车用磁阻传感器式电子罗盘系统的开发
点击数：7776 次 录入时间：03-04 12:04:03 整理：http://www.55dianzi.com 电工基础
罗盘是一种重要的导航工具，已广泛应用于飞机和航海导航等领域。一般在飞机和航海导航系统中使用的惯性导航系统由于价格昂贵、结构复杂、导航误差随时间累计等原因而不适合车载使用；传统的罗盘虽然价格便宜，但不能工作于像行驶的汽车这种不稳定的环境中。另外，传统罗盘不能够电子输出，其信号不能集成到汽车的控制系统中，给实现基于精确导航的智能交通带来了不便。 本文针对以上问题，充分考虑到汽车内部环境的不平稳性以及汽车发动机等对磁场的干扰，利用磁阻传感器设计了一种车载磁阻式电子罗盘系统。 HMC1055系列各向异性磁阻传感器 HMC1055系列集成了HMC1051Z单轴磁阻传感器、HMC1052双轴磁阻传感器和一个二轴MEMSIC MXS3334UL加速度传感器。 HMC1052是一个双轴线性磁阻传感器，每个传感器都有一个由铁镍薄膜合金组成的惠思顿桥。当桥路加上供电电压时，传感器将磁场强度转化为电压输出。HMC1052包含两个敏感元件，它们的敏感轴相互垂直，且参数相互匹配。内部电路如图1所示。 除了惠思顿电桥，HMC1052还有两个位于芯片上的磁耦合带：偏置带和置位/复位带。两个敏感元件都有这两个带。置位/复位带用于确保精度；偏置带用于校正传感器或偏置任何不想要的磁场。 HMC1051Z为HMC1052的单轴版本，其参数与HMC1052相同。HMC10512内部电路如图2所示。 MEMSIC MXS3334UL是一个二轴的加速度传感器，它能够提供一个用数字表示的重力加速度值。当传感器被水平放置时，两个输出口提供一个100Hz、50%占空比的方波。随着传感器的倾斜，它的输出占空比发生变化[1]。 三维电子罗盘总体设计 地球磁场的强度为0.6高斯左右，现有的磁阻传感器可以很好地测量地磁场范围内的磁场强度。由于二维罗盘只能在保持水平的情况下正常工作，如果用于车辆的动态环境中，将不可能保证其永远水平，所以在这种场合下，罗盘的可使用性大大降低。于是需要设计三维罗盘以适应各种姿态的测量。三维电子罗盘的总体设计方案如图3所示。三轴磁阻传感器分别从X、Y、Z 三个磁场强度方向输出电压，经过放大电路分别输入到三个具有A/D转换能力的MCU端口，二轴加速度传感器测量俯仰角度和横滚角度，测量参数的意义如图4所示。 将测量出的X、Y、Z、θ、Φ代入式(1)、(2): H=Xcos(Φ)+Ysin(θ)sin(Φ)-Zcos(θ)sin(Φ)(1) H=Ycos(θ)+Zsin(θ)(2) 从而得到磁场强度在水平面内的分量(XH、YH)，由式(3)： 方位角Φ=arctan(YH/XH)(3) 就可以计算出方位角Φ的值。 三维电子罗盘系统的硬件设计 磁阻式罗盘由五部分组成：三轴磁阻传感器、二轴加速度传感器、信号放大电路、置位/复位电路、MCU系统等。 a 放大电路的设计[1] [2] [3] 下一页
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