測量方位的，在靜止或移動狀態能給出方位信息，且不受高大阻擋物的影響，因此高精度的姿態測量可以對GPS有效的補償，即使在GPS信號失效后也能給出正確的航向，保證導航定位信息的有效，做到丟星不丟向。其優勢體現在體積小、重量輕、結構簡單、成本低等。同時，電子羅盤所需的敏感元件工藝較成熟，在研制技術方面具有巨大的優勢。?

電子羅盤的原理是通過測量地球磁場確定方位，按其測量磁場的傳感器種類不同，目前市售的電子羅盤可分為以下三種:磁通門式、霍爾效應式和磁阻效應式電子羅盤。按照傳感器形式的不同，磁羅盤分為磁通門羅盤和電子羅盤兩種。?

隨著單片機技術的廣泛應用和集成電路(IC)工藝技術的迅速發展，MEMS(微機電系統技術)這一新興技術應用到小型化飛行物體上的條件變得越來越成熟，同時也為實現電子羅盤的數字化奠定了基礎。?

磁阻效應是指某些金屬或半導體在磁場中電阻值隨著磁場大小的增加而升高的現像，這種現象在橫向和縱向磁場中都能觀察到，因此，可以通過測量電?阻的變化來間接測量磁場的大小。?

美國Honeywell(霍尼韋爾）公司采用對傳感器進行交替正向磁化和反向磁化的方法以消除遲滯誤差和零點溫度漂移通過在傳感器芯片上放置電流帶對薄膜進行再充磁來消除外界大磁場對傳感器輸出特性的影響，并且擁有這項技術的專利。因此磁阻傳感器在測量弱磁場以及基于弱磁場的地磁導航、磁航向系統研制、位置檢測等方面顯示出巨大的優勢，以至于雖然它的出現遠比半導體磁敏電阻、霍爾器件等晚，但發展迅速，在航天、航空、航海、工業、醫療儀器等諸多領域有著廣泛的應用前景。?

目前，我國的磁阻式電子羅盤多為進口，國內生產和銷售電子羅盤的廠家基本都以代理國外品牌為主，如上海直川科技、北京的星網宇達等。國內九十年代才開始電子羅盤的研究。北京理工大學基于LabVIEW虛擬儀器平臺開發設計了一種測量三軸姿態的虛擬數字羅盤模型，其傳感器單元由三軸加速度計和三?

軸陀螺構成，仿真效果較好；北京航空航天大學正在研制一種姿態敏感器，內部集成了三軸磁場計和雙軸電解傾斜儀，可以測量航向角、俯仰角、滾動角以及三維磁感應強度值。?

本發明的目的在于研制一款體積小、質量輕、精度高、價格低廉的高精度電子羅盤。項目以地磁定向原理為基礎，結合傳感器技術，運用現代計算機技術和測試技術，采用模塊化、結構化設計方法，以嵌入式處理器為核心構建控制系統實現對傳感器的信號采集、分析及處理。?

本發明中的電子羅盤是基于ADI公司的三軸加速度計ADXL330和Honeywell公司的各向異性磁阻傳感器HMC5883L組成的。采用FPGA單片機采集處理傳感器信號，經過數據預處理和算法補償后，羅盤系統精度基本上?可以達到±1°。該羅盤結構簡單、體積小、重量輕，實驗證明，該系統有很好的推廣和利用價值。?

發明內容

本發明的目的在于提出一種數字電子羅盤測量系統，該羅盤結構簡單、體積小、重量輕，將羅盤精度最大誤差從10.5°提高到了1°左右，實驗證明，該系統有很好的推廣和利用價值。?

為達此目的，本發明采用以下技術方案：?

本發明包括：由三軸磁傳感器、三軸MEMS加速度計、參考電源、單片機、調理電路、串行通信電路等主要部分組成。?

三軸磁傳感器為為帶有I²C總線接口的三軸數字磁阻傳感器，內部具有12位A/D轉換器，并且內置偏置和驅動器置位/復位電路。采用4mm×4mm×1．3mm的LCC封裝，體積小、質量輕、價格低、電路設計簡單。R3，R4為I2C總線上拉電阻器，DRDY為數據準備好中斷，接控制器FPGA的107號管腳。電容C3，C5加上傳感器片內的ASIC電路中的H電橋驅動電路可以產生電流脈沖，使片上的置位/復位電流帶產生磁場給傳感器去磁和極性翻轉，能夠把磁阻傳感器恢復到測量磁場的高靈敏度狀態。?

三軸MEMS加速度計ADXL345為三軸數字加速度計，內置A/D轉換器，可以對高達±16g（地球加速度）的加速度信號進行高分辨率(13位)測量，并且兼容SPI和I2C總線接口。芯片采用3mm×5mm×1mm的LGA封裝，體積小、成本低、分辨率高、測量范圍寬。?