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电子指南针设计

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软件简介

 目 录
0 前语 5
1 体系的组成与功用 1
1.1 STC89C52单片机 1
1.2 LCD1602模块 1
1.3 HMC5883L模块 1
1.4 体系的功用 2
2 体系的原理 2
2.1 整体规划方案及框图 2
2.2实物相片 2
3 软件规划 3
3.1 HMC5883L与单片机通信软件规划 3
3.2 LCD1602人机界面软件规划 3
3.3体系总统软件规划 4
4详细程序代码 4
5体系调试 5
6 结论 7
7 心得与体会 8
参考文献 11

电子指南针
董雪丽,周俊娜
(河南大学物理与电子学院,河南 开封,475004)
0 前语

指南针是用以判别方位的一种简单仪器,是一种重要的导航工具,可使用在多种场合中。指南针的前身是中国古代四大发明之一的司南。首要组成部分是一根装在轴上能够自在转动的磁针。磁针在地磁场效果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,利用这一功用能够辨别方向。常用于航海、大地丈量等方面。
跟着人们对指南针原理认识的不断深入,指南针也由先前笨重的“司南”开展到现在的便携式的指南针。但其基本结构是没有改动的,都是属于机械的指针式,其指示的机械结构基本上没有改动,都是利用某种支撑使得磁针能够遭到地磁场的影响而自在的旋转。因为机械的先天因素导致了指针式指南针在便携性、灵敏度、精度以及运用寿命上都有必定的限制。因为国内外电子技能的飞速开展,特别是在磁传感器和专用芯片上的开展使能指南针的基本完成机理有了质的改动,不再是机械结构而选用了磁场传感器和专用处理器对磁场进行丈量和处理后指示方向,这就是当时使用较为广泛的电子式指南针。
电子指南针内部结构固定,没有移动部分,能够简单地和其它电子体系接口,因而可代替旧的磁指南针。并以精度高、稳定性好等特色得到了广泛运用。本规划选用Honeywell公司的各向异性磁阻(AMR)传感器芯片HMC5883L。霍尼韦尔HMC5883L是一种外表贴装的高集成模块,并带有数字接口的弱磁传感器芯片,HMC5883L包含最先进的高分辨率HMC118X系列磁阻传感器,并顺便霍尼韦尔专利的集成电路包含放大器、主动消磁驱动器、误差校准、能使指南针精度操控在1°~2°的12位模数转换器。简易的I2C系列总线接口。HMC5883L选用霍各向异性磁阻(AMR)技能,该技能领先于这些各向异性传感用具有在轴向高灵敏度和线性高精度的特色。传感用具有的对正交轴的低灵敏度的固相结构能用于丈量地球磁场的方向和巨细,其丈量规模从负8高斯到 8 高斯(gauss)。
1 体系的组成有STC89C52单片机、LCD1602、HMC5883L

体系首要有STC89C52单片机、LCD1602、HMC5883L芯片等元件组成

1.1 STC89C52单片机
STC89C52引脚
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高功用CMOS8位微操控器,具有 8K 在体系可编程Flash存储器。STC89C52运用经典的MCS-51内核,但做了很多的改善使得芯片具有传统51单片机不具备的功用。在单芯片上,具有灵巧的8 位CPU 和在体系可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式操控使用体系提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功用: 8k字节Flash,512字节RAM, 32 位I/O 口线,看门狗定时器,内置4KB EEPROM,MAX810复位电路,3个16 位定时器/计数器,4个外部中止,一个7向量4级中止结构(兼容传统51的5向量2级中止结构),全双工串行口。别的 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可挑选节电形式。空闲形式下,CPU 停止作业,允许RAM、定时器/计数器、串口、中止持续作业。掉电维护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切作业停止,直到下一个中止或硬件复位为止。最高运作频率35MHz,6T/12T可选。
1.2LCD1602模块

1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显现字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5×7或者5×11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都能够显现一个字符。每位之间有一个点距的距离每行之间也有距离起到了字符距离和行距离的效果,正因为如此所以他不能显现图形。1602LCD是指显现的内容为16×2,即能够显现两行,每行16个字符液晶模块(显现字符和数字)。其引脚图和引脚说明如下:

