毕业设计说明书数字式电子罗盘设计学生姓名：孔垂礼学号： 1105044263 学院：计算机与控制工程专业：电气工程及其自动化指导教师：龙达峰2015 年 06 月数字式电子罗盘设计摘要数字式电子罗盘具有很多优点，例如：体积比较小、启动非常迅速、功率损耗较低、制造成本低廉等,当今社会测控技术对测向传感器提出了非常高的要求;为了提高数字罗盘的测量精度,特意设计了一种基于HMC5883L三轴磁阻传感器[1]的数字电子罗盘;在分析相关类似产品的基础上,特别强调对电源、器件选型、信号调理电路、软件设计等方面进行了分析研究,设计出了数字罗盘并且研制了试验的样机;为验证设计效果,在双轴陀螺测试转台上进行了测试,试验结果初步验证了该设计方案的可行性;论文的研究工作可以为研究和改良数字式磁罗盘的测量准确度提供可靠的资料.关键词：地磁场，数字罗盘，HMC5883L三轴磁阻传感器，重力加速度计Here is the translation of your chinese paper’s titleAbstractDigital electronic compass, has small volume, quick start, low power consumption, and low cost, the modern measurement and control technology puts forward higher requirements on sensor of direction finding; In order to improve the precision of the digital compass, we design a HMC5883L triaxial magnetic resistance sensor based digital electronic compass; On the basis of the analysis of related products, focuses on the power supply, device selection, signal conditioning circuit and software design are analyzed in aspects of research, design the digital compass and test prototype was developed; To verify the design effect, on the two-axis gyro testing table was tested, experimental results verify the feasibility of the design scheme of; Thesis research work could be used to research and provide reference for improving the measuring accuracy of digital magnetic compass.Key words : Earth's magnetic field, digital compass, HMC5883L three-axis magnetic resistance sensor, the gravity accelerometer目录摘要 (2)Abstract (3)目录...........................................................................................................................................错误!未定义书签。
1.前言 (1)2.总体方案 (3)2.1传感器的方案论证与选择 (3)2.2单片机方案的选择 (7)2.3总体方案设计思想以及框图 (7)3.硬件电路设计 (8)3.1单片机最小系统 (9)3.2 HMC5883L传感器模块 (9)3.3 ADXL202模块 (13)3.4 LCD1602液晶屏模块 (14)4.软件设计 (17)4.1 HMC5883L与单片机通信软件设计 (16)4.2 LCD1602人机界面软件设计 (17)4.3系统总统软件设计 (19)5.系统调试 (21)6.结论 (21)7.总结与体会 (21)致谢 (24)参考文献 (25)附录A:电子指南针整机电路图和实物图 (26)附录B:1602液晶模块字符存储器 (28)附录C:电子指南针程序部分源代码 (29)1.前言磁罗盘俗称指南针，它是一种简单的用来指示判别方位的东西,也是一种重要的导航仪器，指南针可应用在许多场合中。
司南是古代的四大发明之一，即指南针的前身。
它是由一根装在轴上而且可以自由旋转的磁化了的针构成的。
在地磁场作用下磁针总能平行保持在磁子午线的切线方向上。
磁针的南极指向地理的南极，通过这种现象及其性质就可以用它来辨别方向。
常用于航海、大地测量、车载导航等方面。
随着科技的发展指南针原理不断的被世人所了解，先前笨重的“司南”也逐渐发展成为现在的轻巧便捷的指南针。
但是，它最基本的原理构造是没有改变的，都还是比较粗糙精度不高的机械指南针，另外，指示的机械结构基本上也没有改变，之所以能自由的旋转都是利用某种支撑使得磁针能够受到地磁场的影响。
