基于磁阻傳感器的低功耗方向指示系統(tǒng)

摘　要:為克服傳統(tǒng)指南針精度低,應(yīng)用領(lǐng)域窄的缺點(diǎn)。利用HMC1052 磁阻傳感器將地磁信號轉(zhuǎn)換為電壓輸出, INA332儀表運(yùn)放,AMS1117 直流穩(wěn)壓芯片及REF3212 參考電壓源作為信號調(diào)理和供電單元,由MSP430F147 單片機(jī)及其自帶A/ D轉(zhuǎn)換器,進(jìn)行信號處理和控制,制作得到準(zhǔn)確可靠,圖形化界面的低功耗方向指示系統(tǒng)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)固定,可以和其它電子系統(tǒng)形成接口,擁有低成本、低功耗、高精度的特點(diǎn),具有磁偏角校正功能。

　　指南針是一種重要的導(dǎo)航工具,在許多場合都具有應(yīng)用價值。為了使指南針的性能更加優(yōu)良,應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛,我們設(shè)計制作了基于磁阻傳感器的低功耗方向指示系統(tǒng)。在一些特殊地形條件下,GPS 將無法很好的工作,而此方向指示系統(tǒng)卻不會受到影響,尤其適用于某些只要求檢測方向而不需要檢測所在經(jīng)緯度的場合。

　　1 　功能特色與指標(biāo)要求

　　1.1 　總體功能及特色

　　方向指示系統(tǒng)主要有方向指示功能、圖形顯示功能、磁偏角校正功能和信息鎖定功能,并具有便攜式和低功耗的特點(diǎn)。其界面設(shè)置圖如圖1 所示。

　　方向指示系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,可以應(yīng)用到如下領(lǐng)域:手持式方向指示系統(tǒng),車載導(dǎo)航與行程控制,移動電話中的指南針,望遠(yuǎn)鏡定位,醫(yī)療器械中的方向指示,陸地和海洋導(dǎo)航系統(tǒng)。

圖1 　界面設(shè)置圖

　　1.2 　對設(shè)計的要求和指標(biāo)：

　　為實(shí)現(xiàn)以上功能,系統(tǒng)需達(dá)到以下要求:

　　(1) 系統(tǒng)中的所有元件具有體積小,低功耗的特點(diǎn)。

　　(2) 系統(tǒng)中的所有元件都是標(biāo)準(zhǔn)的低成本元件;特別是微控制器,而且要有盡量多的在片外部模塊(如A/ D 和D/ A 轉(zhuǎn)換器) 。

　　(3) 由于傳感器的輸出信號很小,要求各元件抗噪聲能力強(qiáng),電源輸出紋波小。

　　(4) 可顯示以下信息:

　　—以數(shù)字和圖形顯示機(jī)首方向;—以最臨近方位文字顯示機(jī)首方向。

　　(5) 指南針的讀數(shù)參考地理上的北———正北根據(jù)HMC105X 數(shù)據(jù)手冊,當(dāng)接上低噪聲放大器和12 到162bit (位) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/ D) 時,使用HMC105X 系列傳感器可進(jìn)行極高精度的測量。測量誤差小于1°,電路部分功耗小于115 mW。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計：

　　2.1 　系統(tǒng)整體設(shè)計

　　圖2 是方向指示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖,這是其最小設(shè)置。傳感器單元是采集地球磁場的部分,將地球磁場信號轉(zhuǎn)換為電信號;信號調(diào)整單元是對微弱的地磁電信號進(jìn)行放大濾波,并將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號;數(shù)據(jù)處理單元是將調(diào)整單元輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析,確定所需要的方向與正北間的方向角,并對所在地的磁偏角進(jìn)行校正。液晶顯示單元是將方向角以圖形和數(shù)字兩種形式顯示出來。

　　在本系統(tǒng)中,傳感器單元由一塊兩軸磁阻傳感器HMC1052 構(gòu)成,信號調(diào)理單元為由儀表放大器組成的小信號放大電路。MSP430 單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理與信號控制核心,即數(shù)據(jù)處理與方向確定單元。

　　最終的顯示單元采用一塊128 ×64 圖形點(diǎn)陣LCD。

圖2 　方向指示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

　　磁阻傳感器HMC1052 將地磁場信號轉(zhuǎn)化成電信號,儀表放大器將該微弱信號放大,送入MSP430單片機(jī)的AD 模塊進(jìn)行模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換,單片機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算確定方向角度,最后送到LCD12864 將其文字及圖形表達(dá)。圖3 是此系統(tǒng)的電路模塊圖。

圖3 　電路模塊圖。