第1脚:VSS为电源地。
第2脚:VDD接5V电源正极。
第3脚:V0为液晶显现器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高(对比度过高时会 发生“鬼影”,运用时能够经过一个10K的电位器调整对比度)。
第4脚:RS为寄存器挑选,高电平1时挑选数据寄存器、低电平0时挑选指令寄存器。
第5脚:RW为读写信号线,高电平(1)时进行读操作,低电平(0)时进行写操作。
第6脚:E(或EN)端为使能(enable)端。
第7~14脚:D0~D7为8位双向数据端。
第15~16脚:空脚或背灯电源。15脚背光正极,16脚背光负极。
LCD1602内置了DDRAM(显现数据存储RAM)、CGROM(字符存储ROM)和CGRAM(用户自定义RAM)。DDRAM就是显现数据RAM,用来寄存待显现的字符代码。下面是1602与单片机的连线图。

LCD1602模块连线图
1.3 HMC5883L模块
1.3.1 介绍
霍尼韦尔 HMC5883L 是一种外表贴装的高集成模块,并带有数字接口的弱磁传感器芯片,使用于低成本罗盘和磁场检测领域。HMC5883L 包含最先进的高分辨率HMC118X系列磁阻传感器,并顺便霍尼韦尔专利的集成电路包含放大器、主动消磁驱动器、误差校准、能使罗盘精度操控在1°~2°的12位模数转换器。简易的I2C 系列总线接口。HMC5883L 是选用无铅外表封装技能,带有16 引脚,尺寸为3.0×3.0×0.9mm。HMC5883L 的所使用领域有手机、笔记本电脑、消费类电子、汽车导航体系和个人导航体系。HMC5883L选用霍尼韦尔各向异性磁阻(AMR)技能,该技能领先于其他磁传感器技能。这些各向异性传感用具有在轴向高灵敏度和线性高精度的特色.传感用具有的对正交轴的低灵敏度的固相结构能用于丈量地球磁场的方向和巨细,其丈量规模从毫高斯到8高斯(gauss)。霍尼韦尔的磁传感器在低磁场传感器职业中是灵敏度最高和可靠性最好的传感器。
HMC5883L传感器引脚图
1.3.2 作业原理
霍尼韦尔HMC5883L磁阻传感器电路是三轴传感器并使用特殊辅佐电路来丈量磁场。经过施加供电电源,传感器能够将量测轴方向上的任何入射磁场转变成一种差分电压输出。磁阻传感器是由一个镍铁(坡莫合金)薄膜放置在硅片上,并构成一个带式电阻元件。在磁场存在的情况下,桥式电阻元件的改变将引起跨电桥输出电压的相应改变。这些磁阻元件两两对齐,构成一个一起的感应轴(如引脚图上的箭头所示),跟着磁场在感应方向上不断增强,电压也会正向增长。因为输出只与沿轴方向上的磁阻元件成份额,其他磁阻电桥也放置在正交方向上,就能精细丈量其他方向的磁场强度。
1.3.3 与单片机的连线图

1.4 体系功用
本规划的首要功用是用单片机来操控磁场传感器完成辨别方向的效果,根据其液晶屏显现的方位角来确定运用着周围的方向。
2 体系的原理

2.1整体方案规划思维及框图
下图是地球某一点的地球磁场向量He的三维图,其间x轴和y轴与地球外表平行,x为前进方向,y为水平面上笔直x的方向,He为地磁场强度,Hex、Hey分别为He在x、y方向的水平重量,α为前进方向与磁场北极的夹角,称做方位角;λ为磁偏角,能够经过查表得知。x轴与南极的实际夹角巨细为(α+λ)。从而只需得到方位角α的巨细即可得知该水平面方位。由图可知tanα=Hey/Hex,所以只需求出y、x轴上的磁场强度之比Hey/Hex,即可得到方位角α的正切值。δ为磁倾角,He与水下面的夹角,能够用来校正水平面。磁场传感器能够分别丈量Hex、Hey、Hez,并将其巨细转化为相应强弱的电信号。但本体系并只做了X和Y方向的丈量。因为考虑到时刻安排有限,Z方向暂时不做,但本体系规划只需平拿平放并不影响丈量成果的准确性。

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