CN2793692Y - 基于gmr传感器的数字式指南针 - Google Patents

基于gmr传感器的数字式指南针 Download PDF

Info

Publication number
CN2793692Y
CN2793692Y CN 200420058328 CN200420058328U CN2793692Y CN 2793692 Y CN2793692 Y CN 2793692Y CN 200420058328 CN200420058328 CN 200420058328 CN 200420058328 U CN200420058328 U CN 200420058328U CN 2793692 Y CN2793692 Y CN 2793692Y
Authority
CN
China
Prior art keywords
gmr sensor
digital compass
sensor according
compass based
chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN 200420058328
Other languages
English (en)
Inventor
汤玉林
李俊文
翟光杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Physics of CAS
Original Assignee
Institute of Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Physics of CAS filed Critical Institute of Physics of CAS
Priority to CN 200420058328 priority Critical patent/CN2793692Y/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN2793692Y publication Critical patent/CN2793692Y/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)

Abstract

本实用新型涉及一种数字式指南针，特别是基于GMR的数字式指南针，主要应用于军事、民用导航。它包括：主传感电桥、辅传感电桥、主信号调理模块、辅信号调理模块、校正模块、多路模拟信号AD转换电路、单片机模块和与其它设备通信的数字接口。该***采用了GMR磁阻传感器和加速度计校正技术，提高了指南针的方向角分辨能力，提高了非水平状态下的准确度。

