基于CPLD的环形磁通门式电子罗盘设计

摘要

在海洋环境中，水上浮标系统的方向位置和其姿态角的测量，普遍应用的就是磁方位传感器。由于水面环境的多变性和复杂型，内部含有活动部件的电子罗盘或惯性平台就容易在水浪波动中受到磨损，不能保证其工作的可靠性。环形磁通门式电子罗盘能从根本上避免以上缺陷，它不存在触点结构，也没有轴承和永久磁铁，因而有成本低、结构简单、可靠性高等优点，比较而言是很理想的测向传感器。针对以上背景，本文设计了可在海洋投放式浮动电子导航系统中大量使用的基于CPLD的环形磁通门式电子罗盘。
　　本文根据磁通门理论设计和制备出环形磁通门式传感器，该传感器采用的是环形磁芯1J86为磁场敏感材料，搭配两路完全正交的感应线圈来测量地磁场。通过对传感器内部腔体的设计，不仅可以测量水平面的两个正交方向上的磁场分量，还能在0°到5°的俯仰状态下进行准确测量，尤其适应在海洋小风浪环境中工作。依据课题的具体要求，通过分析环形磁通门式电子罗盘的原理、工程计算和技术路线，给出整体设计框图。CPLD作为信号处理器，并实现分频器、鉴相器和信号处理、外部显示等功能，这样不仅能大大提高系统的响应速度，并且减少了分立元器件的使用，降低了元件之间的串扰，增强了可靠性。通过搭建模拟电路来实现激励线圈的驱动和有用信号的提取。然后将传感器和硬件电路结合，构成电子罗盘系统样机，实现功能。
　　研究过程主要包括环形磁通门传感器制备、硬件电路设计、软件编程和调试、各功能模块的独立调试以及系统整体调试及性能测试实验。实验过程分为水平测试和倾斜测试，将本文研制的电子罗盘放置于无磁转台上，在水平状态下和倾斜状态下分别进行测量，得到其显示的方位角数值，最终样机的准确度能达到3°，能够达到方位定向的基本要求，应用前景比较广阔。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景和选题意义

1.2 国内外电子罗盘的研究现状

1.3 本课题的研究目标

第2章 磁通门式传感器分类及工作原理

2.1 磁通门式传感器的分类

2.2 环形磁通门传感器的工作原理

2.3环形磁通门传感器的工程计算

2.4 本章小结

第3章 环形磁通门传感器的设计和制备

3.1 环形磁通门传感器的设计要点

3.2 传感器磁芯材料的选取

3.3 传感器磁芯骨架及骨架支撑架设计

3.4传感器绕线筒及其腔体的设计

3.5传感器封装盖

3.6传感器线圈的设计

3.7 阻尼液的选取

3.8本章小结

第4章 电子罗盘的硬件电路设计

4.1 电子罗盘的整体系统方案

4.2 核心处理器模块的电路设计

4.3 磁通门传感器驱动电路设计

4.4磁通门传感器感应信号提取电路设计

4.5 整形电路

4.6 外部显示电路

4.7本章小结

第5章 电子罗盘系统的软件编程与仿真

5.1 编程设计的模块介绍

5.2 CPLD的软件编程与仿真

5.3 本章小结

第6章 系统调试与实验结果分析

6.1传感器的驱动电路调试

6.2 信号提取电路的调试

6.3 系统联合调试

6.4电子罗盘的性能测试实验

6.5电子罗盘的误差分析及应对措施

6.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录