应 用 说 明 书 -AN219 装 有 SiRFstar2t GPS 芯 片 集 的 数 字 式 罗 盘 参 考 设 计 简 介 直 到 最 近, 将 GPS 芯 片 与 磁 传 感 器 结 合 起 来, 形 成 数 字 罗 盘 指 向 特 性 还 是 一 个 单 纯 的 电 路 问 题 今 天 引 入 SiRFstar2t 数 字 处 理 器 集 成 电 路 (IC) 后, 就 有 可 能 进 行 进 一 步 的 电 路 集 成 这 一 应 用 说 明 书 介 绍 了 最 新 的 霍 尼 韦 尔 磁 传 感 器 产 品 这 些 产 品 结 合 SiRF 技 术 SiRFstar2t 构 架, 创 造 出 基 于 GPS 的 导 航 发 动 机 当 GPS 系 统 的 信 号 受 到 暂 时 阻 碍 时, 仍 能 导 航 甚 至 定 位 三 轴 磁 传 感 器 图 1 行 人 导 航 系 统 三 轴 MEMS 加 速 度 计 应 用 将 GPS 定 位 与 导 航 结 合 在 一 起 的 两 个 普 遍 应 用 就 是 行 人 导 航 系 统 与 车 辆 远 程 通 信 系 统 行 人 导 航 系 统 用 在 手 持 GPS 接 收 器 和 无 线 电 话 中, 当 GPS 卫 星 接 收 中 断 时, 完 成 区 位 服 务 (LBS) 和 室 内 导 航 功 能 车 辆 远 程 通 信 系 统 利 用 车 辆 方 向 和 位 置 信 息 等 定 位 信 息 来 获 取 供 方 信 息 一 般 来 说, 确 定 了 目 的 地 的 行 车 路 线 图 包 括 诸 如 当 前 的 天 气 施 工 改 道 等 最 新 LBS 信 息 和 到 达 时 间 交 通 状 况 预 测 行 人 导 航 行 人 导 航 电 路 主 要 适 用 于 低 压 供 电 电 池, 体 积 小, 便 于 安 装 在 手 机 采 用 SiRFstar2t 芯 片 后, 线 路 板 上 的 14 位 ADC 通 道 为 磁 传 感 器 信 号 提 供 了 便 利 的 数 字 插 入 指 向, 以 发 挥 其 指 向 和 定 位 特 性 图 1 为 行 人 导 航 系 统 的 基 本 方 框 图 位 于 行 人 导 航 系 统 的 中 心 是 主 微 处 理 机 这 一 处 理 器 收 集 GPS 的 经 度 和 纬 度, 磁 传 感 器 矢 量 幅 值,MEMS( 微 型 机 电 系 统 ) 加 速 度 计 矢 量 幅 值 和 任 何 系 统 状 态 数 据 GPS 接 收 器 通 常 由 天 线 射 频 (RF) 前 端 电 路 和 解 调 器 部 分 组 成, 产 生 航 途 基 准 点 数 据 流 和 接 收 器 接 收 状 态 大 多 数 接 收 器 使 用 两 个 芯 片 来 转 换 自 几 十 颗 绕 地 球 旋 转 的 GPS 卫 星 的 1227.6MHz 信 号 (L2 下 行 线 路 ) 磁 传 感 器 的 三 条 轴 线 将 地 球 的 外 层 磁 场 分 成 了 X Y Z 三 个 矢 量 分 量 这 种 磁 场 的 三 位 表 示 法 需 要 变 为 二 维, 以 形 成 航 向 罗 盘 方 位 ( 航 向 =arctan Y/X) 使 用 从 三 轴 MEMS 加 速 度 计 输 入 的 螺 旋 角 和 滚 动 角, 倾 角 补 偿 X,Y 的 值 可 被 转 化 成 航 向 磁 传 感 器 和 MEMS 加 速 度 计 的 信 号, 要 用 特 定 用 途 集 成 电 路 (ASICs) 进 行 信 号 调 节, 然 后 再 传 送 到 主 微 处 理 机 磁 传 感 器 ASIC 输 出 通 常 是 X Y Z 磁 性 测 量 的 模 拟 表 示, 要 求 高 分 辨 率 数 字 化, 以 求 获 取 精 确 航 向 输 出 为 此,10-16 位 模 拟 / 数 字 转 换 器 (ADC) 电 路 