基于隧道磁阻传感器的三维电子罗盘设计

电子罗盘模块按照NMEA格式，通过RS232/485串口提供航向输出（横滚、俯仰、偏航）采用Honeywell公司的固态磁阻传感器，具有快速的响应时间至20Hz，航向精度为0.5˚ ,分辨率为0.1˚。

快速响应时间小体积低功耗高精度宽的倾斜角度对铁磁物性金属进行补偿使用固态磁传感器提高了响应速度，和万向架固定式的磁通门传感器相比提高了数据更新速度。

仅为一块线路板，重量小于57克，体积为83x25x22mm，铝外壳封装。

功耗小于25mA，可长时间电池供电0.5˚ 航向精度，分辨率0.1˚ ,可适用于严格定向的应用场合。

倾斜角度为±40˚ ，适合于广泛的要求精确的应用通过对因环境中存在铁磁性金属而对地磁场造成的扭曲的补偿，提高精度。

下表显示，9针插头引脚排列，电源可以为调制的5V ，或不调制6—15V ，只有#9针或#8针中的一个，可由给定连接方法连接。

见以下：接口信号描述通信HMR3000 用简单的ASCII 字符与外部主控制器，通过 RS-232 或 RS-485 通讯。

ASCll 码的发送和接收，使用1个起始位，8个数据位（先是LSB,MSB 总为０） ,无奇偶位，和一个停止位，波特率可设置为1200，2400，4800，9600，19200或38400，HMR3000 对所有收到的带校验码的有效输入作反应。

罗盘输出HMR3000输出三种NMEA 标准格式(HDG,HDT 和XDR),三种专用格式(HPR,RCD 和CCD)，及一个 ASCll 码航向输出，用于数据显示。

HDG,HDT 和HPR 是最通用格式。

$HCHDG 航向、偏差角、磁偏角$HCHDG, 85.5, 0.0, E, 0.0, E*77$HCHDT,航向、对（True)$HCHDT,271.1,T*2C$PTNTHPR,航向、俯仰和横滚$PTNTHPR,Heading,Heading Status,Pitch,Pitch Status,Roll,Roll Status*hh<cr><lf>$PTNTHPR,85.9,N,-0.9,N,0.8,N*2C名称TxD/B RxD/A GND 6-15V 5VOper/Calib(2)Run/Stop(2)Ready/Sleep(2)Cont/Reset(2)入/出Out In In In In In In In In引脚235981647描述RS-232 发送/ RS-485RS-232 接收 / RS-485电源/信号地未调理的电源电压输入调理的电源电压输入Operate/Calibrate (3) input (open=Operate)Run/Stop (3) input (open=Run)Ready/Sleep (3) input(open=Ready)Continue/Reset (3) input (open=Continue)（典型值）－－－6－155 ± 5%0－50－50－50－5（最小值）(1)-18-1800-20-20-20-20单位Vdc VdcVdc Vdc Vdc Vdc Vdc Vdc（最大值）(1)1818307.520202014(1) 绝对最大值(2) 沉电流：200µA (典型值)， 400mA(最大值)(3) 开路输入 =高电平HMR3000 连线图——计算机RS232 到 HMR3000订货指南HMR3000-Demo-232*.....RS232HMR3000-D00-232..........RS232.........NoneHMR3000-D21-232..........RS232.........Extended BaseHMR3000-D00-485..........RS485.........NoneHMR3000-D21-485..........RS485.........Extended Base*Development Kit includes one module in alu minum enclosure, cablingwith power supply, demonstration software for PC running Windows™and User’s Manual.数值<0.5˚<1.5˚± 0.3˚0.1˚degrees/mils ±40˚±0.4˚±0.6˚±0.2˚0.1˚degree/mils ±1.0 Gauss （最大值）1 mGauss 5.0 Vdc 调理电压6~15Vdc 未调理电压35 mA@6 Vdc13 mA 2.0 mA RS-232RS-4851200 to 38400 bps NMEA 0183连续滤波0.75 oz (22g)3.25 oz (92g)1.2 x 2.95 x 0.7601.5 x 4.2 x 0.88-20 to 70˚C -35 to 100˚C 30 英寸高落下20~2000Hz Random 2 hrs/axisIPC6012IPC610航向角俯仰和横滚磁场电气接口物理环境制造指标1. 航向精度是假设地球磁体只有硬铁干扰，已通过标定进行补偿2. 标定值3. 由设计参数保证4. 典型5. 迟到或超过＊器件方向角不超过75˚在工作或贮存时——可引起短暂的精度损失。

基于隧道磁阻传感器的三维电子罗盘设计∗王琪;李孟委;王增跃;蒋孝勇;李锡广【摘要】Existing electronic compass is vulnerable to be distracted by the Magnetic Field in external environment, which leads to low accuracy. To solve this problem,a three-dimensional electronic compass is designed based on Tunneling Magneto Resistance sensor and a prototype is made. The error characteristics of compass in a real envi-ronment is studied,and ellipse hypothesis are carried out to compensate the azimuth error after ellipsoid-fitting cor-rection. Through experimental tests,the compensation effect of the ellipse hypothesis method,which compensated az-imuth accuracy of up to 0.85° and effectively reducing 94.81% of the azimuth error. Experimental results show that applying TMR sensor to electronic compass is feasible.%针对现有电子罗盘在地磁场检测时易受到外界磁场干扰而导致测量精度不高的问题，设计了基于隧道磁阻传感器( TMR)的三维电子罗盘并完成样机制作。

