简易电子罗盘的设计与制作【字数：9411】
摘 要电子罗盘，又称数字电子罗盘。在地磁导航技术不断发展的今天，电子罗盘在生活中往往作为导航仪器或姿态传感器的形式被广泛应用。由于罗盘可以根据地球磁场感应地球的自传，一般的磁性物质对其角度感应几乎没有影响，这使得罗盘自身的指向非常稳定，读取数据也十分的精确。尤其是在高山、密林等遮蔽物较多的地方或偏远地区，电子罗盘的应用极大地方便了人们的日常生活。 本论文目的在于设计一种简单的电子罗盘系统，采用专用的三轴磁场传感器+高速微控制器系统由AVR单片机最小控制电路、LCD1602液晶显示电路和GY-273指南针罗盘模块组成。基本原理是通过ISP接口与PC机连接后，GY-273指南针模块获取位置信息，将信息经过AVR单片机处理后在液晶屏LCD上显示方向和角度，从而实现指向功能。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2研究的意义 1
1.3电磁技术发展现状与发展前景 2
1.4本文研究目标、主要内容和论文结构安排 3
1.5论文的章节结构安排 3
第二章 AVR单片机简介 4
2.1引言 4
2.2 AVR单片机简介 4
2.3 AVR单片机主要特点 4
2.4 AVR单片机最佳的平台选择 4
2.5小结 6
第三章 设计方案与论证 7
3.1控制方案的确定 7
3.2控制方案的选择 7
3.2.1选用AVR单片机作为主控制器 7
3.2.2选用LCD1602显示模块 8
3.2.3选用GY273磁场传感器模块 9
3.2.4 HMC5883L的介绍 10
3.2.5选用HJISP 作为芯片程序烧写软件 10
第四章 系统软件设计介绍 12
4.1程序流程图 12
4.2编程语言选择 13
4.3高级语言集成开发环境CodeVisionAVR 13
4.4 CodeVisionAVR软件编译流程 14
4.5 PCB板图设计 14
4.6小结 15
第五 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
章 简易电子罗盘的检测与实验验证 16
5.1引言 16
5.2电路的焊接与调试 16
5.3系统程序调试 16
5.4实验结果 18
5.5小结 18
结束语 19
致谢 20
参考文献 21
附录A 22
附录B 24
附录C 25
第一章 绪论
1.1引言
电子罗盘，一种新型的数字罗盘，在实际生活运用中，电子罗盘通常被应用于导航仪器或姿态传感器。[1]
数字电子罗盘最初也是从指南针慢慢演进而来的，在公元50年左右，西汉劳动人民便已经发明了指南针司南。但其运用受到诸多限制：在高山、密林和偏远地区，指南针会受到很大的干扰，精度不高，因此不能准确地指示方向。后来由于卫星定位的发展，出现了新一代的GPS卫星定位导航系统，但其精度与准确度在一定情况下也会受到地理位置和环境的影响，GPS信号容易受到阻挡，信号精度降低，会出现GPS设备不能很好地将信号返还到卫星定位系统中的现象[2]。尤其在多山或者植被茂盛的地区这种不确定性会被放大。因此发展新的、不易受干扰的新型定位技术就成了必然趋势。
数字电子罗盘在这种时代背景下就应运而生了，现代科技发展日新月异，数字电子罗盘的发展也需要不断地更新换代以适应大众的需求，这也是科技发展的必然要求。近年来，微器件加工水准不断地提升，工业化生产成本也在呈直线性的下降，磁场传感器的精确度不断在提高，微机械的稳定性也在逐渐地得到增强[5]。因此学界更青睐于研究使用精度高、成本低的磁阻式电子罗盘。与传统的惯导设备相比，数字电子罗盘具有体积小、无累计误差、自动寻北等特点。[3]