或 被 装 在 GPS 解 调 器 集 成 电 路 (IC) 上 或 被 装 在 主 微 处 理 机 上 这 样, 集 成 度 高, 而 成 本 低 在 这 一 特 定 应 用 说 明 书 中,SiRFstar2t 解 调 器 集 成 电 路 (IC) 为 外 部 传 感 器 信 号 输 入 提 供 两 个 14 位 输 入 在 其 它 无 线 电 话 芯 片 中, 电 话 的 RF 解 调 器 可 以 将 GPS 解 调 器 和 传 感 器 ADC 输 入 结 合 起 来 行 人 导 航 的 另 一 个 方 面 是 MEMS 加 速 度 计 和 加 速 度 计 ASIC 除 了 罗 盘 倾 角 补 偿 外, 还 起 到 另 外 一 个 作 用, 即 计 算 原 始 步 数 的 计 步 器 和 计 算 诸 如 步 进 和 步 向 的 应 用 计 步 器 虽 然 计 步 对 于 用 户 健 康 是 很 方 便 的, 但 是 室 内 导 航 依 靠 的 是 利 用 统 计 学 的 知 识 在 步 速 ( 或 走, 或 跑, 或 爬 楼 梯 ) 的 基 础 上 预 测 步 进 GPS 通 过 GPS 航 图 基 准 上 海 :Tel:021-62370237 北 京 :Tel:010-84583280 广 州 : Tel:020-84101800 香 港 :Tel:00852-29536412 http://www.honeywell-sensor.com.cn 11
点 对 脚 步 的 每 一 个 变 化 进 行 积 极 的 远 程 追 踪, 然 后 再 进 行 步 进 预 测 步 向 是 统 计 计 步 数 据 的 一 部 分, 必 须 要 对 其 进 行 分 类 前 步 后 步 侧 步 以 及 楼 梯 步 都 可 能 需 要 用 来 追 踪 人 每 走 一 步 引 起 的 位 置 的 变 化 由 于 无 线 电 话 可 以 放 在 诸 如 上 衣 口 袋 里, 腰 带 上 或 是 放 在 手 提 包 里, 所 以 当 电 话 听 筒 相 对 于 用 户 的 位 置 发 生 改 变 的 时 候, 必 须 不 断 更 新 步 向 每 走 一 步 或 每 跨 一 步, 就 会 有 一 个 相 应 的 罗 盘 针 指 向 这 样 一 来, 从 最 后 一 个 GPS 航 图 基 准 点 中 获 取 的 距 离 和 指 向 信 息, 通 过 室 内 航 位 推 测 法 来 进 行 导 航 图 2 是 典 型 的 一 个 行 人 在 室 内 走 动, 手 机 装 在 上 衣 口 袋 里 由 于 人 体 是 运 动 的, 所 以 人 每 迈 一 步, 并 不 能 马 上 显 示 其 方 向 每 往 前 走 一 步 都 可 以 估 测 出 相 应 的 跨 距 和 方 向 ( 航 向 ) 最 后 一 个 室 外 GPS 航 图 基 准 点 图 2 室 内 行 人 导 航 前 进 方 向 室 内 室 外 从 上 面 这 幅 图 我 们 可 以 看 出, 每 走 一 步 都 会 引 起 方 向 和 位 置 的 变 化 简 单 的 运 算 使 用 从 近 来 在 航 图 基 准 点 间 的 户 外 走 动 得 出 的 固 定 的 跨 距, 更 为 复 杂 的 运 算 则 跟 踪 每 时 每 刻 的 跨 步, 并 根 据 慢 走 快 走 和 跑 步 的 步 速 来 调 整 跨 距 进 栈 数 据 是 当 方 向 和 位 置 发 生 变 化 时, 人 们 自 主 或 不 自 主 地 发 送 的 以 地 点 为 基 础 的 内 容 当 地 公 司 购 买 液 晶 显 示 屏 (LCD) 控 制 板 上 的 空 间, 刊 登 区 位 广 告 就 是 典 型 的 进 栈 数 据 了 解 到 你 的 前 进 方 向 和 喜 欢 的 品 牌 后, 产 品 和 服 务 提 供 商 就 会 据 此 往 你 的 LCD 上 上 传 横 幅 广 告 这 