三维磁感式电子罗盘与标定系统的研究与设计

摘要

利用地磁导航的指南针在很长一段时间里方便了世界人民的航海及长途旅行，指南针对我国的郑和下西洋、国外的发现美洲新大陆和实现环球航行有着至关重要的作用。而随着时代的进步，精度更高、稳定性更好的电子罗盘逐步取代了易失磁、抗冲击能力差的传统指南针。电子罗盘是依靠内部的磁敏传感器感应地球磁场来指示方向的电子仪器，针对不同磁敏传感器的对比，本文选用性能优越的磁感传感器研制三维磁感式电子罗盘，并通过实验对电子罗盘的标定算法进行探究与对比。
　　 本文首先对电子罗盘的应用领域和重要性进行概述，对比了应用于电子罗盘的不同磁敏传感器的优劣，并调研了磁敏传感器和电子罗盘的国内外发展现状，针对磁感传感器的优越性和国内使用较少的现状，提出了研制基于磁感传感器的电子罗盘和研究由此带来的标定算法问题的设想。然后，详细叙述了三维电子罗盘的工作原理和用于校准电子罗盘的归零归一法和最小二乘法的标定算法原理，并基于磁感传感器的正交问题，提出了机械校准算法。其次，概述了本文中三维电子罗盘的硬件布局，介绍了其内部磁敏传感器和倾角传感器以及单片机的选型，描述了电子罗盘的电路板设计及其封装的详细过程，为标定电子罗盘的实验，整合了实验室的精密转动平台。然后，针对电子罗盘的硬件构架，使用C语言设计了电子罗盘的程序，在VC++6.0的环境下设计了上位机采集电子罗盘数据和显示面板的软件，并使用Matlab软件编写了处理实验数据用于标定电子罗盘的程序，展示了程序和软件设计的流程图，并列举了部分程序。再次，为探究校准电子罗盘的标定算法，进行了一系列实验，并通过实验对比了归零归一法和最小二乘法标定算法的优劣。最后，对本文中的主要工作进行了总结归纳，并基于完善电子罗盘系统的想法做了进一步的展望。
　　 本文主要围绕电子罗盘做了一系列工作，经过实验证明，研制的三维电子罗盘误差在0.5°以内，最快响应频率为30Hz，体积小，功耗低，使用串口输出数据，可胜任实际生活中的方向导航工作。