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。

Hot-Point Perspective热点透视DCW151数字通信世界2019.07罗盘，在我国又被称为指南针，又名罗经仪，在近代主要用于航海，对于新大陆的发现和全球化运动发挥了重要作用。

然而在今天的工业和社会生活中，罗盘主要用来导航。

GPS 也也就是全球卫星定位系统，是目前使用最广的一种导航定位手段，但是它的信号经常被地形和地面的物体所阻挡，使得精度大幅度降低，特别是在植物茂密的森林和高楼林立的城市地区，GPS 信号的实用性仅有60%。

定位结果误差较大将导致设备无法正常工作。

电子罗盘是一种能探测航向角或其他的姿态的装备，该装备在日常生活中发挥着很重要的作用，它应用了地磁场和重力加速度电子罗盘结合GPS ，能有效弥补GPS 的缺陷，实现复杂地形环境下的精确定位导航。

因此，本文介绍了一种基于磁阻传感器HMC1022的电子罗盘的基本测量原理和误差分析。

1 地磁场简介和测量原理外源变化磁场、地核主磁场、感应磁场，以上四种磁场大体组成了地磁场。

地核主磁场所占的比重最大，百分比是95%；感应磁场以及外源变化磁场占的比重最少，仅仅只有1%；地核磁场所占的比重稍微比感应磁场多一些，高出3%，比重为4%。

我们可以设想地球内部存在一磁铁，磁铁的中心正好和地心相重合。

这样，无论在地球内部或是外部都存在许多的磁力线，在地球内部线从地球北极出发指向南极，在地球外部南极发出磁力线，最终都回到北极。

地磁场存在于三维空间内，是一个矢量场。

为了形容地磁场的散布特征，可以把观测点作为原点建立一个三维坐标系，该坐标系的三个轴x 、y 、z 轴的正向分别代表的方向是：地球的北方向、地球的东方向、在观测点处垂直向下的方向。

Z 、X 、Y 是三个磁场分量，Z 是垂直向下的，X 是指向北方向的、Y 是指向东方向的。

磁倾角、水平强度、磁偏角、总强度称为四要素，该四要素在地磁场的研究中发挥着不可替代的作用。

其中，I 表示磁倾角，该夹角存在于水平面与总矢量之间；H 是水平强度，它是地磁场的水平分量；D 表示磁偏角，存在于地球正北方向和H 之间。

TMR传感器的原理和特性以及其应用解析在美国拉斯维加斯举办的全球最大电子产品展览会“2018年消费类电子产品展销会（CES 2018）”的TDK和AKM的展台上发布了一款高精度3轴磁力计。

该磁力计将TDK公司开发的高度灵敏的隧道磁阻（TMR）元件与AKM公司设计的先进电子罗盘ASIC组合到一个小型LGA 11针封装内。

该新型TMR磁力计附在一块芯片上，微型尺寸仅为1.6毫米x 1.6毫米x 0.6毫米，而其特点是具有业内最低的RMS噪音，仅为40 nT-rms，且在在输出数据速率为100Hz时, 电流消耗亦非常低，仅为40 µA。

由于具有10 nT/LSB（最低有效位）的高灵敏度，该磁传感器可以非常精确地检测磁场内细小变化，从而能够在地球磁场或磁场发生器的帮助下高度准确地探测位置和方位。

这些独一无二的特点使得TMR磁力计适用于紧凑型电子设备上，例如：智能手机、平板电脑、游戏机控制器和各种各样的可穿戴设备，以及需要位置和方位精度高的其他应用，例如：虚拟现实、增强现实或混合现实（VR、AR和MR）或室内导航。

磁传感器磁传感器是种类繁多的传感器中的一种，它能够感知与磁现象有关的物理量的变化，并将其转变为电信号进行检测，从而直接或间接地探测磁场大小、方向、位移、角度、电流等物理信息，广泛应用于信息、电机、电力电子、能源管理、汽车、磁信息读写、工业自动控制及生物医学等领域。

随着科技进步和信息技术的发展，人们对磁传感器的尺寸、灵敏度、热稳定性及功耗等提出了越来越高的要求。

广泛应用的磁传感器主要是基于电磁感应原理、霍尔效应及磁电阻效应等。

其中基于磁电阻效应的传感器由于其高灵敏度、小体积、低功耗及易集成等特点正在取代传统的磁传感器。

目前市场上主要的磁传感器芯片是基于霍尔效应、各向异性磁电阻(AMR)和巨磁电阻(GMR)效应而开发的，而由于TMR磁传感器芯片拥有的小型化、低成本、低功耗、高度。