Description

基于GMR传感器的数字式指南针
技术领域
本实用新型涉及一种数字式指南针，特别是基于GMR的数字式指南针，主要应用于军事、民用导航。
背景技术
在原有的基于磁通门、磁感应或者霍尔效应传感器等的数字式指南针中，如图1所示，将基于磁通门、磁感应或者霍尔效应的传感器作为磁场到电量的转换元件，之后通过信号调理和模数转换，最终用数字量来表示方向。原数字式指南针存在许多不足之处：基于磁通门和磁感应传感器的指南针精度较高，可达±1°，但由于线圈的介入使其体积较大，结构相对复杂，较难嵌入到其它***中；基于霍尔效应传感器的指南针虽然结构简单，容易集成，但存在精度不高的问题；没有引入Z轴校正，不能在非水平下状态下使用。
实用新型内容
针对上述存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种基于GMR传感器的数字式指南针，不仅精度高、体积减小、易集成，而且可在非水平状态下使用。
为实现上述目的，本实用新型一种基于GMR传感器的数字式指南针包括：主传感电桥、辅传感电桥、主信号调理模块、辅信号调理模块、校正模块、多路模拟信号AD转换电路、单片机模块和数字接口，所述主、辅传感电桥的输出分别经所述主、辅信号调理模块放大、滤波后调整到适合AD转换的电压范围；以单片机模块作为整个***的控制中心，负责模拟信号的通道切换、AD转换的启动控制和数据读出并分析得出当前方向角，之后通过数字接口传送给其它设备。
进一步地，所述主传感电桥、辅传感电桥采用巨磁阻GMR效应的磁阻传感器，所述校正模块采用加速度计。
进一步地，所述加速度计采用Applied MEMS公司的SF3000L型加速度计。
进一步地，所述单片机模块包括单片机芯片及其复位、震荡电路。
进一步地，所述单片机芯片为ATMEL89C52。
进一步地，所述主、辅信号调理模块包括信号放大、低通滤波电路。
进一步地，所述信号放大电路包括放大器及其***器件。
进一步地，所述放大器为AD公司的仪表放大器AD620。
进一步地，所述多路模拟信号AD转换电路包括多路模拟开关和AD转换电路。
进一步地，所述多路模拟开关为AD公司的八选一芯片AD7503。
进一步地，所述AD转换电路包括AD芯片和与其相连接的量程控制电路。
进一步地，所述AD芯片为ANOLOGY DEVICE公司的AD1674。
进一步地，所述数字接口为RS232接口芯片。
进一步地，所述RS232接口芯片为MAXIM的MAX232。
本实用新型采用了GMR磁阻传感器和加速度计校正技术，提高了指南针的方向角分辨能力，提高了非水平状态下的准确度，因此不仅精度高、体积减小、易集成，而且可在非水平状态下使用。
附图说明
图1为原有基于磁通门、磁感应或霍尔效应传感器的数字式指南针的结构框图。
图2为本实用新型的结构框图。
图3为本实用新型的主传感电桥电路图。
图4为本实用新型的辅传感电桥电路图。
图5为本实用新型的主信号调理模块电路图。
图6为本实用新型的辅信号调理模块电路图。
图7为本实用新型的单片机模块电路图。
图8为本实用新型的多路模拟信号AD转换电路图。
图9为本实用新型的数字接口电路图。
图10为本实用新型的主、辅传感器的电阻变化曲线。
图11为本实用新型的方位判据图。
图12为本实用新型的单片机程序流程图。
具体实施方式：
如图2所示，本实用新型采用GMR磁阻传感器组成主、辅传感电桥，将方向信号转换为电桥的输出，分别经主、辅信号调理模块放大、低通滤波，成为适合AD1674输入量程的信号；以ATMEL89C52单片机为控制核心，通过将调理后的信号和加速度计的输出经多路通道开关、AD转换后变成数字信号，分析成方向角后通过RS232接口传送给其它设备。
通过RS232接口芯片MAX232与其它设备相连，进行数据通信；单片机程序在加电复位后，就开始采集主、辅电桥信号和加速度计的输出，计算出方向角并阀送出去，并不间断地重复此操作，如图12所示。
下面分别对各部分电路图做详细解释。
图3为本实用新型的主传感电桥电路图。主传感电桥中，GMR传感器S1为一中心抽头的电位器，两部分构成四臂电桥的两臂，与电阻R2、R3构成四臂电桥，并由稳定的5伏电源驱动，由此完成了磁场的变化到S1中两臂电阻的变化，再到测量电桥输出V1、V2电压差的变化。
图4为本实用新型的辅传感电桥电路图。辅传感电桥中，GMR传感器S2为一中心抽头的电位器，两部分构成四臂电桥的两臂，与电阻R8、R9构成四臂电桥，并由稳定的5伏电源驱动，由此完成了磁场的变化到S2中两臂电阻的变化，再到测量电桥输出V3、V4电压差的变化。
图5为本实用新型的主信号调理模块电路图。U10为仪表放大器AD620，配上增益设置电阻R4组成放大电路，对前级电路——测量电桥的输出信号V1、V2的差值进行放大。U11为放大器OP07，外加R6、R7组成第二级放大电路。电容C10和R6完成低通滤波，去除信号中的高频噪声。
图6为本实用新型的辅信号调理模块电路图。U8为仪表放大器AD620，配上增益设置电阻R10组成放大电路，对前级电路——测量电桥的输出信号V3、V4的差值进行放大。U9为放大器OP07，外加R13、R12组成第二级放大电路。电容C11和R13完成低通滤波，去除信号中的高频噪声。
图7为本实用新型的单片机模块电路图。11.0592MHz的晶振与单片机的X1和X2相连，由单片机的内部振荡电路产生其工作所需的时钟。R18、C14、SW1、R17组成单片机的复位电路，实现***的正常启动。CS_7503用于AD7503的片选，高电平有效。CS_1674、A0_SC、RC_1674、AD_STATUS共同完成AD转换的启动、转换状态判断、转换结果读取等工作。
图8为本实用新型的多路模拟信号AD转换电路图。U4为模拟开关AD7503，P17、P16、P15分别接到单片机U1的P17、P16、P15引脚，编码控制AD7503的通道选择，完成电桥信号、加速度计信号到U2芯片AD1674的通道切换。CS_1674用于AD1674的片选，低电平有效。A0_SC为低电平，RC_1674由高电平变为低电平时，启动12位AD转换；RC_1674为高，将转换结果从AD1674读出，当A0_SC为低电平，AD1674允许高八位(DB4～DB11)输出，当A0_SC为高电平，允许低四位(DB0～DB3)输出，且DB7～DB4＝0。VR7为100欧姆的电位器，用来调节AD1674的输入参考电压，VR8为100欧姆的电位器，用来调节AD1674的量程偏移。
图9为本实用新型的与其它设备通信的数字接口的电路图。U3为MAXIM公司的串行接口芯片MAX232，完成TTL逻辑电平与RS232串行接口信号电平的转换。TXD_51、RXD_51分别与单片机的TXD、RXD引脚相连，负责单片机端信号的发送、接受；TXD_232、RXD_232接到外部设备的RS232接口。C15、C16、C18、C19均为1uF的电解电容，使MAX232正常工作。
图10为本实用新型的主、辅传感器的电阻变化曲线。主GMR传感器来标定角度，辅GMR传感器置于主传感器顺时针转动90°所在的位置，用来解决测量的唯一性问题。实线、虚线分别为主、辅传感器的电阻与方向角的关系曲线。图中Ro是磁电阻的零磁电阻值(无外加磁场时的磁电阻值)，0°和360°表示正北，90°表示正东，180°表示正南，270°表示正西。根据两个传感器的数据来确定方位的具体判据见图11，这样利用两个传感器便可唯一确定方向角。

