电子指南针设计

基于单片机的电子指南针的设计作者：刘季秋彭森来源：《卷宗》2017年第11期摘要：指南针是我国的四大发明之一，早期的指南针采用了磁化指针和方位盘的组合方式，这样的指南针携带起来很不方便，且指示灵敏度上有一定不足，准确性很差。

本文通过对电子指南针基本工作原理的研究分析，采用磁阻（GMR）传感器采集某一方向磁场强度，然后通过MCU控制器对其进行处理并显示上传，达到了显示当前所指方向的目的。

实际测试指南针模块精度达到1°，能够在LCD上显示当前方位，并能通过键盘控制上传数据到上位机。

这样的指南针精度更高，更智能，在大大提高了精度的同时，也降低了成本和设计难度。

1 引言指南针是用以判别方位的一种简单仪器，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。

主要组成部分是一根装在轴上可以自由转动的磁针。

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，利用这一性能可以辨别方向。

电子指南针系统是一个典型的单片机系统，了解其工作原理及其信号处理流程有利于研究更加复杂的嵌入式系统，特别是系统中采用进口的磁传感器及其相关信号的采集芯片更是有利于研究磁场传感器的实现机理，以便将其更加广泛的应用。

2 工作原理本系统采用磁阻（GMR）传感器采集磁场强度，然后把磁场强度转换成数字量，单片机再对这些数字量进行处理，最后将处理得到的结果进行显示。

电子指南针的系统主要由前端磁阻传感器、磁场测量专用转换芯片、单片控制器、辅助扩展电路、键盘、显示模块以及系统电源几个部分组成。

整个系统中前端的磁阻传感器负责测量地磁场的大小并将磁场的变化转化为微弱的电流的变化，专用的磁场测量芯片负责把磁阻传感器变化的电流（模拟量）转换成微控制器可以识别的数字量，然后将该数字信号即采集到的数据通过SPI总线上传给微控制器。

微控制器将表征当前磁场大小的数字量按照方位进行归一化等处理后通过直观的LCD进行方位显示，同时可以通过键盘控制微控制器进行相应的操作，如将转换后的数据通过串口的形式发送到上位机。