些 广 告 为 远 程 通 信 服 务 提 供 商 提 供 资 助, 从 而 用 户 就 可 以 免 费 或 低 价 享 受 车 辆 远 程 通 信 服 务 根 据 从 CAN-bus 上 获 得 的 车 辆 油 量 指 示 表 的 读 数, 弹 出 式 广 告 会 登 出 你 最 喜 欢 的 燃 料 品 牌 服 务 站 ( 比 如 BP 加 油 站 ), 告 诉 你 下 一 个 站 点 的 位 置 和 距 离 并 提 供 当 前 燃 料 价 格 和 待 售 产 品 图 3 是 一 个 典 型 的 远 程 通 信 系 统 流 程 图 地 图 信 息 更 新 到 达 时 间 交 通 状 况 未 来 天 气 情 况 产 品 或 服 务 的 数 据 挖 掘 旅 游 景 点 网 络 权 限 区 位 广 告 航 向 位 置 ( 通 过 GPS 的 Lat,Long) ( 通 过 罗 盘 的 方 向 ) ( 平 台 : 轿 车, 卡 车 等 ) 图 3 远 程 通 信 系 统 流 程 图 远 程 通 信 方 框 图 与 行 人 导 航 图 几 乎 相 同, 唯 一 的 区 别 在 于, 远 程 通 信 方 框 图 中 加 速 度 计 可 以 去 掉, 换 成 一 个 或 几 个 车 轮 转 速 传 感 器, 用 来 计 算 车 轮 转 数, 并 根 据 当 前 的 位 置, 估 测 每 转 一 圈 的 距 离 一 般 来 说, GPS 安 装 在 车 上 比 安 装 在 室 内 无 线 电 话 上 效 果 要 好 但 是, 茂 密 的 植 物 密 封 的 桥 梁 隧 道 和 城 市 环 境 ( 高 楼 大 厦 ) 会 阻 碍 GPS 信 号 的 接 收 电 路 设 计 车 辆 远 程 通 信 远 程 通 信 将 无 线 通 信 与 导 航 装 置 结 合 起 来, 为 车 上 司 机 或 乘 客 提 供 关 于 车 辆 的 位 置 和 方 向 信 息 虽 然 逐 圈 地 图 和 导 航 是 杀 手 级 应 用, 指 示 方 向 允 许 适 当 的 地 图 定 向 和 额 外 的 出 栈 进 栈 数 据 流 远 程 通 信 出 栈 数 据 是 司 机 或 乘 客 需 要 的 前 方 信 息 加 油 和 饭 店 位 置 旅 游 景 点 和 网 络 内 容 数 据 挖 掘 等 都 是 数 据 出 栈 的 典 型 例 子 谈 到 电 路 的 细 节 问 题, 建 议 使 用 HMC6042 双 轴 传 感 器 和 ASIC, 以 实 现 远 程 通 信 应 用 中 最 佳 集 成 图 4 是 基 本 电 路 示 意 图, 图 中 SiRF GSP2t 跟 踪 器 引 擎 IC, 一 端 与 GRF2i 射 频 前 端 IC 相 连, 一 端 与 主 机 ( 主 处 理 器 ) 相 连 备 用 GSP2t ADC 插 脚 (ADC2 和 ADC3) 与 HMC6042 X 和 Y 轴 输 出 端 插 脚 相 连 除 了 集 成 电 路 封 装 件 以 外, 还 需 要 两 个 2.2 和 0.22 微 法 拉 的 低 ESR 陶 瓷 电 容 器, 以 产 生 置 位 脉 冲 和 复 位 脉 冲, 来 带 动 传 感 器 上 的 置 位 或 重 置 带, 进 行 定 期 消 磁 和 偏 置 补 偿 2 上 海 :Tel:021-62370237 北 京 :Tel:010-84583280 广 州 : Tel:020-84101800 香 港 :Tel:00852-29536412 http://www.honeywell-sensor.com.cn
置 位 / 重 置 陶 瓷 图 4 示 意 图 霍 尼 韦 尔 HMC6042 双 轴 磁 传 感 器 IC 是 一 种 包 括 两 块 硅 基 片 的 集 成 电 路 芯 片, 用 来 传 感 和 调 节 信 号 HMC6042 IC 包 括 HMC1042 双 轴 传 感 器 芯 片 和 ASIC 芯 片, 还 有 一 对 线 性 低 磁 场 磁 传 感 器, 当 线 性 电 压 输 出 放 大 时, 可 以 适 应 高 达 ±6 高 斯 的 磁 场 在 部 分 饱 和 前, 传 感 器 能 适 应 高 达 ±20 高 斯 的 外 部 磁 场 由 于 地 球 的 天 然 磁 场 大 约 为 ±0.6 高 斯, 超 过 20 高 斯 的 磁 场 一 般 都 接 近 已 被 磁 化 的 手 持 工 具 ( 螺 丝 刀, 钳 子 等 ) 扬 声 器 磁 体 电 视 机 或 视 频 监 视 器 测 试 设 备 电 源 变 压 器, 或 是 焊 接 设 备 或 供 电 线 路 上 的 强 电 流 电 线 如 果 传 感 器 和 整 个 电 路 组 件 暴 露 于 这 些 高 磁 场 中, 在 大 多 数 情 况 下, 传 感 器 的 置 位 和 重 置 脉 冲 将 恢 复 磁 传 感 器 功 能, 罗 盘 针 将 返 回 出 厂 设 置 在 极 高 的 磁 场 中 暴 露 时, 电 子 部 件 的 镍 板 上 会 产 生 磁 性, 从 而 导 致 罗 盘 针 指 向 失 灵 因 为 部 件 释 放 的 磁 通 量, 使 外 部 地 球 表 面 磁 场 增 大 使 用 商 业 消 磁 棒 ( 磁 带 消 磁 器 ) 可 以 消 除 部 件 的 剩 磁 在 HMR6042 磁 传 感 器 IC 中, 用 来 进 行 信 号 调 节 的 ASIC 接 收 来 自 传 感 器 的 毫 伏 输 出 信 号, 再 将 这 些 信 号 放 大 约 225 倍, 再 将 这 些 信 号 集 中 在 0 高 斯 半 供 电 水 平 ( 比 如 :3.3 供 电 电 压 的 1.65 供 电 电 压 ) 这 个 过 程 涉 及 到 三 个 放 大 部 分, 其 中 为 外 部 Z 轴 磁 传 感 器 与 第 三 输 入 信 号 相 连 HMR5003 ASIC 在 每 置 位 或 重 置 带 400 ma 或 更 高 的 电 流 下, 需 要 产 生 1-2 微 秒 长 的 置 位 和 重 置 脉 冲 由 于 大 多 数 应 用 中 使 用 的 电 流 限 制 供 电 电 池, 这 些 脉 冲 由 为 2.2 微 法 拉 C1 电 容 器 充 电 的 细 流 产 生 电 容 器 用 作 H-bridge MOSFET 带 驱 动 支 路 的 低 能 贮 存 器, 上 海 :Tel:021-62370237 北 京 :Tel:010-84583280 广 州 : Tel:020-84101800 香 港 :Tel:00852-29536412 http://www.honeywell-sensor.com.cn 33
为 传 感 器 置 位 / 重 置 带 提 供 电 压 0.22 微 法 拉 的 电 容 器 C2 把 脉 冲 时 间 固 定 在 1 微 秒 左 右, 从 而 阻 止 直 流 电 通 过 驱 动 器 输 出 节 点 进 入 带 在 三 轴 应 用 中, 置 位 / 重 置 带 连 接 使 Z 轴 磁 传 感 器 的 置 位 / 重 置 带 平 行 于 内 部 带 增 加 外 部 带 时, 电 容 器 C1 和 C2 的 值 要 增 加 一 倍 (4.7uF 和 0.47uF) HMC6042 有 两 个 正 供 电 电 压 插 脚 (DD1 和 DD2), 用 来 分 开 传 感 器 和 放 大 器 (DD1) 的 电 源 与 置 位 / 重 置 带 驱 动 器 的 电 源 (DD2) 通 常 情 况 下, 置 位 与 复 位 带 驱 动 器 可 以 永 久 地 连 接 到 供 电 电 池 这 是 因 为 脉 冲 施 加 后, 驱 动 器 几 乎 不 用 电 置 位 / 重 置 逻 辑 输 入 插 脚 (S/R IN) 形 成 高 压 重 置 脉 冲, 用 于 低 压 逻 辑 转 换, 然 后 再 形 成 低 压 重 置 脉 冲, 用 于 高 压 逻 辑 返 回 这 些 逻 辑 变 化 之 间 一 般 间 隔 几 毫 秒 一 般 说 来, 当 传 感 器 桥 的 每 次 脉 冲 偏 置 电 压 测 定 完 成 至 少 500 毫 秒 后,ADC 才 开 始 测 量 见 AN212 和 AN213 应 用 说 明 书, 关 于 偏 置 和 置 位 / 重 置 带 功 能 部 分 为 了 节 省 电 池 能 量,DD1 连 接 可 以 在 磁 传 感 器 测 量 周 期 断 电, 以 减 少 几 毫 安 的 供 电 这 种 做 法 可 使 手 机 节 省 大 量 能 量, 但 在 远 程 通 信 应 用 中 并 不 一 定 具 有 优 势 无 线 手 机 电 路 对 于 无 线 手 机 和 个 人 GPS 接 收 器,SiRF GSP2t 和 霍 尼 韦 尔 HMC6042 IC 的 结 合 也 可 以 发 挥 室 内 或 行 人 导 航 功 能 然 而 手 机 可 以 任 意 改 变 位 置, 所 以 就 要 求 罗 盘 设 计 中 使 用 三 轴 磁 传 感 器 和 至 少 双 轴 MEMS 加 速 度 计 为 此, 霍 尼 韦 尔 HMC6042 IC 磁 传 感 器 中 增 加 了 HMC1041Z z 轴 磁 传 感 器 成 为 第 三 轴 图 5 为 手 机 导 航 系 统 的 完 整 系 统 示 意 图 由 于 SiRF GPS2t 跟 踪 引 擎 只 有 两 个 模 / 数 转 换 器 输 入 端 口, 所 以 用 一 个 外 部 微 型 模 拟 开 关 IC 来 完 成 HMC6042 传 感 器 IC Y-Z 输 入 轴 的 多 路 传 输 选 用 SSOP-8 组 件 中 日 本 东 芝 公 司 的 TC7W66FK 双 模 拟 开 关, 成 本 低, 体 积 小, 功 能 多 虽 然 图 5 中 没 有 表 示 出, 但 是 诸 如 MEMSIC MXD6020G 的 MEMS 加 速 度 计 可 以 通 过 加 速 度 计 的 两 个 脉 宽 调 制 (PWN) 输 出 插 脚 与 主 处 理 器 ( 主 机 ) 相 连 这 些 PWM 输 出 插 脚 通 常 输 出 运 转 频 率 为 100Hz, 平 均 输 出 为 工 作 循 环 的 置 位 / 重 置 置 位 / 重 置 陶 瓷 图 5 示 意 图 4 上 海 :Tel:021-62370237 北 京 :Tel:010-84583280 广 州 : Tel:020-84101800 香 港 :Tel:00852-29536412 http://www.honeywell-sensor.com.cn
50%( 手 机 呈 水 平 状 态 ) 当 螺 旋 角 和 滚 动 角 在 ±90 之 间 旋 转 时, 其 输 出 为 工 作 循 环 的 30%-70% 如 果 手 机 需 要 朝 向 正 前 方, 那 么 就 需 要 三 轴 加 速 计 这 样 就 能 根 据 手 机 是 出 于 水 平 还 是 垂 直 位 置 来 自 动 选 择 XY 或 YZ 正 向 用 加 速 度 计 进 行 脚 步 或 步 数 测 量 并 不 是 微 不 足 道 的, 通 过 加 速 度 计 中 的 专 用 电 路 或 主 处 理 器 ( 主 机 ) 中 的 数 字 运 算 法 则 即 可 完 成, 进 而 辨 别 加 速 度 的 突 然 变 化, 同 时 记 下 罗 盘 针 倾 角 补 偿 的 螺 旋 角 和 滚 动 角 的 精 确 数 值 霍 尼 韦 尔 拥 有 基 于 处 理 器 的 步 进 或 跨 距 测 量 的 运 算 法 则 可 就 生 产 许 可 问 题 进 行 接 触 系 统 和 固 件 设 计 正 如 前 面 几 部 分 所 述, 室 内 导 航 的 航 位 推 测 法 是 数 字 式 罗 盘 GPS 和 计 步 功 能 的 