电子指南针设计.doc

PAGE 电子指南针设计 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 引言 1 1． 系统设计方案 1 1.1 系统总体结构 1 1.2 单片机系统优点 2 1.3 物理量简介 3 1.3.1 磁场 3 1.3.2 电磁场 3 1.3.3 地磁场 3 1.3.4 磁感线 4 1.4 传统指南针偏差的原因及校正 4 1.4.1 磁偏角 4 1.4.2 磁倾角 4 2. 系统硬件设计 4 2.1电源设计 4 2.2 主控电路设计 5 2.3 信号采集模块 6 2.4 LCD显示模块 8 2.5 越境提示模块 9 3. 统软件设计 9 3.1 系统主程序 9 3.2 信号采集程序 10 3.3 信号显示程序 11 3.4 越境提示程序 12 4. 总结 12 摘 要 随着科技的发张，人们愈发追求高效，快捷的产品。然而，传统的指南针，采用的是磁化指针和方位盘的组合方式，是利用一根装在轴上可以自由转动的磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上（磁针的北极指向地理的北极）来辨别方向的。可能有时候会有比较大的误差，以及携带上的不方便。失去了高效，快捷，不太符合现在人们所追求的东西。尔电子指南针能满足现代人们的需求，它是新时代，新的产物，所以它也被赋予了很大的应用价值，这也是本次电子指南针设计的目的。 本次所设计的系统，通过采用磁阻（GMR）传感器采集某一方向上的磁场强度后，传送至单片机（MCU）控制器对其数据进行处理并判断对应脚的结果，最后通过LCD显示屏显示出来。本系统通过实际测试，理论上能够达到精确度达到一度，能够在LCD上显示当前方位角度。 关键词 电子指南针；单片机；磁场传感器 嘉兴职业技术学院毕业论文（设计） PAGE 19 引言 指南针是一种判别方位的简单仪器，又称指北针。指南针的前身是中国古代四大发明之一的司南。它的发明是我国汉族劳动人民在长期的实践中对物体磁性认识的结果。在长期的生产斗争中，我国汉族劳动人民进一步利用磁体的指极性，制成指示方向的机械，这就是指南针。但是这种由机械式的指南针携带不方便，而且有些精度上也存在不足。 指南针是一种重要的导航工具，不允许有有可能发生问题。例如：失去磁性，掉到地上摔坏了内部零件或者导致零件运转不精确等等。尔电子指南针，它组成简单，所有的零件都是固定好的。本课题的目的是制作电子指南针，一种比传统指南针更稳定，精确更好，更方便携带，更利于人们使用的指南针。 电子指南针是一个典型的单片机系统。了解电子指南针的制作方法，工作原理，系统信号处理方法，有利于以后学习更加复杂的电子系统，更是对以往课内所学知识的检验。这次电子指南针设计使用51单片机，51单片是我们课内学过的电路系统。使用51单片机来完成电子指南针，能够使我更加了解51单片机系统，更加熟练的 运用51单片机系统。能够证明我已经基本掌握51单片机的使用方法。 最终要的是本次设计是大学学习的一种实践，要学会能够灵活运用课本上的知识去解决问题，激发创新能力和动手能力。 1． 系统设计方案 1.1 系统总体结构 电子指南针系统由主控制器、按键、磁场传感器、方位显示器等几大模块组成，由程序控制实现方位测量的磁场感应与角度换算。 本系统分为四大模块：电源模块、主控芯片模块、信号采集模块、数据输出模块。 图1-1系统结构图 图1-2 测量原理图 X为前进方向，y为水平面上垂直x的方向向右,地理北极方向和地磁北极方向 如图所示。He为地磁场，Hex、Hey分别为HE在x、y方向的水平分量，α为方位角，是前进方向与磁场北极的夹角。λ为磁偏角，通过查表得知x轴与北极的实际夹角为（α+λ）。由图可知tanα=Hey/Hex，可以计算出α（正切值）。ζ为磁倾角，He与水平面的夹角，可以用来校正水平面。磁场传感器分别可以测出Hex、Hey、Hez，并将其大小转化为相应强弱的电信号【1,10】。 1.2 单片机系统优点 单片机是一种集成芯片问世在20世纪70年代， 发张非常迅速，至今为止在诸多领域都离不开单片机。例如：仪器领域，家用电器医用设备等。 单片机系统优点： 系统结构简单，使用方便，实现模块化 可靠性高，可工作到10^6~10^7小时五故障 低电压，低功耗，便与生产便携是产品 控制功能强 环境适应能力强 1.3 物理量简介 1.3.1 磁场 磁场是一种看不见，而又摸不着的特殊物质，它具有波粒的辐射特性。磁场周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因为概括的说，磁场是由运动电荷或电