电子行业电子指南针设计报告1. 引言本报告旨在介绍电子行业中的电子指南针的设计过程和实施结果。

电子指南针是一种可以使用电子信号来确定方向的设备，广泛应用于航海、航空、军事等领域。

本文将详细介绍电子指南针的设计要求、硬件选型、电路设计、封装和测试等内容。

2. 设计要求在设计电子指南针之前，需要明确以下设计要求：•精度要求：电子指南针需要具有较高的方向测量精度，以满足不同领域的需求。

•稳定性要求：电子指南针的测量结果需要具有较高的稳定性，以应对不同环境条件下的干扰。

•尺寸要求：电子指南针需要具有较小的尺寸，以便于集成到各种设备中。

•功耗要求：电子指南针需要具有较低的功耗，以延长电池寿命或减少能量消耗。

3. 硬件选型基于设计要求，我们选择了以下硬件组件：•磁力计：用于测量地球磁场，并确定方向。

•加速度计：用于检测设备的运动状态，以对测量结果进行校正。

•控制芯片：用于数据处理和结果输出。

•显示屏：用于显示测量结果。

4. 电路设计在电路设计阶段，我们需要设计适合的电路来实现电子指南针的功能。

首先，我们将磁力计和加速度计连接到控制芯片，通过控制芯片进行数据采集和处理。

然后，我们将控制芯片连接到显示屏，实现结果的输出。

为了提高测量精度和稳定性，我们在电路设计中引入了滤波器和校正算法。

滤波器可以降低噪声的影响，校正算法可以校正加速度计的误差。

5. 封装在封装阶段，我们将设计出的电路进行封装，使其可以集成到实际设备中。

封装过程中，我们需要考虑以下因素：•尺寸：封装后的电路需要符合设计要求的尺寸。

•热释放：封装后的电路需要考虑热释放问题，以确保长时间正常工作。

•强度：封装后的电路需要具有足够的强度，以应对外部环境中的震动和冲击。

6. 测试在完成电子指南针的设计和封装后，我们需要进行相应的测试以验证设计的正确性和性能。

测试的内容包括：•精度测试：通过与标准测量工具进行对比，验证电子指南针的测量精度。

•稳定性测试：在不同环境条件下进行测试，验证电子指南针的稳定性。

小学科学做一个指南针教案电子版全文共5篇示例，供读者参考小学科学做一个指南针教案电子版1《做一个指南针》是教科版科学三年级下册第四单元的内容。

教材按照实践学习的顺序分成三个步骤：第一步是做磁针，通过用磁铁摩擦的方法使钢针变成磁针，用已有的知识判别磁针的南北极。

第二步是安装磁针，想办法使磁针能在水平方向上自由转动，从而能指示南北方向。

第三步是展示和交流制作好的指南针。

通过制作指南针的活动，能够满足学生动手制作的愿望，培养他们动手制作的能力和创造意识。

［学情分析］对于指南针，学生在生活中知道也了解一些,但是没有具体的接触过指南针,通过上节课的学习,学生对指南针也加深了一些了解。

本课是在上节课的基础上让学生做一个指南针，是一个动手操作课。

在这节课中对三年级的孩子来说，兴趣是最好的老师，让学生享受到成功的快乐是关键。

因此，在教学时，应充分考虑三年级孩子动手实践相对较差这一实际，适当降低操作难度，通过教师演示，作品呈现等充分发挥教师的指导作用。

不要过于追求方法的多样性，而应把课堂的立足点放在“学生自制的指南针能准确地指示方向”上，从而引导学生在享受到成功的快乐的基础上进行主动创新，探索制作方法的多样性。

［设计理念］基于对教材和学生学习情况的分析，本节课的设计理念为：1、小组合作的学习方式。

小组合作学习是学生在学习科学过程中的主要学习方式。

对于三年级的学生来说，培养小组合作的能力是至关重要的，对以后科学的学习尤为重要。

考虑到学生的个性差异和不同的学习要求，在教学中采取小组合作学习方式，优势互补，共同提高，使学生养成良好的与人交往、合作的意识。

2、探究学习的学习方式。

探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式。

亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习科学的主要途径。

3、动手操作的能力。

三年级学生的动手能力较差，因此在学习中要注意培养学生的动手能力。

科学课动手操作性强，因此要注重对学生动手能力的提高。

［教学目标］1、科学概念：钢针经过磁铁摩擦后可以变成磁针。

题目基于单片机的电子指南针设计学生姓名学号所在学院专业班级指导教师完成地点2017 年6月3日毕业论文﹙设计﹚任务书院(系) 物理与电信工程学院专业班级通信1103班学生姓名王婷婷一、毕业论文﹙设计﹚题目基于单片机的电子指南针设计二、毕业论文﹙设计﹚工作自止三、毕业论文﹙设计﹚进行地点: 物理与电信工程学院实验室四、毕业论文﹙设计﹚的内容要求：指南针是一种重要的导航工具，可应用在多种场合中。

电子指南针内部结构固定，没有移动部分，可以简单地和其它电子系统接口，因此可代替旧的磁指南针。

并以精度高、稳定性好等特点得到了广泛运用。

本课题具体要求如下：1. 熟悉指南针的工作原理；2. 选择合适的电磁感应器进行系统设计，完成显示功能；3. 能够利用电池对系统供电，系统集成，完成功能调试。

成果形式：实验样机一套。

毕业设计进度安排: 1.10─3.20：查阅资料（参考文献不少于10篇），进行方案论证，完成开题报告。

完成不少于3000字的外文翻译；3.20─4.30：设计硬件电路，编写相关软件、完成电路仿真及样机调试；5.1─5.20：完善系统调试，撰写论文，准备毕业设计验收等工作；5.21-6.10：整理资料，修改论文，准备毕业答辩。

指导教师系(教研室)通信教研室系(教研室)主任签名批准日期接受论文 (设计)任务开始执行日期学生签名基于单片机的电子指南针设计王婷婷（陕西理工学院物理与电信工程学院通信1103班，陕西汉中 723003）指导教师：郑争兵[摘要]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，可应用在多种场合中。

