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1、精品资料推荐摘要指南针是一种重要的导航工具，可应用在多种场合中。电子指南针内部结构固定，没有移动部分，可以简单地和其它电子系统接口，因此可代替旧的磁指南针。并以精度高、稳定性好等特点得到了广泛运用。本文介绍了目前用于定位系统中的电子指南针的工作原理，详细论述了磁场传感器芯片KMZ52的工作原理，给出了用KMZ52磁场传感器设计电子指南针的总体设计方案和电路，同时给出了设计中的一些特殊处理方法。Philips公司生产的半导体器件KMZ52是一种专门用于电子指南针的二维磁场传感器。它采用磁场传感器的磁阻（MR）技术，并用翻转技术消除信号偏移，而用电磁反馈技术来消除温度的敏感漂移。由于外界存在干扰，
2、该系统集成了几种特殊的抗干扰技术来提高系统精度。关键词：电子指南针；磁场传感器；KMZ52A compass is an important tool for navigation application on many occasions. Electronic compass internal structure, with no moving parts, can simply and other electronic system interface, so you can replace the old magnetic compass. And with high accuracy
3、, good stability etc widely used.The paper introduces the positioning system for electronic compass work principle, the magnetic field sensors are discussed in detail KMZ52 chips working principle, and gives KMZ52 magnetic field sensors in the design of electronic compass overall design scheme and c
4、ircuit design, and presents some special treatment. Philips company production of semiconductor devices KMZ52 is a kind of special used in electronic compass 2d magnetic field sensors. It adopts magnetic sensor magnetoresistance (MR) technology, and reverse technique, and elimination of electromagne
5、tic signal migration technology to eliminate the feedback is sensitive to temperature drift. Due to external disturbance, the existing system integration of several special anti-interference techniques to improve the system precision.Keywords: electronic compass, The magnetic field sensors, KMZ52目录摘
6、要1目录2一 方案的论证与比较3方案一：利用一维磁阻微电路芯片HMC1052感应磁场3方案二：使用霍尼韦尔HMC1022 各向异性磁阻传感电路4方案三：采用Philips公司生产的KMZ52感应磁场5二 相关物理量介绍61.磁场62.磁感应强度73.磁通量74.磁场方向75.磁感线76.地磁场8三 电子指南针系统设计101.系统工作原理与总体方案102.硬件设计12（1）KMZ52型号处理系统12（2）单片机控制系统133.数值处理144.干扰校正15（1）偏差补偿及校正15（2）干涉磁场校正165.软件设计18（1）数据格式和命令字18（2）编程实例19四 结束语22五 参考文献23一 传感
7、器方案的论证与比较方案一：利用一维磁阻微电路芯片HMC1052感应磁场HMCI052是一个双轴线性磁传感器，象其它HMC10XX系列传感器，每个传感器都有一个由磁阻薄膜合金组成的惠斯通桥。当桥路加上供电电压，传感器将磁场强度转化为电压输出，包括环境磁场和测量磁场。HMC1052包含两个敏感元件,它们的敏感轴互相垂直。敏感元件A 和B,共存于单硅芯片中，完全正交，且参数匹配。HMC1052 的尺寸小，低工作电压，而且消除了两个敏感元件引起的非正交误差。除了惠斯通电桥，HMCI052有两个位于芯片上的磁耦合带；偏置带和置位/ 复位带。敏感元件A和B,都有这两个带。置位/ 复位带，用于确保精度。偏置
8、带，用于校正传感器，或偏置任何不想要的磁场。在标准的 10 针外形(MSOP)中，两个敏感元件可以独立上电，用于减少功耗。然而，却不能使用偏置带。若需要偏置带，可以用另一种封装的HMCI052.方案二：使用霍尼韦尔HMC1022 各向异性磁阻传感电路可实现小型和低成本罗盘电路设计。该参考设计结构是针对那些希望采用现成的模拟和数字元件就能取得主要的罗盘功能的产品开发者设计的。一个罗盘线路在与一个包括有双模拟数字转换器（ADC）输入装置的微控制器结合后，可以与HMC 1052双轴传感器、低压双运算放大器以及少量常用的离散元件组装在一起。虽然这不是一个完全的三轴倾斜补偿的罗盘设计结构，该参考设计可以