机械有很多不可避免的先天因素不但影响指针式指南针的便捷便携性、灵敏度、精确度等而且还影响其使用寿命。
现如今我们国家和外国在电力电子技术领域发展都非常迅猛，尤其是很多特需芯片和一些专用传感器都有了质的改变，磁传感器就是一大特例，它的发展使指南针的基本实现机理有了更高水平的发展，老式机械结构将逐步退化，目前对磁场的测量处理和指示方向都改用轻巧便捷的磁传感器和专用传感器，这就是当前应用较为广泛的电子式指南针。
电子指南针有固定的内部结构，没有活动部分，对于和其它电子系统接口连接非常简单，不但可代替旧的磁指南针。
而且精确度非常高、稳定性特别好、应用也非常广泛。
本设计采用各向异性磁阻(AMR)传感器芯片HMC5883L，它是由Honeywell公司生产的。
霍尼韦尔HMC5883L是一种有数字接口的弱磁传感器芯片，表面非直插式的高度集成模块，HMC5883L分辨率极高，HMC118X系列磁阻传感器就是其中最先进的传感器，并附带霍尼韦尔专利的集成电路包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校准、能使指南针精度控制在1°~2°的12位模数转换器，其I2C系列总线接口也很简单。
HMC5883L采用的各向异性磁阻(AMR)技术比其他各向异性传感器技术更先进、更有市场，特别是在轴向高灵敏度和线性高精度比较突出。
传感器之所以能够用来测量地球磁场的方向以及大小是因为它具有正交轴的低灵敏度的固相结构，其测量范围从-5高斯（gauss）到 +5 高斯（gauss），霍尼韦尔的磁传感器是一款在各方面性能都是最好的传感器，在低磁场传感器行业中享有盛誉，本文介绍了数字电子罗盘工作原理及电路硬件及软件的设计，同1.1课题研究的背景及意义早在我国战国时期我们的祖先就发现一种可以指示方向的磁石，后来人们就把磁矿石刻成像勺子一样的东西用来指示方向——司南，用于行军打仗。
随着时代的变化科技的发展，出现了各种各样的半导体材料，将各部分功能综合、整合的技术也在日益成熟，电子罗盘技术也得到迅速的发展，五花八门的电子罗盘在我们的生活当中也显而易见，尤其是在导航方面扮演着重要角色。
同时电子罗盘也广泛的应用在水平孔洞的测量、垂直孔洞的测量、水下探测、建筑物定位、设备维护、仿真系统、教育培训、虚拟现实等方面。
我们国家在数字电子罗盘方面的研究起步比较晚，国内无论是生产罗盘部件还是销售电子罗盘的厂家一般都是作为中介或者代售国外产品，国内九十年代末才开始电子罗盘的研究。
1.2国内外研究现状我们国家有很多研究和生产电子罗盘的公司，Honeywell(霍尼韦尔）公司是最为著名的公司之一，其生产的代表作是磁阻式电子罗盘，另外KVH公司生产的磁通门电子罗盘也是比较出名的。
我们国家在数字式电子罗盘的研究起步比较晚，基本上还没有形成一个完整的体系，很多厂商都是代收国外品牌。
美国目前已经研制开发出地面和空中定位精度达30m、水下定位精度优于500m的地磁导航系统，他们制造的飞航导弹和巡航专用的鱼雷命中率都有很大的提高。
另外，美已经开始用地磁感应信息来研究导弹和核武器实验，并利用E22无人机在空中进行地磁数据测量。
国内在地磁导航的研究就比较落后，虽然说已经开始研究，但是主要还集中在模拟实验和仿真阶段，据了解，某某集团三院将所测得的地磁强度数据用平均绝对差法进行了多种多样的匹配运算，其分辨率能达到50m，另外，某大学的几个教授在这方面的研究也取得了很大的进步，他们利用地磁导航校正惯性导航的仿真实验取得了较高的精度。
其它国内的大部分研究都还在停滞不前，不是仿造就是抄袭，制作电子罗盘仍停留在利用Honeywell公司的磁阻传感器上，对其产生的误差进行智能补偿也要参考大量的外文数据。
因此电子磁罗盘在我们国家内部发展空间还是很大的。
1.3本文内容概述其三利用霍尔元件。
磁通门传感器能够提供低成本、低损耗的探测方法，它由一磁芯环绕着的线圈构成，这种磁芯配备有励磁电路，但是它们整体外形体积比较大、容易破碎、等待的时间比较长。
然而霍尔效应磁传感器就有许多优点，例如：它的体积比较小，重量非常轻，功功率损耗较小，价格也不贵，连接单片机的接口电路也简单易懂，综合评价特别适用于强度很大磁场的测量。
但是，它也有众多缺点，它不够灵敏、产生的噪声较大、温度性能不好等。
虽然有些方面也能用霍尔元件经过聚磁措施或者其他手段制造出的器材来测量地磁，但这样测出的数据偏差比较大，精度不高。
磁阻传感器就具备较完美的特点，他已经做成了标准的集成芯片，并且其衍生物也成了一系列完整的体系。
而用磁阻传感器做成的电子罗盘就避开了磁通门罗盘的不足，具有体积很小、重量轻巧、精确度高、稳定性性强、应答速度快等优点，以后的电子罗盘就朝着这个方向发展了。
本文采用霍尼韦尔 HMC5883L 三轴磁阻传感器作为地磁测量的核心元件展开设计，HMC5883L是通过高度整合、集成的芯片并把它贴装在电路板上的模块，并带有能够检测很弱很弱的磁场的数字接口，在弱磁环境中就可以大显身手了，用其支撑的电子罗盘不但成本低而且和应用领域广泛。
HMC118X 系列磁阻传感器是HMC5883L 最先进的高分辨率磁阻传感器，该系列传感器自身就带有运放电路、自己能快速消除磁场干扰、自主补偿、自助驱动等，能够把精确度准确的控制在1°~2°的范围内。