电子指南针制作图文精Word文档格式.docx
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后来又发现了磁石的指向性。
经过多方的实验和研究,终于发明了可以实用的指南针。
2、磁偏角与磁倾角
现在人们已经知道,地球的两个磁极和地理的南北极只是接近,并不重合。
磁针指向的是地球磁极而不是地理的南北极,这样磁针指的就不是正南、正北方向而略有偏差,这个角度就叫磁偏角。
又因为地球近似球形,所以磁针指向磁极时必向下倾斜,和水平方向有一个夹角,这个夹角称为磁倾角。
不同地点的磁偏角和磁倾角都不相同。
磁偏角和磁倾角的发现使指南针的指向更加准确。
图1.地球磁场示意图
3、罗盘定位
要确定方向除了指南针之外,还需要有方位盘相配合。
最初使用指南针时,可能没有固定的方位盘,随着测方位的需要,出现了磁针和方位盘一体的罗盘
4、电子指南针
指南针是一个重要的导航工具,甚至在GPS中也会用到。
电子指南针将替代旧的针式指南针或罗盘指南针,因为电子指南针全采用固态的元件,还可以简单地和其他电子系统接口。
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,和现在很多电子指南针还在使用的磁通量闸门传感器相比较,MR技术不需要绕线圈而且可以用IC生产过程(IC-likeprocess生产,是一个更值得使用的解决方案。
由于MR有高灵敏度,它甚至比这个应用范围中的霍尔元件更好。
磁传感器与其驱动器
1美国PNI磁通传感器
SEN-S65
图2SEN-S65
线圈电压:
2.0V
线圈击穿电压:
200V
最大承受电流:
50A
工作温度:
-55℃~140℃
。
提供全套解决方案
高灵敏度:
150微高斯
宽量程:
+/-11高斯
低功耗(电池供电:
3VDC,〈500μA或5VDC
线性度:
0.6%
工作频率:
175kHz
DRDY设置数据等待时间:
20-50mS(低电平到高电平
体积小:
6.3x2.3x2.2mm
使用简单:
两个传感器垂直放置并配合集成放大驱动ICPNI-11096使用(输出数字信号,SPI接口,单片机直接采集处理成角度即可
高精度:
2度
抗硬磁和软磁干扰能力比其他同类产品强
周边电路只需要5颗电阻和一颗电容,成本可忽略不计,故总成本比同类产品低
无需标定
受温湿度影响极小
典型应用:
电子指南针及需要二维定位的场合
2美国PNI专用驱动
IC11096
图3PNI专用驱动IC
1低电流
﹤500Ua在3VCD
﹤1Ua游态模式
2完备的3轴磁式感应驾驶器
3超低的冲模磁信号
4高灵敏电压2.2到5.0V
5快速样品抽查率:
每秒达到2000个样品
6广泛的动力范围:
96db(3比特附加所需缩放比例
7全数字接口。
SPI协议
PNI11096系列是在PNI公司的磁通传感器的基础上研制出的一种低磁测量应用专项集成电路。
PNI11096可以控制和测量3个分立的磁通传感器。
每个传感器是独立有选择地进行测量,而且有独立的组配测量方案。
PNI11096具备高判断模式和测试振荡电路和计数电路的输出显示。
PNI11096覆盖了整个电路的测量,其中包括模拟和数字方块。
每个传感器都会在其相应平行的磁场内进行实际的感应系数变化。
为了进行测量,传感器必须连接到LR振荡电路上。
由PNI公司研制的双极微测量方案可以在固定温度下独立完成磁场测量。
它同时具有把测量范围变换到0中心和正负值的优点。
主要特点
﹤500Ua在3VCD
应用范围
1指南针
2磁力计
3磁目标感应器
4磁印刷感应器
测量原理
1原理
由两个相互垂直的磁感应传感器分别测出X方向和Y方向的磁场强度,X方向和Y方向的矢量和就为偏移的方向。
偏移的角度可由以下公式算出:
ANGLE=ARCTAN(Y/X
在其它象限方法类似。
当某个轴的磁感应传感器平行于地磁场方向并且与其同向,该轴测量出来的值是最大的,而另外一个垂直于地磁场方向的轴的值达到零(两个传感器绝对垂直的情况下。
而当某个轴的磁感应传感器平行于地磁场方向并且与其反向,该轴测量出来的值是最小的,而另外一个垂直于地磁场方向
的轴的值达到零。
图4测量示意图
磁感应传感器用的是上面提到的PNI公司的PNISENR65磁感应传感器,驱动芯片用的是PNI公司的PNI11096,PNI11096可以测3个方向的磁场强度,X,Y和Z方向。
但系统并不需要3个方向,所以模块只做了X和Y方向的测量。
这个传感器模块跟超声波传感器模块一样,要插在MSP430F1232小系统上才能工作,对外用485通信,这个传感器模块与MSP430F1232小系统之间通过SPI总线来通信。
焊接时,两个磁感应传感器要尽量垂直,但是并不能做到绝对的垂直,所以测量出来的结果是有误差的,这个误差可以通过软件来进行修正。
还有一个要注意的地方是磁感应传感器是放在一个LR振荡电路中来进行测量的,L就是磁感应传感器,一个磁感应传感器要对应两个电阻R,也就是电路图中的电阻Rb,这两个电阻最好选用精密的电阻,而且阻值尽量要一致,因为PNI11096使用双极性有区别的测量设计来使得磁场的测量不受温度的影响,这也有利于将测量范围转移到以0为中心的正负对称的范围。
2罗盘方位:
数据作如下处理,指南针模块旋转一周为360度来标定方向,角度如下图所
示。
图5罗盘方位
3电路
图6电路4.3.4程序框图:
硬件系统框图:
MSP430F1232系统板:
PNI11096传感器板:
总体:
电路
1234VCC3.3DDC1104P3_2/SOMIR1R20MOSI0P3_3/UCLKP3_1/SIMOR30R4CU1P3_0/SET0P3_1/SIMOP3_2/SOMIP3_3/UCLKP34P35P36P3_7GNDVCC3.312345678910CON10+ZIN7MOSINC1VCC3.3P3_0/SET012345C3104+ZDRV60MOSIVSTBYDRDYDHSTSCLKRextMISORESETMISOMISO28272625242322U3P17P16P15P14P1_3P1_2P1_1P1_0GNDVCC3.3L1INDUCTOR_DP1_1U212345678910CON10CMISOR5100kR6RES2P1_2P1_3MOSIN/CSSNOTAVddAVss+ZDRV+YDRV+ZIN-ZDRV-ZIN-YDRVPNI11096MLFCOMPN/CDVss-XDRV-XIN+XIN+XDRVDVdd+YIN-YIN21201918171615R7RES2NC2P1_0R1943R2243B101112131489BVCC3.3-ZDRV-ZINR2043R2143VCC3.3L2C4104AINDUCTOR_DTitleSizeA4Date:
File:
12-Jan-2011SheetofH:
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4NumberRevisionA123
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