畢業(yè)設(shè)計(jì)譯文中文

1、1AMR電子羅盤的設(shè)計(jì)及其誤差補(bǔ)償摘要該文介紹了磁阻式電子羅盤的工作原理設(shè)計(jì)了一種利用磁阻傳感器和加速度計(jì)測(cè)定航向角、俯仰角、側(cè)滾角的電子羅盤測(cè)量系統(tǒng)。在分析電子羅盤誤差形成的基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的補(bǔ)償方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明利用這些補(bǔ)償方法可有效的減低由制造和安裝等所引起的誤差。同時(shí)這種補(bǔ)償方法也適用于其它3軸傳感器系統(tǒng)。關(guān)鍵詞:導(dǎo)航系統(tǒng)，磁阻傳感器，誤差補(bǔ)償1引言目前導(dǎo)航系統(tǒng)在汽車、航海、航空等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。電子羅盤是導(dǎo)航系統(tǒng)不可缺

2、少的重要組成部分主要分為磁通門和磁阻式。磁通門傳感器是由一套環(huán)繞磁芯的線圈組成該磁芯配有勵(lì)磁電路能夠提供低成本的磁場(chǎng)探測(cè)方法但它們體積偏大、易碎、響應(yīng)時(shí)間慢。而使用磁阻傳感器的電子羅盤克服了磁通門羅盤的不足具有體積小、重量輕、精度高、可靠性強(qiáng)、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)是未來電子羅盤的發(fā)展方向。因此本文所設(shè)計(jì)的電子羅盤采用3軸磁阻傳感器進(jìn)行地球磁場(chǎng)矢量測(cè)量利用2軸加速度計(jì)測(cè)量載體的重力加速度通過補(bǔ)償算法校準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差得到載體的航向角。2電子羅

3、盤的基本原理地球的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.51040.6104T無論何地磁場(chǎng)的水平分量永遠(yuǎn)指向磁北這是所有電子羅盤的制作基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的導(dǎo)航定位通過以下3個(gè)姿態(tài)參數(shù):航向角(α)俯仰角(γ)橫滾角(β）。將磁阻傳感器的3個(gè)敏感軸沿載體的3個(gè)坐標(biāo)軸安裝分別測(cè)量地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度H在載體坐標(biāo)系3個(gè)坐標(biāo)上的投影分量(HXHYHZ)。在地平坐標(biāo)系中磁阻傳感器的3軸輸出為(HRXHRYHRZ）。式（1）如下????TZYXTZRYRXRHHHHHHcossin0

4、sincos0001cos0sin010sin0cos11????????????????????????????????2軸加速計(jì)測(cè)得的重力加速度為GXGY已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎禐間可得:γ=arcsin(GYg)(2)β=arcsin(GXg)(3)3在傳感器測(cè)量范圍內(nèi)磁阻傳感器輸出的是與磁場(chǎng)成正比的差分電壓信號(hào)在5V供電的情況下產(chǎn)生30mV的偏置電壓因此可通過信號(hào)調(diào)理電路把雙極性的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成單極性信號(hào)同時(shí)通過模擬低通濾波消除高

5、頻噪聲最終得到0～5V的電壓范圍。AD7714是一款高分辨率、低噪聲的24位Σ△AD轉(zhuǎn)換器支持6路單端信號(hào)輸入滿足5路信號(hào)的采集要求。3.2.3MCU模塊作為整個(gè)設(shè)計(jì)的核心部分微處理器負(fù)責(zé)對(duì)傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理通過姿態(tài)矩陣誤差補(bǔ)償可以得到載體的姿態(tài)參數(shù)。但其計(jì)算量較大普通的單片機(jī)不能滿足使用要求本系統(tǒng)最終選用高速DSP芯片作為微處理器。TMS320VC5402是一款性價(jià)比極高的16bit定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器最高工作頻率可達(dá)100M

6、Hz提供了兩個(gè)高速、雙向、多通道帶緩沖的串行接口。置位復(fù)位電路是用于消除高強(qiáng)度的磁場(chǎng)對(duì)磁阻傳感器的影響使其恢復(fù)到測(cè)量磁場(chǎng)的高靈敏度狀態(tài)。置位復(fù)位信號(hào)是在微處理器的控制下產(chǎn)生置位脈沖和復(fù)位脈沖對(duì)傳感器所起的作用基本一樣唯一的區(qū)別是傳感器的極性改變。4系統(tǒng)誤差分析及其補(bǔ)償方法電子羅盤是通過地球磁場(chǎng)來確定載體航向角因而不希望有其它磁場(chǎng)疊加到地磁場(chǎng)上影響磁場(chǎng)的大小和方向造成航向角誤差。由于磁阻傳感器本身的構(gòu)造和環(huán)境因素的影響誤差是不可避免的。主

7、要誤差可分為:制造誤差、安裝誤差和環(huán)境誤差。環(huán)境誤差是由磁阻傳感器周圍的鐵磁材料影響而引起的磁羅差可以通過參考文獻(xiàn)3、4中提出的方法進(jìn)行校正補(bǔ)償。本文主要研究制造誤差和安裝誤差的補(bǔ)償方法假定載體是安裝在無鐵磁材料的環(huán)境中。4.1制造誤差補(bǔ)償制造誤差與多種因素有關(guān)主要表現(xiàn)為這3方面:一是由于PCB生產(chǎn)工藝以及芯片的安裝并不能保證傳感器的3軸完全的正交而引起的誤差稱為正交誤差二是由于傳感器的靈敏度和放大倍數(shù)的乘積不相等而引起的誤差稱為靈敏度