基于磁阻傳感器的低功耗方向指示系統

摘　要:為克服傳統指南針精度低,應用領域窄的缺點。利用HMC1052 磁阻傳感器將地磁信號轉換為電壓輸出, INA332儀表運放,AMS1117 直流穩壓芯片及REF3212 參考電壓源作為信號調理和供電單元,由MSP430F147 單片機及其自帶A/ D轉換器,進行信號處理和控制,制作得到準確可靠,圖形化界面的低功耗方向指示系統。其內部結構固定,可以和其它電子系統形成接口,擁有低成本、低功耗、高精度的特點,具有磁偏角校正功能。

　　指南針是一種重要的導航工具,在許多場合都具有應用價值。為了使指南針的性能更加優良,應用領域更加廣泛,我們設計制作了基于磁阻傳感器的低功耗方向指示系統。在一些特殊地形條件下,GPS 將無法很好的工作,而此方向指示系統卻不會受到影響,尤其適用于某些只要求檢測方向而不需要檢測所在經緯度的場合。

　　1 　功能特色與指標要求

　　1.1 　總體功能及特色

　　方向指示系統主要有方向指示功能、圖形顯示功能、磁偏角校正功能和信息鎖定功能,并具有便攜式和低功耗的特點。其界面設置圖如圖1 所示。

　　方向指示系統應用領域廣泛,可以應用到如下領域:手持式方向指示系統,車載導航與行程控制,移動電話中的指南針,望遠鏡定位,醫療器械中的方向指示,陸地和海洋導航系統。

圖1 　界面設置圖

　　1.2 　對設計的要求和指標：

　　為實現以上功能,系統需達到以下要求:

　　(1) 系統中的所有元件具有體積小,低功耗的特點。

　　(2) 系統中的所有元件都是標準的低成本元件;特別是微控制器,而且要有盡量多的在片外部模塊(如A/ D 和D/ A 轉換器) 。

　　(3) 由于傳感器的輸出信號很小,要求各元件抗噪聲能力強,電源輸出紋波小。

　　(4) 可顯示以下信息:

　　—以數字和圖形顯示機首方向;—以最臨近方位文字顯示機首方向。

　　(5) 指南針的讀數參考地理上的北———正北根據HMC105X 數據手冊,當接上低噪聲放大器和12 到162bit (位) 模數轉換器(A/ D) 時,使用HMC105X 系列傳感器可進行極高精度的測量。測量誤差小于1°,電路部分功耗小于115 mW。

　　2 系統設計：

　　2.1 　系統整體設計

　　圖2 是方向指示系統的結構框圖,這是其最小設置。傳感器單元是采集地球磁場的部分,將地球磁場信號轉換為電信號;信號調整單元是對微弱的地磁電信號進行放大濾波,并將模擬信號轉換為數字信號;數據處理單元是將調整單元輸出的數字數據進行分析,確定所需要的方向與正北間的方向角,并對所在地的磁偏角進行校正。液晶顯示單元是將方向角以圖形和數字兩種形式顯示出來。

　　在本系統中,傳感器單元由一塊兩軸磁阻傳感器HMC1052 構成,信號調理單元為由儀表放大器組成的小信號放大電路。MSP430 單片機作為數據處理與信號控制核心,即數據處理與方向確定單元。

　　最終的顯示單元采用一塊128 ×64 圖形點陣LCD。

圖2 　方向指示系統的結構框圖

　　磁阻傳感器HMC1052 將地磁場信號轉化成電信號,儀表放大器將該微弱信號放大,送入MSP430單片機的AD 模塊進行模/ 數轉換,單片機將數據進行分析計算確定方向角度,最后送到LCD12864 將其文字及圖形表達。圖3 是此系統的電路模塊圖。

圖3 　電路模塊圖。