在实际实验测量过程中，磁场角度难免会受到诸多其他因素的影响，这样倾角补偿器的运用就显得十分重要[4]。三轴电子罗盘在其内部都加入了倾角传感器，用于补偿磁场传感器自身因受地球磁场引力而产生的误差[5]。因此三维电子罗盘能够克服平面电子罗盘中的限制，这样的话即使罗盘发生倾斜，角度仍然不会发生较大的偏移，误差较小。有的数字电子罗盘为了解决灵敏度温度漂移所带来的问题，也通常在罗盘内部放置温度补偿器，以便达到最大限度地减少倾斜角和减小因指向角的温度偏移而产生的误差。一般的三维电子罗盘由三维磁阻传感器、倾角传感器、显示模块和单片机作为主控制器组成。
本章在基于现有的研究成果上，简单地介绍电子罗盘的起源、发展与演进，国内外发展现状、发展前景。重点在于介绍如何运用单片机系统设计一个简易的电子罗盘及将其应用到实际生活中。
1.2研究的意义
罗盘从中国古代的指南针司南发展到上世纪以及现在的GPS卫星定位到近年来迅速发展的数字电子罗盘，期间也经历了诸多挫折与困难。在古代，传统的司南广泛运用于旅行、军事、导航等方面。指南针是中国的古四大发明之一，是古人在长时间的实践中，对地球上物体磁性研究的产物与智慧的结晶。在秦以前，指南针最早用于祭祀、占卜、推演，充满较多的迷信色彩，与今天的科学基本没有关系。公元1000年左右，中国出去远航的船只开始使用简易的指南针作为船只导航的工具，揭开了人类航海史的新篇章。到了16世纪的时候，欧洲在借鉴中国指南针发明原理的基础上发明了罗盘，与中国传统的指南针司南相比，罗盘的精度更高，稳定性也更好[6]。自此以后极易受地形、温度、环境影响的司南逐渐被新的、更为先进的罗盘所取代。但制作罗盘的基本原理始终是一致的，均是利用地球自身的磁场方向来判定方位。但同时罗盘的类别均属于机械式指针，罗盘上的磁针受可地球磁场的影响而自由地指示方向。因此机械性罗盘自身存在一定的缺陷，机械性罗盘罗盘在可适用性上、便捷性上、灵敏度、精确性方面都容易也容易受到环境的干扰。后来由于卫星技术的发展，出现了GPS定位技术，一直到今天仍在运用，但GPS仍有其自身的局限性。上世纪80年代以后，随着磁感传感器、芯片、化工业的发展，价格低廉、制作方便的磁阻式传感器式电子罗盘逐渐进入大众的视野。
数字电子罗盘的设计可以对GPS卫星定位的不足进行补充，以此来保证卫星定位的准确度。因为数字电子罗盘是根据地球自身的磁场特性来指示方向的，所以数字电子罗盘即使是在卫星信号中断后仍然可以正常地工作。这样所设计出来的电子罗盘就没有了一般的指南针地形特征的短板，可以随时随地的使用。其精确度、灵敏度都要比一般的指南针要好，因此数字电子罗盘的发展很有必要。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2研究的意义 1
1.3电磁技术发展现状与发展前景 2
1.4本文研究目标、主要内容和论文结构安排 3
1.5论文的章节结构安排 3
第二章 AVR单片机简介 4
2.1引言 4
2.2 AVR单片机简介 4
2.3 AVR单片机主要特点 4
2.4 AVR单片机最佳的平台选择 4
2.5小结 6
第三章 设计方案与论证 7
3.1控制方案的确定 7
3.2控制方案的选择 7
3.2.1选用AVR单片机作为主控制器 7
3.2.2选用LCD1602显示模块 8
3.2.3选用GY273磁场传感器模块 9
3.2.4 HMC5883L的介绍 10
3.2.5选用HJISP 作为芯片程序烧写软件 10
第四章 系统软件设计介绍 12
4.1程序流程图 12
4.2编程语言选择 13
4.3高级语言集成开发环境CodeVisionAVR 13
4.4 CodeVisionAVR软件编译流程 14
4.5 PCB板图设计 14
4.6小结 15
第五 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
章 简易电子罗盘的检测与实验验证 16
5.1引言 16
5.2电路的焊接与调试 16
5.3系统程序调试 16
5.4实验结果 18
5.5小结 18
结束语 19
致谢 20
参考文献 21
附录A 22
附录B 24
附录C 25
第一章 绪论
1.1引言
