单片机与电子罗盘接口电路设计文献综述

 2022-08-04 09:08

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文献综述

国内外的电子技术都在突飞猛进的发展,尤其是在磁传感器和专用芯片(ASIC)

上的发展,让电子罗盘的基本实现机理有了很大的变化,不在单纯是简单的机械结构,而通过采用了磁场传感器和专用处理器对磁场进行测量以及测量值的处理后指示方向,这就是目前广泛应用的电子罗盘。

罗盘是自动控制、测试及测量领域中用来获取方向信息的装置。目前应用较广泛的是磁阻式电子罗盘,电子罗盘具有较好的抗震性,对于干扰有电子补偿,测向精度较高,但现有的电子罗盘电路结构复杂,体积较大,不便于携带和使用。针对这些问题,HoneyWell公司三轴磁阻传感器HMC5883和飞思卡尔公司三轴加速度传感器MMA7260为敏感元件,使用超低功耗控制器MSP430F149处理传感器数据计算方向的小型低功耗电子罗盘[[1]]。

电子罗盘能够利用地磁场来精确测量方位角,因此它在航空航天、航海、浮标、水下定向、钻井设备、机器人定向、陆地天线、气象中的风向仪、地震监测等领域有着广泛的用途。目前,国外多家公司各自推出了不同原理的磁传感器和电了罗盘,但由于我国电子罗盘的研究起步较晚,国内还很少有自主的地磁传感器,国内厂商对电子罗盘的生产和销售基本上都以代理国外的为主[[2]]。

电子罗盘主要有二维电子罗盘和三维电子罗盘两种[[3]]。二维电子罗盘考虑的只有航向角,没有倾斜补偿,所以要求用户在使用时必须保证电子罗盘本身保持在水平状态,假如实际航向并没有变化,但是当电子罗盘倾斜时,依然会得到变化的航向值。要是让二维电子罗盘所附的载体能够始终保证在水平状态的话,也是一种不错的选择,但是该罗盘对用户使用平台要求很高,所以实际应用性不是很强。三维电子罗盘克服了二维电子罗盘在使用中的严格限制,因为倾角传感器被加入了三维电子罗盘的内部,倾角传感器可以对电子罗盘发生的倾斜作出相应的倾斜补偿。即使电子罗盘所附载体发生倾斜,依然可以获得准确无误的航向数据。

电子罗盘测量航向主要是依据地球磁场原理,测量磁场的按传感器的不同,目前国内销售市场上的电子罗盘主要分为以下三种:磁通门式电子罗盘、霍尔效应式电子罗盘以及磁阻式电子罗盘[[4]]。

磁通门传感器是磁通门式电子罗盘的主要器件,磁通门传感器是在被测磁场中,在交变磁场的饱和激励下,通过高导磁铁芯的磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的一种传感器[[5]]。应用磁饱和法测量磁场的磁强计称为磁饱和磁强计,也称磁通门磁强计或铁磁探针磁强计。磁饱和法大体划分为谐波选择法和谐波非选择法两大类。谐波选择法只是考虑探头感应电动势的偶次谐波(主要是二次谐波),而滤去其他谐波;谐波非选择法是不经滤波而直接测量探头感应电动势的全部频谱,利用差分对磁饱和探头能够构成磁饱和梯度计,可以测量非均匀磁场,同时利用梯度计能够克服地磁场的影响和抑制外界的干扰。这种磁强计早在上世纪30年代开始用于地磁测量以来,不断获得发展与改进,仍是测量弱磁场的基本仪器之一。磁饱和磁强计分辨力较高测量弱磁场的范围较宽,并且可靠、简易、价廉、耐用,能够直接测量磁场的分量和适于在高速运动系统中使用。 虽然磁通门还存在处理电路相对较复杂、体积较大和功耗相对较大的问题,但随着微系统、微型磁通门和低功耗磁通门的研究,这些问题可以得到解决。从三者的比较来看,目前基于磁电阻传感器的电子罗盘具有体积小、响应速度快等优点,是电子罗盘的发展方向[[6]]。

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