基于磁阻传感器的低功耗方向指示系统

摘　要:为克服传统指南针精度低,应用领域窄的缺点。利用HMC1052 磁阻传感器将地磁信号转换为电压输出, INA332仪表运放,AMS1117 直流稳压芯片及REF3212 参考电压源作为信号调理和供电单元,由MSP430F147 单片机及其自带A/ D转换器,进行信号处理和控制,制作得到准确可靠,图形化界面的低功耗方向指示系统。其内部结构固定,可以和其它电子系统形成接口,拥有低成本、低功耗、高精度的特点,具有磁偏角校正功能。

　　指南针是一种重要的导航工具,在许多场合都具有应用价值。为了使指南针的性能更加优良,应用领域更加广泛,我们设计制作了基于磁阻传感器的低功耗方向指示系统。在一些特殊地形条件下,GPS 将无法很好的工作,而此方向指示系统却不会受到影响,尤其适用于某些只要求检测方向而不需要检测所在经纬度的场合。

　　1 　功能特色与指标要求

　　1.1 　总体功能及特色

　　方向指示系统主要有方向指示功能、图形显示功能、磁偏角校正功能和信息锁定功能,并具有便携式和低功耗的特点。其界面设置图如图1 所示。

　　方向指示系统应用领域广泛,可以应用到如下领域:手持式方向指示系统,车载导航与行程控制,移动电话中的指南针,望远镜定位,医疗器械中的方向指示,陆地和海洋导航系统。

图1 　界面设置图

　　1.2 　对设计的要求和指标：

　　为实现以上功能,系统需达到以下要求:

　　(1) 系统中的所有元件具有体积小,低功耗的特点。

　　(2) 系统中的所有元件都是标准的低成本元件;特别是微控制器,而且要有尽量多的在片外部模块(如A/ D 和D/ A 转换器) 。

　　(3) 由于传感器的输出信号很小,要求各元件抗噪声能力强,电源输出纹波小。

　　(4) 可显示以下信息:

　　—以数字和图形显示机首方向;—以最临近方位文字显示机首方向。

　　(5) 指南针的读数参考地理上的北———正北根据HMC105X 数据手册,当接上低噪声放大器和12 到162bit (位) 模数转换器(A/ D) 时,使用HMC105X 系列传感器可进行极高精度的测量。测量误差小于1°,电路部分功耗小于115 mW。

　　2 系统设计：

　　2.1 　系统整体设计

　　图2 是方向指示系统的结构框图,这是其最小设置。传感器单元是采集地球磁场的部分,将地球磁场信号转换为电信号;信号调整单元是对微弱的地磁电信号进行放大滤波,并将模拟信号转换为数字信号;数据处理单元是将调整单元输出的数字数据进行分析,确定所需要的方向与正北间的方向角,并对所在地的磁偏角进行校正。液晶显示单元是将方向角以图形和数字两种形式显示出来。

　　在本系统中,传感器单元由一块两轴磁阻传感器HMC1052 构成,信号调理单元为由仪表放大器组成的小信号放大电路。MSP430 单片机作为数据处理与信号控制核心,即数据处理与方向确定单元。

　　最终的显示单元采用一块128 ×64 图形点阵LCD。

图2 　方向指示系统的结构框图

　　磁阻传感器HMC1052 将地磁场信号转化成电信号,仪表放大器将该微弱信号放大,送入MSP430单片机的AD 模块进行模/ 数转换,单片机将数据进行分析计算确定方向角度,最后送到LCD12864 将其文字及图形表达。图3 是此系统的电路模块图。

图3 　电路模块图。