当人们置于一个陌生的环境中，导航定向非常重要，随着手机的普及，其内置指南针已被人们广泛应用，但是一旦出现手机无电以及信号不强时无法定位。

针对这一问题，因此开发一款基于单片机的低成本便于携带的电子指南针系统，以满足人们的精确定向。

此次设计的原理是通过STC89C52单片机处理异性磁阻(AMR)传感器芯片HMC5883L得到的信息数据，最终在LCD1602液晶上显示数据，得到当前的角度信息与方位信息。

基于单片机的电子指南针设计讲解引言电子指南针是一种用于导航或测量方向的仪器，它能够指示地球表面的磁北方向。

传统的指南针使用磁针和标度盘来指示方向，而电子指南针则是利用电子元件和算法来实现同样的功能。

本文将详细介绍基于单片机的电子指南针的设计原理和实现方法。

一、设计原理1.磁场传感器基于单片机的电子指南针需要使用磁场传感器来检测地球的磁场以确定方向。

常用的磁场传感器有磁敏电阻（Magnetic Resistance, MR）传感器和磁传感器（Hall Effect Sensor）。

磁敏电阻通过磁场的变化产生电阻值的变化，而磁传感器则是通过磁场对半导体材料电阻产生影响来实现磁场的测量。

2.单片机单片机是电子指南针的核心控制器，它负责磁场传感器数据的采集和处理，计算出指南针所指的方向。

常用的单片机有Atmel AVR系列和Microchip PIC系列等。

3.算法在磁场传感器测量到地球的磁场之后，需要通过算法将测量到的磁场转化为实际的方向。

常用的算法有磁力计校正算法和方位角计算算法等。

磁力计校正算法用于校正磁场传感器的非线性误差，而方位角计算算法用于将磁场数据转化为具体的方向。

二、设计步骤1.硬件设计硬件设计是电子指南针设计的基础，包括磁场传感器的选型和电路的设计。

首先需要选择适合的磁场传感器，根据系统的需求选择MR传感器或磁传感器，并连接到单片机的输入引脚。

然后根据单片机的引脚和电源需求设计电路，为单片机提供稳定的电压和电流。

2.软件开发软件开发是电子指南针设计的关键步骤，包括单片机的编程和算法的实现。

首先需要编写单片机的驱动程序，用于配置和读取磁场传感器的数据。

然后编写磁力计校正算法，校正磁场传感器的非线性误差。

最后编写方位角计算算法，将磁场数据转化为实际的方向。

3.调试和测试在完成硬件设计和软件开发之后，需要进行调试和测试来验证电子指南针的性能。

首先需要使用磁铁等外部磁场源来检测磁场传感器的灵敏度和稳定性。

数字指南针1 功能要求数字指南针要求使用固态磁阻传感器将地磁场的方位角转换成数字量的角度信号，利用单片机处理并显示或通过串行口传送到雷达或电子海图仪等航海设备上，从而实现运动方位角信息的显示。

数字指南针要求分辨率小于1O。

2 方案论证数字指南针又叫电子罗盘，是基于地磁场来定北极的一种仪器。

其测量误差不随时间积累，且体积小，可靠性高，响应速度快，相比传统机械罗盘具有较多的优点。

数字指南针的电路系统主要由地磁检测电路、地磁信号放大电路、磁阻传感器消磁电路、微处理器控制电路、液晶显示电路和接口电路组成。

控制器采用单片机STC12C5410AD，地磁检测采用磁阻传感器HMC1022。

STC12C5410AD单片机是宏晶公司产品，其运算速度为标准单片机的12倍，内带A/D转换器，具有强抗干扰性，低功耗，可在线编程等优点。

HMC1022是二维磁阻传感器电路芯片，其原理是利用电阻桥将磁场强度转换成差动输出电压，该信号电压通过运放放大后，输入到单片机进行A/D转换，最后由单片机进行数据处理并将测量方位角的结果显示在LCD液晶显示器上。

数字指南针设计原理框图如图1所示。

磁阻传感器HMC1022置位/复位电路液晶显示器单片机运放MAX232上位机X轴Y轴串口TXDRXD图1 数字指南针设计原理框图3 系统硬件电路的设计图2所示是数字指南针电路设计原理图。