9、用于各种电平平台或用户的校平系统，如手表等。方案三：采用Philips公司生产的KMZ52感应磁场KMZ52是Philips公司生产的一种磁阻传感器，是利用坡莫合金薄片的磁阻效应测量磁场的高灵敏度磁阻传感器。该磁阻传感器内置两个正交磁敏电阻桥、完整的补偿线圈和设置复位线圈。补偿线圈的输出与当前测量结果形成闭环反馈，使传感器的灵敏度不受地域限制。这种磁阻传感器主要应用于导航、通用地磁测量和交通检测。 该磁阻传感器在金属铝的表面沉积了一定厚度的高磁导率的坡莫合金，在翻转线圈和外界磁场两个力的作用下，电子改变运动方向，使得磁敏电阻的阻值发生变化。同时KMZ52的斑马条电阻成45放置，这使得电子在正反
10、向磁场力作用下有较好的对称性。由于加入了翻转磁场，KMZ52的变化曲线与普通的磁敏电阻不同，更加线性化。KMZ52磁阻传感器的核心部分是惠斯通电桥，是由4个磁敏感元件组成的磁阻桥臂。磁敏感元件由长而薄的坡莫合金薄膜制成。在外加磁场的作用下，磁阻的变化引起输出电压的变化。综上所述，我们选择方案三。二 相关物理量介绍1.磁场磁场是一种看不见，而又摸不着的特殊物质。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或变化电场产生的。磁场的基本特征是能对其中的
11、运动电荷施加作用力，磁场对电流、对磁体的作用力或力距皆源于此。而现代理论则说明，磁力是电场力的相对论效应。 与电场相仿，磁场是在一定空间区域内连续分布的矢量场，描述磁场的基本物理量是磁感应强度矢量B ，也可以用磁感线形象地图示。然而，作为一个矢量场，磁场的性质与电场颇为不同。运动电荷或变化电场产生的磁场，或两者之和的总磁场，都是无源有旋的矢量场，磁力线是闭合的曲线族，不中断，不交叉。换言之，在磁场中不存在发出磁力线的源头，也不存在会聚磁力线的尾闾，磁力线闭合表明沿磁力线的环路积分不为零，即磁场是有旋场而不是势场（保守场），不存在类似于电势那样的标量函数。2.磁感应强度与磁力线方向垂直的单位面积
12、上所通过的磁力线数目，又叫磁力线的密度，也叫磁通密度，用B表示，单位为特（斯拉）T。3.磁通量磁通量是通过某一截面积的磁力线总数，用表示，单位为韦伯（Weber），符号是Wb。 通过一线圈的磁通的表达式为：=BS（其中B为磁感应强度，S为该线圈的面积。） 1Wb=1Tm24.磁场方向规定小磁针的北极在磁场中某点所受磁场力的方向为该电磁场的方向。从北极出发到南极的方向，在磁体内部是由南极到北极，在外可表现为磁感线的切线方向或放入磁场的小磁针在静止时北极所指的方向!磁场的南北极与地理的南北极正好相反，且一端的两种极之间存在一个偏角，称为磁偏角！磁偏角不断地发生缓慢变化！掌握磁偏角的变化对于应用指南
13、针指向具有重要意义！5.磁感线在磁场中画一些曲线，使曲线上任何一点的切线方向都跟这一点的磁场方向相同，这些曲线叫磁力线。磁力线是闭合曲线。规定小磁针的北极所指的方向为磁力线的方向。磁铁周围的磁力线都是从N极出来进入S极，在磁体内部磁力线从S极到N极。电磁场是电磁作用的媒递物，是统一的整体，电场和磁场是它紧密联系、相互依存的两个侧面，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，变化的电磁场以波动形式在空间传播。电磁波以有限的速度传播，具有可交换的能量和动量，电磁波与实物的相互作用，电磁波与粒子的相互转化等等，都证明电磁场是客观存在的物质，它的“特殊”只在于没有静质量。磁现象是最早被人类认识的物理现象
14、之一，指南针是中国古代一大发明。磁场是广泛存在的，地球，恒星(如太阳)，星系（如银河系），行星、卫星，以及星际空间和星系际空间，都存在着磁场。为了认识和解释其中的许多物理现象和过程，必须考虑磁场这一重要因素。在现代科学技术和人类生活中，处处可遇到磁场，发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机以至加速器、热核聚变装置、电磁测量仪表等无不与磁现象有关。甚至在人体内，伴随着生命活动，一些组织和器官内也会产生微弱的磁场。地球的磁级与地理的两极相反。安培力：（左手定则）F=BIL*Sin洛伦兹力：（左手定则）【微观上】F=qvBSin 6.地磁场地磁场（geomagnetic field）是从地心至磁
15、层顶的空间范围内的磁场。地磁学的主要研究对象。人类对于地磁场存在的早期认识，来源于天然磁石和磁针的指极性。地磁的北磁极在地理的南极附近；地磁的南磁极在地理的北极附近。磁针的指极性是由于地球的北磁极（磁性为S极）吸引着磁针的N极，地球的南磁极（磁性为S极）吸引着磁针的N极。这个解释最初是英国W.吉伯于1600年提出的。吉伯所作出的地磁场来源于地球本体的假定是正确的。这已为1839年德国数学家C.F.高斯首次运用球谐函数分析法所证实。 地磁的磁感线和地理的经线是不平行的，它们之间的夹角叫做磁偏角。中国古代的著名科学家沈括是第一个注意到磁偏角现象的科学家。地磁场是一个向量场。描述空间某一点地磁场的强度和方向，需要3个独立的地磁要素。常用的地磁要素有7个，即地磁场总强度F，水平强度H，垂直强度Z，X和Y分别为H的北向和东向分量，D和I分别为磁偏角和磁倾角。其中以磁偏角的观测历史为最早。在现代的地磁场观测中，地磁台一般只记录H，D，Z或X，Y，Z。 近地空间的地磁场，像一个均匀磁化球体的磁场，其强度在地面两极附近还不到1高斯，所以地磁场是非常弱的磁场。地磁场强度的单位过去通常采用伽马（），即1纳特斯拉。1960年决定采用特斯拉作为国际测磁单位，1高斯10(-4)特