Claims (14)

1、一种基于GMR传感器的数字式指南针，其特征在于，包括：主传感电桥、辅传感电桥、主信号调理模块、辅信号调理模块、校正模块、多路模拟信号AD转换电路、单片机模块和数字接口，所述主、辅传感电桥的输出分别经所述主、辅信号调理模块放大、滤波后调整到适合AD转换的电压范围；以单片机模块作为整个***的控制中心，负责模拟信号的通道切换、AD转换的启动控制和数据读出并分析得出当前方向角，之后通过数字接口传送给其它设备。
2、根据权利要求1所述的基于GMR传感器的数字式指南针，其特征在于，所述主传感电桥、辅传感电桥采用巨磁阻GMR效应的磁阻传感器，所述校正模块采用加速度计。
3、根据权利要求2所述的基于GMR传感器的数字式指南针，其特征在于，所述加速度计采用Applied MEMS公司的SF3000L型加速度计。
4、根据权利要求1所述的基于GMR传感器的数字式指南针，其特征在于，所述单片机模块包括单片机芯片及其复位、震荡电路。
5、根据权利要求4所述的基于GMR传感器的数字式指南针，其特征在于，所述单片机芯片为ATMEL89C52。
6、根据权利要求1所述的基于GMR传感器的数字式指南针，其特征在于，所述主、辅信号调理模块包括信号放大、低通滤波电路。
7、根据权利要求6所述的基于GMR传感器的数字式指南针，其特征在于，所述信号放大电路包括放大器及其***器件。
8、根据权利要求7所述的基于GMR传感器的数字式指南针，其特征在于，所述放大器为AD公司的仪表放大器AD620。
9、根据权利要求1所述的基于GMR传感器的数字式指南针，其特征在于，所述多路模拟信号AD转换电路包括多路模拟开关和AD转换电路。
10、根据权利要求9所述的基于GMR传感器的数字式指南针，其特征在于，所述多路模拟开关为AD公司的八选一芯片AD7503。
11、根据权利要求9所述的基于GMR传感器的数字式指南针，其特征在于，所述AD转换电路包括AD芯片和与其相连接的量程控制电路。
12、根据权利要求11所述的基于GMR传感器的数字式指南针，其特征在于，所述AD芯片为ANOLOGY DEVICE公司的AD1674。
13、根据权利要求1所述的基于GMR传感器的数字式指南针，其特征在于，所述数字接口为RS232接口芯片。
14、根据权利要求13所述的基于GMR传感器的数字式指南针，其特征在于，所述RS232接口芯片为MAXIM的MAX232。
CN 200420058328 2004-12-09 2004-12-09 基于gmr传感器的数字式指南针 Expired - Fee Related CN2793692Y (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200420058328 CN2793692Y (zh) 2004-12-09 2004-12-09 基于gmr传感器的数字式指南针