复 杂 融 合 定 位 误 差 的 主 要 根 源 是 罗 盘 航 向 ( 误 差 的 75%) 和 跨 距 估 计 ( 误 差 的 25%) 所 以 对 消 费 者 电 子 设 备 的 合 理 定 位, 从 最 后 一 次 GPS 航 图 基 准 点 出 发 的 距 离 误 差 为 5% 是 正 常 的 为 了 提 高 定 位 的 准 确 性, 罗 盘 系 统 精 确 度 在 正 常 使 用 和 适 度 倾 斜 状 态 下 应 该 接 近 1 由 于 罗 盘 误 差 累 积 很 大 程 度 上 取 决 于 螺 旋 角 和 滚 动 角 的 精 确 度, 所 以 所 选 择 的 MEMS 加 速 度 计 必 须 有 足 够 的 倾 斜 精 确 度, 尽 可 能 不 要 超 出 1 的 定 位 误 差 范 围 在 北 美 地 区, 螺 旋 角 误 差 或 滚 动 角 误 差 不 足 0.25, 造 成 的 罗 盘 指 向 误 差 可 能 达 到 ±0.5 有 竞 争 力 的 航 位 推 测 系 统 设 计 者 为 节 省 成 本, 使 用 压 电 加 速 度 计 和 廉 价 的 磁 传 感 器 元 件, 从 而 导 致 罗 盘 针 精 确 度 不 到 2, 进 而 使 室 内 导 航 系 统 不 能 发 挥 其 应 有 的 作 用 当 处 在 密 集 的 建 筑 物 中, 没 有 机 会 获 得 GPS 航 图 基 准 点 的 更 新 信 息 时, 更 是 如 此 数 字 式 罗 盘 固 件 并 不 是 新 手 设 计 者 由 于 设 计 时 间 短 而 进 行 的 尝 试 在 大 多 数 情 况 下, 需 要 花 费 几 百 到 一 千 个 小 时 完 成 固 件 的 开 发 和 测 试 后, 才 能 成 功 完 成 一 个 罗 盘 路 径 的 设 计 然 后 再 花 差 不 多 同 样 多 的 时 间 完 成 航 位 推 测 数 据 融 合 GPS 和 航 位 推 测 定 位 的 卡 尔 曼 过 滤 以 及 计 步 数 据 库 路 径 设 计 图 6 为 罗 盘 固 件 的 流 程 图 表 罗 盘 固 件 过 程 始 于 磁 传 感 器 数 据 获 取 的 主 要 路 径 数 据 修 正 和 方 位 估 算 为 提 供 最 高 的 罗 盘 精 确 度, 磁 传 感 器 的 每 条 数 据 轴 初 始 化 求 解 3D 加 速 度 计 方 程 倾 斜 数 据 取 得 磁 性 数 据 计 算 航 向 双 向 数 据 偏 离 角 GPS 导 出 的 偏 置 纠 正 Lat,Long 桥 偏 置 置 位 / 重 置 偏 离 角 世 界 磁 模 补 偿 程 序 纠 正 型 程 序 航 向 硬 铁 校 准 定 位 推 算 补 偿 程 序 程 序 位 置 图 6 罗 盘 固 件 的 流 程 图 表 必 须 被 迅 速 数 据 化 这 既 是 为 了 节 约 电 源, 也 是 为 了 避 免 行 人 在 相 邻 时 刻 相 邻 方 位 的 感 应 ( 快 镜 头 ) 同 时, 为 了 快 镜 头 的 原 因, 也 要 求 获 得 最 佳 螺 旋 角 和 滚 动 角 由 于 磁 场 测 量 在 数 值 上 是 双 向 的, 每 根 磁 传 感 器 轴 ADC 的 值 必 须 减 去 其 0 高 斯 ADC 值 这 样 一 来, 负 值 就 可 以 用 2 的 补 码 形 式 来 表 示 一 般 情 况 下,0 高 斯 ADC 值 补 偿 大 约 是 ADC 范 围 的 一 半 或 是 供 电 电 压 一 半 的 位 置 每 根 磁 传 感 器 轴 的 第 二 个 偏 置 是 桥 偏 置 电 压 虽 然 每 个 传 感 器 桥 的 偏 置 电 压 是 恒 定 的, 但 是 其 值 也 随 温 度 而 发 生 明 显 的 变 化 所 以 必 须 定 期 进 行 桥 偏 置 计 算, ADC 中 的 桥 必 须 从 磁 传 感 器 