[發明專利]一種基于硬件語言的航向角指示儀

有效

• 申請號: 201410546130.5
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104406584B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 孫華;吳宗凱;張巖;薛晶晶;李昊俊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C21/08
• 分類號: G01C21/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于系統導航領域，具體涉及一種基于硬件描述語言的航向角指示儀。

背景技術

航向角是載體導航最重要的參數之一，在船舶載體上提供操縱指示和執行相應的任務，就必須用到精確的航向角指示。同樣，對任何移動載體來說，精確可靠的航向角對載體的運行均是非常必要。地球磁場比較穩定，如果利用好這個資源，利用地磁傳感器測量載體在地磁場的各個信號分量，再通過數值計算、誤差校正，可以計算出載體的航向角，從而提高載體的導航精度和導航性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于硬件描述語言的航向角指示儀。

本發明的目的是這樣實現的：

基于硬件語言的航向角指示儀，包括：地磁傳感器、FPGA控制器、數碼管，使用FPGA作為控制器，地磁傳感器接收到載體的地磁數據，通過I2C總線把接收數據傳給FPGA，經過FPGA進行數據處理，經數據處理后實現對地磁傳感器所采集信號的計算、校正，最后將載體的航向角輸出顯示。

地磁傳感器為MAG3110型三軸地磁傳感器模塊。

FPGA與地磁傳感器的通信方式采用的是I2C方式，根據I2C總線的時序對地磁信息進行采集。

數碼管為三位共陽數碼管，作為航向角指示儀的顯示器采用靜態顯示的方式。

本發明的有益效果在于：航向角指示儀實現了對地磁傳感器所采集信號的計算、校正，最后將載體的航向角輸出顯示。

附圖說明

圖1航向角指示儀總體設計框圖；

圖2 I2C時序圖；

圖3系統流程總框圖；

圖4地磁信號采集流程圖；

圖5未修正地磁場形狀示意圖；

圖6修正后的地磁場示意圖；

圖7數據處理程序流程圖；

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步描述。

本發明是基于硬件語言(Verilog語言)的航向角指示儀，包括：地磁傳感器、FPGA控制器、數碼管。其特征是使用FPGA作為控制器，地磁傳感器接收到載體的地磁數據，通過I2C總線把接收數據傳給FPGA,經過FPGA進行數據處理，經數據處理后實現了對地磁傳感器所采集信號的計算、校正，最后將載體的航向角輸出顯示及實現各部分的Verilog程序。

利用硬件描述語言(Verilog語言)對地磁傳感器測得的載體磁場數據進行數值計算、誤差校正，最后給出載體的航向角。航向角指示儀主要由FPGA控制板、地磁傳感器模塊和數碼管顯示模塊組成。使用FPGA作為控制器，地磁傳感器接收到載體所在位置的地磁數據，通過I2C總線把接收數據送給FPGA,經過FPGA進行數據處理，經數據處理后實現了對地磁傳感器所采集信號的計算、校正，最后將載體的航向角輸出顯示。航向角指示儀總體設計框圖如圖1所示。

航向角指示儀的控制器使用的是自主設計的FPGA核心板，其核心為CYCLONE III系列的EP3C40Q240C8N。選擇的地磁傳感器為Freescale公司的MAG3110微小型三軸地磁傳感器模塊。

MAG3110為三軸地磁傳感器能敏感來自三個方向的地磁信息，它采用標準I2C總線協議，任何帶I2C總線的微處理器，都可以輕松的訪問它并接收其采集到的磁場數據。圖2是其I2C總線的時序，SCL高電平時SDA下降沿代表有效數據開始，然后每個SCL的高電平讀取SDA的數據，最后在SCL高電平時SDA上升沿結束。系統流程總框圖如圖3所示。

寫時序：I2C起始位->MAG3110寫地址(0x1C)->目標寄存器地址->寫入數據->停止位

讀時序：I2C起始位->MAG3110寫地址(0x1C)->目標寄存器地址->重復起始位->MAG3110讀地址(0x1D)->接收數據->停止位

(1)地磁傳感器與FPGA的數據傳輸

根據I2C總線協議時序圖以及地磁傳感器的操作時序圖，在FPGA中使用硬件描述語言建立了一個I2C通行模塊，來完成地磁傳感器與FPGA磁場測量信息的傳輸，地磁信號采集程序流程圖如圖4所示。具體程序步驟如下：

第一步：設置一個計數器，輸出周期為10us的方波作為SCL信號。并設置每個周期的10us為下降沿，2.5us為低電平，5us為上升沿，7.5us為高電平；

第二步：當SCL第一個高電平時，SDA給低電平；

第三步：在之后的八個低電平時，給SDA賦MAG3110寫地址(0x1C)；