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200420058328 CN2793692Y (zh) 2004-12-09 2004-12-09 基于gmr传感器的数字式指南针

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN2793692Y true CN2793692Y (zh) 2006-07-05

Family

ID=36820835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200420058328 Expired - Fee Related CN2793692Y (zh) 2004-12-09 2004-12-09 基于gmr传感器的数字式指南针

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN2793692Y (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101813479A (zh) * 2010-04-01 2010-08-25 王建国 Tmr电子罗盘
CN102313543A (zh) * 2011-07-11 2012-01-11 上海大学 基于巨磁阻传感器的地磁方位角测量***、测量方法及正交补偿方法
CN103267520A (zh) * 2013-05-21 2013-08-28 江苏多维科技有限公司 一种三轴数字指南针
CN106501547A (zh) * 2016-11-22 2017-03-15 三峡大学 一种基于巨磁电阻效应的差分式单轴mems加速度计

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101813479A (zh) * 2010-04-01 2010-08-25 王建国 Tmr电子罗盘
CN101813479B (zh) * 2010-04-01 2012-10-10 王建国 Tmr电子罗盘
CN102313543A (zh) * 2011-07-11 2012-01-11 上海大学 基于巨磁阻传感器的地磁方位角测量***、测量方法及正交补偿方法
CN103267520A (zh) * 2013-05-21 2013-08-28 江苏多维科技有限公司 一种三轴数字指南针
CN103267520B (zh) * 2013-05-21 2016-09-14 江苏多维科技有限公司 一种三轴数字指南针
CN106501547A (zh) * 2016-11-22 2017-03-15 三峡大学 一种基于巨磁电阻效应的差分式单轴mems加速度计
CN106501547B (zh) * 2016-11-22 2019-04-09 三峡大学 一种基于巨磁电阻效应的差分式单轴mems加速度计

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101893722B (zh) 一种基于巨磁阻传感器的地磁横滚角测量***及方法
CN204789958U (zh) 一种磁阻传感器工作电路
CN102032900A (zh) 一种数字式倾角传感器
CN2793692Y (zh) 基于gmr传感器的数字式指南针
CN208621082U (zh) 基于惠斯通电桥的传感器信号放大及处理电路
CN109884377A (zh) 检测范围自动调节的霍尔信号测量装置及方法
ATE407346T1 (de) Magnetisches sensorsystem zur messung eines drehwinkels und verfahren zur iterativen ausrichtung des magneten relativ zu den magnetischen sensoren des systems
CN101344421B (zh) 动态轨道衡数据采集仪及数据采集方法
CN105716847B (zh) 踏板刚度测试装置的控制***
CN202501823U (zh) 长行程线性位移非接触式测量装置
CN100458864C (zh) 提高微弱信号采集精度的方法与电路
CN201897473U (zh) 一种数字式倾角传感器
CN205388479U (zh) 基于各向异性磁阻的旋转编码器
CN201360233Y (zh) 电流采样温度补偿装置
CN101033999A (zh) 一种开口式抗偏心加载的三弹性柱载荷传感器
CN201096835Y (zh) 三相电子式电能表电能计量装置
CN203811182U (zh) 一种基于fpga的光纤陀螺仪模拟量输出控制装置
CN216206257U (zh) 一种用于边坡滑移及沉降监测的阵列位移测量装置
CN110243401B (zh) 光编码器的光电池和光磁编码器的解码装置
CN210323186U (zh) 一种电流检测电路
CN206330692U (zh) 一种基于Flexiforce传感器的压力测量装置
CN114894238A (zh) 一种板级磁编的校准补偿装置、***及方法
CN107036526A (zh) 一种用于智能道闸上的高精密角度传感器
Zhang et al. Design and development of high precision magnetic encoder based on TMR MEMS device
CN201555591U (zh) 一种直流正余弦方位指示器

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee