新型实用的电子磁罗盘设计.pdf

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1、２００８年６月西安电子科技大学学报（自然科学版）Ｊｕｎ．２００８第３５卷第３期犑犗犝犚犖犃犔犗犉犡犐犇犐犃犖犝犖犐犞犈犚犛犐犜犢Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．３新型实用的电子磁罗盘设计马万明１，李存志１，林晓春２，郭艳艳１（１．西安电子科技大学理学院，陕西西安７１００７１；２．西安电子科技大学技术物理学院，陕西西安７１００７１）摘要：为提高罗盘精度，降低成本，携带方便，设计了一种新型实用的电子磁罗盘．当磁性材料趋于磁饱和后，电感自感系数与磁场强度成反比，在ＲＬ振荡电路中，振荡频率与自感系数成反比，所以振荡频率与磁场强度成正比．根据单片机测出ＲＬ振荡电路的频率，确定磁方位角．在液晶屏幕上显示实际测量角度

2、值．用ＲＬ振荡电路正反充放电的方法消除了仪器本身引起的误差，并且用软件校正各种外界因素引起的误差．该罗盘用数字信号处理技术，抗干扰能力强，精度高，可靠性好．实际测试结果表明该仪器测量的数据误差小于１°，满足了实际应用的要求．关键词：地磁场；电子磁罗盘；单片机；磁传感器；振荡频率中图分类号：ＴＭ９３０．１２＋５文献标识码：Ａ文章编号：１００１２４００（２００８）０３０４９５０４犇犲狊犻犵狀狅犳狋犺犲狀犲狑犲犾犲犮狋狉狅狀犻犮犿犪犵狀犲狋犻犮犮狅犿狆犪狊狊１，犔犐犆狌狀狕犺犻１，犔犐犖犡犻犪狅犮犺狌狀２，犌犝犗犢犪狀狔犪狀１犕犃犠犪狀犿犻狀犵（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，

3、ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖ．，Ｘｉ′ａｎ７１００７１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ，ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖ．，Ｘｉ′ａｎ７１００７１，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅａｕｔｈｏｒｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｅｗｋｉｎｄｏｆｃｏｍｐａｓｓｗｈｉｃｈｈａｓｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｇｒｅａｔｅｒａｃｃｕｒａｃｙ，ｌｏｗｃｏｓｔａｎｄｇｒｅａｔｅｒｐｏｒｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｗｈｅｎｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｇｅｔｓｓａｔｕｒａｔｅｄ，ｔｈｅｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ’ｓｓｅｌｆｉｎｄｕｃｅｄｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｓｉｎｖｅｒｓｅｌｙｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｔｏｔｈ

4、ｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ’ｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｗｈｉｃｈｉｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｔｏｔｈｅｓｕｒｇｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｎＲＬｓｕｒｇｅｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｃｉｒｃｕｉｔｓ．ＴｈｅｍａｇｎｅｔｉｃａｚｉｍｕｔｈａｎｇｌｅｗｈｉｃｈｉｓｄｉｓｐｌａｙｅｄｏｎｔｈｅＬＣＤｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅＲＬｓｕｒｇｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｓｄｅｔｅｃｔｅｄｂｙＭＣＵ．Ｔｈｅｅｒｒｏｒｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅａｐｐａｒａｔｕｓｉｔｓｅｌｆａｒｅｍｏｄｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｐｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｉｎｖｅｒｓｅｃｈａｒｇｉｎｇａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇｏｆ

5、ＲＬｃｉｒｃｕｉｔｓ，ａｎｄｔｈｏｓｅｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅａｒｅｍｏｄｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｉｓｃｏｍｐａｓｓａｄｏｐｔｓｄｉｇｉｔａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ａｎｄｉｔｉｓａｎｔｉｊａｍｍｉｎｇ，ｐｒｅｃｉｓｅ，ｄｅｐｅｎｄａｂｌｅ，ａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｅ．Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｈａｖｅｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｓｓｃａｎｒｅａｃｈａｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ．Ｔｈｅｅｒｒｏｒｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ１ｄｅｇｒｅｅ．Ｔｈｕｓｉｔｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆａｃｔｕａｌａｐｐｌｉｃ

6、ａｔｉｏｎ．犓犲狔犠狅狉犱狊：ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｓｓ；ＭＣＵ；ＰＮＩ；ｓｕｒｇｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ磁罗盘是导航系统中必不可少的重要组成部分，电子磁罗盘是利用地磁场来实现定向功能的装置．电子磁罗盘与传统的自主惯性导航设备相比，具有体积小、成本低、无累计误差、能够自动寻北等特点．电子磁罗盘与常规的指针型罗盘相比，具有一些突出的优点，如抗冲击性、抗震性，能够对杂散磁场进行补偿，输出电信号，可方便地与其他电子设备组成应用系统．传统罗盘用的是一种集成芯片或别的器件搭建的电路，这种方法价格比较贵，测量的是电信号，要用到很多校正处理电路，电路非常复

7、杂，用的模拟信号处理技术，抗干扰能力弱．笔者设计了一个新型电子磁罗盘，其基本构架为两个磁传感器（ＰＮＩ），一个８９Ｃ５１单片机和相［１］应处理电路，采用所设计的电路用测电感频率的办法可测出磁方位角．采用硬件和软件相结合测量角度大小和处理误差，硬件电路简单，软件校正精确度高，处理起来也非常容易．比起传统罗盘，所设计的系统采用数字信号处理技术，其抗干扰能力强，精度高，可靠性好，并降低了成本．收稿日期：２００７１０１６作者