电子罗盘，一种新型的数字罗盘，在实际生活运用中，电子罗盘通常被应用于导航仪器或姿态传感器。[1]
数字电子罗盘最初也是从指南针慢慢演进而来的，在公元50年左右，西汉劳动人民便已经发明了指南针司南。但其运用受到诸多限制：在高山、密林和偏远地区，指南针会受到很大的干扰，精度不高，因此不能准确地指示方向。后来由于卫星定位的发展，出现了新一代的GPS卫星定位导航系统，但其精度与准确度在一定情况下也会受到地理位置和环境的影响，GPS信号容易受到阻挡，信号精度降低，会出现GPS设备不能很好地将信号返还到卫星定位系统中的现象[2]。尤其在多山或者植被茂盛的地区这种不确定性会被放大。因此发展新的、不易受干扰的新型定位技术就成了必然趋势。
数字电子罗盘在这种时代背景下就应运而生了，现代科技发展日新月异，数字电子罗盘的发展也需要不断地更新换代以适应大众的需求，这也是科技发展的必然要求。近年来，微器件加工水准不断地提升，工业化生产成本也在呈直线性的下降，磁场传感器的精确度不断在提高，微机械的稳定性也在逐渐地得到增强[5]。因此学界更青睐于研究使用精度高、成本低的磁阻式电子罗盘。与传统的惯导设备相比，数字电子罗盘具有体积小、无累计误差、自动寻北等特点。[3]
在实际实验测量过程中，磁场角度难免会受到诸多其他因素的影响，这样倾角补偿器的运用就显得十分重要[4]。三轴电子罗盘在其内部都加入了倾角传感器，用于补偿磁场传感器自身因受地球磁场引力而产生的误差[5]。因此三维电子罗盘能够克服平面电子罗盘中的限制，这样的话即使罗盘发生倾斜，角度仍然不会发生较大的偏移，误差较小。有的数字电子罗盘为了解决灵敏度温度漂移所带来的问题，也通常在罗盘内部放置温度补偿器，以便达到最大限度地减少倾斜角和减小因指向角的温度偏移而产生的误差。一般的三维电子罗盘由三维磁阻传感器、倾角传感器、显示模块和单片机作为主控制器组成。
本章在基于现有的研究成果上，简单地介绍电子罗盘的起源、发展与演进，国内外发展现状、发展前景。重点在于介绍如何运用单片机系统设计一个简易的电子罗盘及将其应用到实际生活中。
1.2研究的意义
罗盘从中国古代的指南针司南发展到上世纪以及现在的GPS卫星定位到近年来迅速发展的数字电子罗盘，期间也经历了诸多挫折与困难。在古代，传统的司南广泛运用于旅行、军事、导航等方面。指南针是中国的古四大发明之一，是古人在长时间的实践中，对地球上物体磁性研究的产物与智慧的结晶。在秦以前，指南针最早用于祭祀、占卜、推演，充满较多的迷信色彩，与今天的科学基本没有关系。公元1000年左右，中国出去远航的船只开始使用简易的指南针作为船只导航的工具，揭开了人类航海史的新篇章。到了16世纪的时候，欧洲在借鉴中国指南针发明原理的基础上发明了罗盘，与中国传统的指南针司南相比，罗盘的精度更高，稳定性也更好[6]。自此以后极易受地形、温度、环境影响的司南逐渐被新的、更为先进的罗盘所取代。但制作罗盘的基本原理始终是一致的，均是利用地球自身的磁场方向来判定方位。但同时罗盘的类别均属于机械式指针，罗盘上的磁针受可地球磁场的影响而自由地指示方向。因此机械性罗盘自身存在一定的缺陷，机械性罗盘罗盘在可适用性上、便捷性上、灵敏度、精确性方面都容易也容易受到环境的干扰。后来由于卫星技术的发展，出现了GPS定位技术，一直到今天仍在运用，但GPS仍有其自身的局限性。上世纪80年代以后，随着磁感传感器、芯片、化工业的发展，价格低廉、制作方便的磁阻式传感器式电子罗盘逐渐进入大众的视野。
数字电子罗盘的设计可以对GPS卫星定位的不足进行补充，以此来保证卫星定位的准确度。因为数字电子罗盘是根据地球自身的磁场特性来指示方向的，所以数字电子罗盘即使是在卫星信号中断后仍然可以正常地工作。这样所设计出来的电子罗盘就没有了一般的指南针地形特征的短板，可以随时随地的使用。其精确度、灵敏度都要比一般的指南针要好，因此数字电子罗盘的发展很有必要。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/817.html
