电子指南针毕业设计论文

青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文）

I 摘 要

早期的指南针采用了磁化指针和方位盘的组合方式，整个指南针从便携性、指示灵敏度上都有一定不足，极易受到外界因素的干扰。本系统采用专用的磁场传感器结合高速微控制器（MCU）的电子指南针能有效解决这些问题。

系统采用了磁阻（GMR）传感器采集某一方向磁场强度后通过MCU控制器对其进行处理并显示上传，通过对电子指南针硬件电路和软件程序的分析，阐述了电子指南针基本的工作原理及实现。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实现磁场校准，磁偏角补偿，重新设定等功能。

关键词：电子指南针；磁阻传感器；单片机；液晶 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文）

II Abstract

Since the early use of a magnetic compass and direction-pointer of the composition, the

entire compass from scratch, on the instructions of a certain sensitivity of the defect. Using a

dedicated high-speed magnetic sensors with microcontroller (MCU) electronic compass can

effectively solve these problems.

The system is designed by the reluctance (GMR) sensors collecting a certain direction

through the magnetic field strength after the MCU Controller its judgement will be dealt with

the results, through the LCD screen display and can be sent to the MCU's top serial Machine.

The actual test compass module can reach 1 °, in the LCD display on the current position and

through the keyboard control can realize functions like the magnetic field calibration,

Magnetic declination, Reset etc.

Key words: electronic compass; GMR; MCU; LCD青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文）

目 录

摘 要 .................................................. I

1 引言 .................................................. 1

1.1 课题背景 .................................................... 1

1.2 指南针原理介绍 .............................................. 1

1.3 国内外研究现状 .............................................. 2

1.4 本课题研究的意义 ............................................ 3

2 单片机及相关物理量介绍 ................................ 4

2.1 单片机系统简介 .............................................. 4

2.2 物理量简介 .................................................. 7

2.3 电子指南针的主要偏差及校正 .................................. 9

3 原理及系统框图 ....................................... 13

3.1 测量原理简介 ............................................... 13

3.2 系统总图框图 ............................................... 14

3.3 系统其他模块简介 ........................................... 15

4 系统硬件 ............................................. 23

4.1 系统控制模块 ............................................... 23

4.2 指南针模块 ................................................. 24

4.3 实时时钟模块 ............................................... 25

4.4 液晶显示电路 ............................................... 26

4.5 系统输入电路 ............................................... 27

5 系统软件 ............................................. 29

5.1 主监控程序 ................................................. 29

5.2 实时时钟驱动 ............................................... 30

5.3 指南针模块驱动 ............................................. 30

5.4 键盘驱动 ................................................... 32

5.5 液晶模块驱动 ............................................... 33

结 论 ............................................... 34

致 谢 ............................................... 35

参考文献 ............................................... 36

附 录 ............................................... 37 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文）

1 1 引言

1.1 课题背景

指南针的发明是我国劳动人民，在长期的实践中对物体磁性认识的结果。由于生产劳动，人们接触了磁矿石，开始了对磁性质的了解。人们首先发现了磁石引铁的性质。后来又发现了磁石的指向性。经过多方的实验和研究，终于发明了可以实用的指南针。

指南针的始祖大约出现在战国时期。它是用天然磁石制成的。样子象一把汤勺，圆底，可以放在平滑的“地盘”上并保持平衡，且可以自由旋转。当它静止的时候，勺柄就会指向南方。古人称它为“司南”。司南由青铜盘和天然磁体制成的磁勺组成，青铜盘上刻有二十四向，置磁勺于盘中心圆面上，静止时，勺尾指向为南。

但司南也有许多缺陷，天然磁体不易找到，在加工时容易因打击、受热而失磁。所以司南的磁性比较弱，而且它与地盘接触处要非常光滑，否则会因转动摩擦阻力过大，而难于旋转，无法达到预期的指南效果。而且司南有一定的体积和重量，携带很不方便，使得司南长期未得到广泛应用。

1.2 指南针原理介绍

地球是个大磁体，其地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近。根据磁体同级相斥，异级相吸的普便现象，无论处于何地磁体的南极会指向地球的北极附近；而磁体的北极会指向地球的南极附近。所以磁体这种指向性可以用来确定方向。

随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发展到现在的便携式指南针。但其基本构造是没有改变，都属于机械指针式，指示的机械结构也基本没有改变。由于机械的先天因素导致了指针式指南针在便携性、灵敏度、精度以及寿命上都有一定的限制。

1.2.1 电子指南针的形成

指南针是一个重要的导航工具，甚至在GPS中也会用到。随着电子技术的飞速发展，特别是在磁传感器和专用芯片上的发展使指南针的基本实现机理有了质的改变，不再是机械结构而采用了磁场传感器和专用处理器对磁场进行测量和处理后指示方向，这就是当前应用较为广泛的电子式指南针。

电子指南针替代旧的指针式指南针或罗盘指南针，因为电子指南针全采用固态的原件，还可以简单地和其他电子系统接口。

电子指南针系统中磁场传感器的磁阻（MR）技术是最佳的解决方法，和现在很多电子指南针还在使用的磁通量传感器相比较，MR技术不需要绕线圈而且可以用集成电路（IC）生产过程生产，是一个更值得使用的解决方案。 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文）

2 1.2.2 电子指南针的优势

与传统的机械指针式指南针相比，因电子式指南针采用电信号传送，且以较为直观的方式显示测量的结果，所以电子式指南针无论是在灵敏度上还是在精度上都远胜前者，而且不会因为机械磨损而减短使用寿命。

此外，电子指南针在功能上更加人性化，由于是采用功能性模块，因此可以非常方便的扩展各个功能，例如在原有的电子指南针的功能基础上还可以集成数字时钟等扩展功能，方便实用。

1.3 国内外研究现状

随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”发展到现在的便携式的指南针。但其基本构造是没有改变的，都是属于机械的指针式，其指示的机械结构基本上没有改变，都是利用某种支撑使得磁针能够受到地磁场的影响而自由的旋转。

由于机械的先天因素导致了指针式指南针在便携性、灵敏度、精度以及使用寿命上都有一定的限制。由于国内外电子技术的飞速发展，特别是在磁传感器和专用芯片（ASIC）上的发展使能指南针的基本实现机理有了质的改变，不再是机械结构而采用了磁场传感器和专用处理器对磁场进行测量和处理后指示方向，这就是当前应用较为广泛的电子式指南针。

国内外现阶段研究电子指南针的主要应用是提供地磁导航功能，相对于其他导航手段而言,地磁导航起步得比较晚。在20世纪60年代中期,美国的E2systems公司提出了基于地磁异常场等值线匹配的MAGCOM系统, 70年代获得测量数据后,系统进行了离线实验。20世纪80年代初,瑞典的Lund学院对船只的地磁导航进行了实验验证,实验中将地磁强度的测量数据与地磁图进行人工比对,确定船只的位置,同时根据距离已知的两个磁传感器的输出时差,确定船只的速度。