电路由地磁检测电路、地磁信号放大电路、磁阻传感器消磁电路、微处理器控制电路、液晶显示电路和串行接口电路组成。

3.1 地磁检测电路地磁检测电路采用Honeywell公司生产的智能弱磁二轴传感器HMC1022。

其分辨率为85μGs，工作温度为-40～300℃，器件可在5～12V电源范围内工作。

芯片使用16引脚小型SOP封装，最低可检测30μGs的磁场，是一款高可靠性、高灵敏度的磁阻芯片。

双轴磁阻传感器内部具有2个相互垂直安放的磁传感器，当磁阻传感器与航船相对固定并保持水平状态时，利用从2个传感器输出的水平与垂直磁分量大小就可以算出方位角θ（见图3）。

电子指南针设计报告正文电子指南针是一种能指示电子方向或者指向远程物体、地点的仪器。

相对于传统的磁指南针，电子指南针更加准确、自动化，可以满足更多领域的需求。

本文旨在介绍一个电子指南针的设计报告，包括设计原理、系统架构、主要部分的设计方案以及功能测试情况。

一、设计原理电子指南针是基于磁场感应原理设计的。

它通过测量周围磁场的强度和方向来确定自己的方向。

主要包括两个部分：磁力计和陀螺仪。

磁力计是用于测量地球磁场的强度和方向的仪器。

通过测量地球磁场在三轴的分量，可以确定自身的方向。

磁力计通常采用霍尔元件来检测磁场的变化。

陀螺仪则是用于测量旋转角速度的仪器。

相对于磁力计，它是通过测量自身旋转时产生的离心力来确定方向的。

陀螺仪通常采用微机电系统（MEMS）技术，将陀螺的旋转作用转化为电信号。

在实际应用中，电子指南针通常会同时使用磁力计和陀螺仪以提高精度和稳定性。

二、系统架构电子指南针的系统架构主要分为三个部分：传感器模块、处理模块和显示模块。

传感器模块是用于采集磁场和角速度的信息，并将其转化为数字信号的模块。

该模块包括磁力计、陀螺仪等传感器以及ADC转换器等元件。

处理模块是用于对传感器模块采集的信息进行处理和计算的模块。

该模块包括微处理器、存储器、计算器等元件。

显示模块是用于将处理后的信息以符合人类直觉的方式展示的模块。

该模块包括显示器、LED指示灯等元件。

三、主要部分的设计方案1. 磁力计磁力计主要由霍尔元件、电阻及运算放大器等几部分组成。

其中，霍尔元件是用于感应磁场的变化的元件，其量程和灵敏度决定了电子指南针的精度和稳定性。

为了保证磁力计的准确性，需要对霍尔元件进行矫正。

具体实现方式是通过在多个方向上对磁场进行校准，得出一组矫正系数，并将其存储在存储器中，以便后续计算时使用。

2. 陀螺仪陀螺仪主要由加速度计和角速度计两个部分组成。

加速度计用于测量自由落体加速度，并根据牛顿第二定律计算出自身的旋转方向和速度。

基于STM32电子指南针的设计摘要对于电子指南针而言，其不仅仅在我们的日常生活中非常的普遍，而且在在航海、工业等领域中发挥巨大作用，因此未来的市场前景非常的理想。

本论文在设计电子指南针的过程中，其电子控制系统的核心采用的是 stm32 单片机自动控制系统，具体分析是指，借助于先进的磁场传感器，勘测并且获取所在地位和区域的磁场强度，依据勘测的相关数据，同时结合设定好的磁场数据，换算出角度，同时结合实际情况的强度变化，平衡偏差，进而获取现有的位置数据。

电子指南针主要STM32F103C8T6单片机、LCD1602液晶显示、GY-271模块及电压组成。

指南针模块电路把磁场信号转化为电信号，电信号经过放大电路，整流电路等处理，数字信号经过主控芯片的处理送入LCD显示.在本文的研究过程中，探讨利用stm32 单片机的方式实现电子指南针的功能，并通过仿真验证该高能。

本系统的设计优势是指，指南针的结构非常普通、性价比高，同时有非常高的精度，可以便利的检测说的所在的角度和位置，因此有很高的运用价值，可以大范围的推广使用。

关键词：stm32单片机；磁场; 电子指南针；转化；精度第1章绪论1.1 背景的简述指南针作为辨别方向用的仪器，其是凝结了中国劳动人民的伟大发明。

最开始它称之为司南，其最初的原理是在地球磁场中，结合天然磁石进行方向指示，其在航海等相关活动中起到了引导方向的作用。

不过指南针随着时代的发展，为了更好满足人们的需求，对其制作技艺有更好的要求，同时对精度也有更高的要求。

在这个时代的指南针的本质原来没区别，但是现有的机械指南针，不管是便携度，还是灵敏度都有待改进。

历经半个世纪的发展，不仅仅电子科技快速发展，同时设备也逐步实现智能化、自动化。

对于指南针而言，在原有的机械化指南针的基础上，充分利用磁场的传感器等技术作用下逐步发展成电子式，使得电子指南针的使用便利性更强，而且进度更有保证。

依据磁场的传感器，结合地球的电磁场的方向，主要包含了霍尔效应式，磁通门式还有磁阻效应式等三种类型。

毕业设计说明书数字式电子罗盘设计学生姓名：孔垂礼学号： ********** 学院：计算机与控制工程专业：电气工程及其自动化指导教师：***2015 年 06 月数字式电子罗盘设计摘要数字式电子罗盘具有很多优点，例如：体积比较小、启动非常迅速、功率损耗较低、制造成本低廉等,当今社会测控技术对测向传感器提出了非常高的要求;为了提高数字罗盘的测量精度,特意设计了一种基于HMC5883L三轴磁阻传感器[1]的数字电子罗盘;在分析相关类似产品的基础上,特别强调对电源、器件选型、信号调理电路、软件设计等方面进行了分析研究,设计出了数字罗盘并且研制了试验的样机;为验证设计效果,在双轴陀螺测试转台上进行了测试,试验结果初步验证了该设计方案的可行性;论文的研究工作可以为研究和改良数字式磁罗盘的测量准确度提供可靠的资料.关键词：地磁场，数字罗盘，HMC5883L三轴磁阻传感器，重力加速度计Here is the translation of your chinese paper’s titleAbstractDigital electronic compass, has small volume, quick start, low power consumption, and low cost, the modern measurement and control technology puts forward higher requirements on sensor of direction finding; In order to improve the precision of the digital compass, we design a HMC5883L triaxial magnetic resistance sensor based digital electronic compass; On the basis of the analysis of related products, focuses on the power supply, device selection, signal conditioning circuit and software design are analyzed in aspects of research, design the digital compass and test prototype was developed; To verify the design effect, on the two-axis gyro testing table was tested, experimental results verify the feasibility of the design scheme of; Thesis research work could be used to research and provide reference for improving the measuring accuracy of digital magnetic compass.Key words : Earth's magnetic field, digital compass, HMC5883L three-axis magnetic resistance sensor, the gravity accelerometer目录摘要 (2)Abstract (3)目录...........................................................................................................................................错误!未定义书签。

基于单片机的电子指南针设计摘要指南针是一种广泛应用于航海、军事、野外探险和户外运动等领域的重要仪器，指示方向十分重要。

本文基于单片机制作了一款电子指南针，通过磁力传感器测量地磁场强度，并以此计算地理正北方向。

该电子指南针具有体积小、重量轻、精度高、可靠性好等特点，适合于户外探险、露营和徒步旅行等活动。

关键词：电子指南针，单片机，磁力传感器，地磁场AbstractCompass is an important tool widely used in navigation, military, outdoor exploration and sports, and it is very important to indicate the direction. In this paper, an electronic compass based on single-chip microcomputer was made, which measures the magnetic field strength through magnetic sensors, and calculates the geographical true north direction. The electronic compass has the characteristics of small volume, light weight, high accuracy, good reliability, etc., which is suitable for outdoor exploration, camping, hiking and other activities.Keywords: electronic compass, single-chip microcomputer, magnetic sensor, magnetic field引言指南针，是一种测量地球磁场方向的仪器。