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(多图) 基于KMZ52的电子指南针设计

来源:电子产品世界 / 天津大学 电气与自动化工程学院 刘素 刘鲁源 韩尧松?? 2005年12月03日 ?? 收藏0

?????? 引?? 言

?????? 指南针是重要的导航工具,在很多领域都有广泛的应用。电子指南针将替代罗盘指南针,因为它全部采用固态元件,而且可以方便的和其他电子系统连接。电子指南针系统中磁场传感器的磁阻(MR)技术是最佳的解决方法,它比磁通量闸门传感器和霍尔元件都更先进。KMZ52芯片就运用磁阻技术,而且还具有体积小、精度高、稳定性好、价格低等特点,是理想的导航元件。但是地球磁场和电子指南针本身的特点,在测量磁场时会有些偏差,所以要进行传感器偏差补偿、干涉磁场校正、正北校正、倾斜校正等,才能得到正确的结果。文中利用KMZ52芯片设计实现了电子指南针,给出了电子指南针的电路原理图,利用了闭环负反馈原理进行偏差补偿。

?????? 指南针

?????? 图1是地球某一点的地球磁场向量He的三维图(其中,x和y轴与地球表面平行, z轴垂直指向下)。指南针的基本任务就是测量磁场北极(图中的Heh,即地球磁场的水平分量)与前进方向的夹角(方位角α),由图1可知:

地球磁场向量

????????????????????????????????????????????????? 图1 地球磁场向量

?????? 图1中,α是从磁场的北极顺时针计算的(如,东是90o,西是270o);磁倾角δ是地球磁场向量与水平面的夹角(赤道处为零,极点处达到±90 o);磁偏角λ是地理北极与磁场北极间的夹角(它与地球的实际位置有关)。

?????? 电子指南针电路

??????
经改进的电子指南针的结构原理图如图2所示,主要分为四个部分,即磁场传感器(模块1)、信号调节单元(模块2、3、4、5、6、7、8)、方向定位单元(模块9)和显示界面(模块10)。


?????? 模块1是采用磁阻技术的二维磁场传感器KMZ52,用于测量地球磁场两个水平分量Hex和Hey的大小,它集成了两个补偿线圈和两个翻转线圈;模块2的两路输入连接模块1的两路输出,用于放大传感器输出的微弱信号;模块5是用4011B实现的方波产生电路,信号输出同时与模块3和模块6连接,使两个模块同步工作;接入模块3的方波信号用来控制MAX392模拟开关,使模块3的放大倍数在1和-1之间变化,实现了图3(c)所示的信号翻转;接入模块6的方波信号通过达林顿管,产生快速电流脉冲,来激励模块1中的两个翻转线圈;模块4利用闭环负反馈技术实现补偿电路,连接KMZ52的两个补偿线圈;模块7是参考电压(5V)产生电路;输出信号Vx和Vy通过模块8的A/D转换器转换成数字信号;再通过模块9的ARM芯片,计算方位角α;最后通过模块10的显示界面,显示方位信息。

电子指南针电路图

点击看原图

?????????????????????????????????????????????????? 图2 电子指南针电路图


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