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1、衡 阳 师 范 学 院 第 十 七 届 大 学 生 科 技 创 新 参 赛 作 品1 简易电子指南针的制作摘 要： 电子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。系统核心技术是由单片机通过 HMC5883磁场传感器（ 3轴罗盘）检测环境中得磁场强度的数据对身处磁场进行判断，与程序设定的数据进行角度换算，通过磁场变化来测量所处方向的偏差，实现对指南针的判别方向功能，达到简化电子指南针系统的目的。它采用磁场传感器的磁阻（ AMR）技术。功能完善，测量准确度高，
2、本次系统所采用的磁阻为 HMC5883L系列磁阻传感器， 具有较高水平的测量精度并自带有自动消磁、偏差校准等功能，提高精确度的同时，也大幅度减少设计系统的外围电路与整体体积。功能拓展实用性强，本系统所拓展的功能为前进方向锁定功能。能够为使用者使用时，提供大大的便捷性，减少旧时指南针在使用时，不能兼顾前进的弊端。关键词： 电子指南针； HMC5883； AMR 引 言指南针起源于我国古代四大发明之一的“司南”，发展到现代的机械指针式指南针，是非常重要的导航工具。随着电子技术的飞速发展，特别是在磁感应传感器和专用芯片上的发展是指南针的基本实现原理有了质的飞跃，不再采用机械的结构，而是采用了磁传感器
3、和专用处理器对进行测量和处理然后指示方向。与传统机械式指南针相比，电子指南针在灵敏度和精确度都远远胜于前者，也不会因为机械磨损而简短寿命。另外，电子指南针更具人性化，增加了许多功能，十分实用。电子指南针系统是一个典型的单片机系统，了解其工作原理及其信号处理流程有利于研究更加复杂的嵌入式系统，特别是系统中的磁传感器及其信号的采集芯片更是有利于研究衡 阳 师 范 学 院 第 十 七 届 大 学 生 科 技 创 新 参 赛 作 品2 磁场传感器的实现机理，以便将其更加广泛的应用。1. 主要模块的原理及特点1.1 AMR磁阻材料的主要原理及特点AMR磁阻材料的特点是电阻会随磁感应强度的变化而变化， 使
4、用磁阻材料能构成一个电桥，测量电桥的两节点的电压，就可以测出单一方向的磁感应强度。同理，放置两个相互垂直的电桥，就可以测得磁场的方向。电子罗盘是三轴，结合重力（加速度）传感器，就可以在三维空间内测算出磁场的方向了1.2 HMC5883L模块的主要功能及特点霍尼韦尔 HMC5883L是一种表面贴装的高集成模块，并带有数字接口的弱磁 传感器芯片，应用于低成本罗盘和磁场检测领域。 HMC5883L 包括最先进的高分辨率 HMC118X系列磁阻传感器， 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、能使罗盘精度控制在 1 2的 12位模数转换器。 HMC5883L 采用霍尼韦尔各向
5、异性磁阻 (AMR)技术，该技术的优点是其他磁传感器技术所无法企及。这些各向 异性传感器具有在轴向高灵敏度和线性高精度的特点 . 所应用领域有手机、笔记本 电脑、消费类电子、汽车导航系统和个人导航系统。HMC5883L 模块电路图衡 阳 师 范 学 院 第 十 七 届 大 学 生 科 技 创 新 参 赛 作 品3 1.3 STC89C52RC单片机的功能及其特点STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速 / 低功耗 / 超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统 8051单片机， 12时钟 / 机器周期和 6时钟 / 机器周期可以任意选择。单片机又称单片微控制器，是在一块芯片中集成了
6、CPU（中央处理器）、 RAM（数据存储器）、 ROM（程序存储器）、定时器 / 计数器和多种功能的 I/O （输入 / 输出）接口等一台计算机所需要的基本功能部件，从而可以完成复杂的运算、逻辑控制、通信等功能。用 51系列单片机的优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器，它能进行位操作。它不仅能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备。使用起来得心应手。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见。而实施这一处理，只需用一条位操作指令即可。 51系列的 I/O 脚的
7、设置和使用也非常简单，当引脚为低电平时，吸入电流可达 20mA，具有一定的驱动能力。2. 简易电子指南针的核心技术这是“基于单片机的电子指南针的设计”，系统以 STC89C52单片机为控制核心，操纵磁场传感器检测所处环境的磁场。系统核心技术是由单片机通过 HMC5883磁场传感器（ 3轴罗盘）检测环境中得磁场强度的数据对身处磁场进行判断，与程序设定的数据进行角度换算，通过磁场变化来测量所处方向的偏差，实现对指南针的判别方向功能，达到衡 阳 师 范 学 院 第 十 七 届 大 学 生 科 技 创 新 参 赛 作 品4 简化电子指南针系统的目的。3. 实物效果展示简易电子指南针实物展示4. 总结本
8、设计采用简单的设计思路，基于 AMR磁阻材料、 HMC5883L、 STC89C52RC单片机的独特原理及特点，将之结合应用于电器总控制使用，这充分利用这 3种模块的优点并较好联系在一起，形成一种体积小、易于操作、成本较低和简易电子指南针。并具有功能完善，测量准确度高的特点，本次系统所采用的磁阻为 HMC118X系列磁阻传感器 HMC5883L，具有较高水平的测量精度并自带有自动消磁、偏差校准等功能，提高精确度的同时，也大幅度减少设计系统的外围电路与整体体积。功能拓展实用性强，本系统所拓展的功能为前进方向锁定功能。衡 阳 师 范 学 院 第 十 七 届 大 学 生 科 技 创 新 参 赛 作 品5 参考文献：1 姜立中 . 电子罗盘 J. 电子世界 , 1999, (06) . 2 赵毅强 , 管大年 , 陈豪敏 . 电子罗盘在精确定位平台中的应用 J. 传感技术学报 , 2005, 3 邱丹 , 黄圣国 . 电子罗盘在航向系统的应用 J. 江苏航空 , 2006, (02) . 4 黄志伟编著 . 全国大学生电子设计竞赛系统设计 M. 北京 : 北京航空航天大学出版社 , 2006. 5 康华光 . 电子技术基础模拟部分 M. 第五版 : 高等教育出版社 , 2006.
