磁导航传感器的设计与实验研究

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1、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringDesignandExperimentalStudyofMagneticNavigationSensorAThesisinMeasurementandTestingTechnology&InstrumentsbyWangHuiAdvisedbyProf.ZhiweiXuSubmittedinPartialFulfillmentofth

2、eRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018南京航空航天大学硕士学位论文摘要近年来，随着材料、微电子、计算机等学科和技术的发展，导航技术被广泛地应用到各类自动化设备中，磁导航技术是应用最为广泛的一种导航技术。在经历多年发展后，磁导航技术趋于成熟，但市场上性能优良的磁导航技术产品大多来自国外，成本相对较高。本文设计了基于线性霍尔元件与单片机的自动导引车通用磁导航传感器。首先利用等效磁荷法建立了橡胶磁条的磁场强度模型，分析磁场分布特征。根据磁场强度分

3、布规律，提出霍尔元件阵列设计方案。针对系统设计，提出一种系统偏移算法，智能输出系统当前偏移距离。其次，进行磁导航传感器的硬件原理图设计以及通过AltiumDesigner软件进行PCB设计。然后，进行了系统软件设计，主要包括数据采集、数据处理和数据输出等程序。通过软件模拟设计了SPI接口，又集成CAN、RS232等接口，使磁导航传感器能以多种接口输出。进一步，提出一种系统改进方案，通过磁场模型、霍尔元件的转换公式以及数据拟合的方案建立霍尔元件的输出模型，对现有系统输出进行修正。最后，将磁导航传感器应用在智能小车上

4、，通过实验不仅验证了传感器的准确性，而且还对传感器基本参数进行了标定。本文根据霍尔元件分布提出系统导航方案，单片机智能输出系统偏差。通过绘制硬件电路板有效降低了电磁干扰，提高了系统可靠性。系统在利用软件模拟SPI接口的同时又集成了其他传输接口，使系统具有较强的通用性。提出了一种提高系统精度的方案。实验表明，本磁导航传感器可为自动导引小车提供精确的位置信号，准确性高。关键词：磁导航，霍尔元件，单片机，自动导引车，串行外设接口本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。I磁导航传感器的设计与实验研究ABSTRAC

5、TInrecentyears,withthedevelopmentofmaterials,microelectronics,computersandotherdisciplinesandtechnology,navigationtechnologyhasbeenmoreandmorewidelyappliedtovariouskindsofautomationequipment.Thenavigationmodeisoneofthemostimportantnavigationmodes.Aftermanyyea

6、rsofdevelopment,thetechnologyofmagneticnavigationisbecomingmature,butmostoftheproductswithexcellentperformanceonthemarketaremostlyfromabroadandthecostisrelativelyhigh.Ageneralmagneticnavigationsensorbasedonlinearhallelementandsinglechipmicrocomputerisdesigned

7、inthispaper.First,themagneticfieldintensitymodeloftherubberstripisestablishedbytheequivalentmagneticchargemethod,andthemagneticfielddistributioncharacteristicsofthemagneticstripareanalyzed.Accordingtothedistributionlawofmagneticfieldintensity,thedistributions

8、chemeofhallelementisproposed.Inviewofthesystemdesign,asystemmigrationalgorithmisproposed,andthecurrentoffsetdistanceofthesystemisintelligentlyoutput,thusimprovingtheapplicationrangeofthes