数 据 中 扣 除 这 一 桥 偏 置 电 压 测 量 在 应 用 说 明 AN212 中 有 详 细 说 明, 但 是 通 常 需 要 在 脉 冲 重 置 和 置 位 后 进 行 测 量 当 计 算 测 量 结 果 总 和 时, 使 地 球 磁 场 归 零, 只 留 下 桥 偏 置 最 后 一 条 磁 传 感 器 偏 置 路 径 是 为 了 硬 铁 校 准 虽 然 大 多 数 手 机 都 不 需 要 出 厂 值 以 外 的 校 准, 把 远 程 通 信 接 收 器 装 在 仪 表 盘 上 或 者 把 手 机 放 到 车 辆 的 支 架 上, 车 辆 的 底 盘 和 发 动 机 产 生 1 高 斯 或 2 高 斯 的 磁 场, 进 而 与 地 球 磁 场 相 结 合, 使 罗 盘 航 向 产 生 弯 曲 要 消 除 附 近 从 地 球 远 磁 场 的 硬 铁 辐 射, 通 过 设 计 固 件 路 径, 可 以 校 正 每 根 传 感 器 量 测 轴 上 的 硬 铁 偏 置 上 海 :Tel:021-62370237 北 京 :Tel:010-84583280 广 州 : Tel:020-84101800 香 港 :Tel:00852-29536412 http://www.honeywell-sensor.com.cn 55
对 于 双 轴 远 程 通 信 应 用, 硬 铁 校 准 路 径 会 促 使 司 机 以 环 形 方 式 驾 驶, 以 获 取 每 根 轴 的 最 大 值 和 最 小 值 一 个 循 环 结 束 后, 计 算 每 根 轴 的 平 均 值 并 用 作 偏 置, 并 把 后 来 的 数 据 集 中 在 0 高 斯 点 周 围 在 手 机 三 轴 应 用 中, 也 需 要 用 同 样 的 环 形 翻 转, 再 加 上 倒 转 位 置, 从 而 得 出 Z 轴 的 平 均 值 如 果 加 速 度 计 未 提 供 倾 角 校 准, 必 须 要 在 工 厂 条 件 下 进 行 一 系 列 自 动 化 倾 角 测 试, 用 受 激 条 件 下 测 得 的 螺 旋 角 和 滚 动 角 来 代 替 给 线 性 校 正 值 当 罗 盘 精 确 度 为 1, 而 要 求 螺 旋 角 和 滚 动 角 精 确 度 为 0.5 时, 这 种 方 法 就 极 其 重 要 了 当 磁 传 感 器 的 三 条 轴 都 完 成 了 这 三 种 偏 置 后, 把 新 校 正 过 的 磁 场 值 与 螺 旋 角 和 滚 动 角 插 入 到 方 位 计 算 路 径 中 对 于 双 轴 设 计, 方 程 式 为 反 正 切 函 数 (Y/X), 浮 点 处 理 器 可 直 接 计 算 反 正 切 函 数 的 商 对 于 没 有 浮 点 发 动 机 的 微 控 制 器 来 说, 反 正 切 一 定 是 控 制 器 上 的 存 储 映 像 幸 运 的 是 反 正 切 存 储 映 像 只 需 要 映 射 90, 因 为 函 数 在 360 中 重 复 90 象 限 记 下 XY 的 磁 数 据 符 号,90 映 像 可 校 正 为 正 确 的 象 限 为 了 按 大 小 排 列 存 储 映 像, 分 辨 率 会 把 反 正 切 函 数 推 入 映 像 象 限 对 于 分 辨 率 为 1 的 罗 盘, 大 约 有 90 个 存 储 器 方 位 有 反 正 切 值, 以 与 (Y/X) 的 商 相 符 所 以 要 达 到 0.1 的 分 辨 率, 就 需 要 900 个 存 储 器 方 位 要 达 到 0.5 方 位 分 辨 率, 就 需 要 大 约 180 个 存 储 器 方 位 一 般 情 况 下, 室 内 航 向 方 位 分 辨 率 为 0.1, 用 1 精 度 的 罗 盘 对 于 三 轴 应 用, 要 解 两 个 扁 率 方 程, 把 XYZ 磁 场 值 以 及 螺 旋 角 和 滚 动 角 转 化 成 倾 角 偏 置 X Y, 然 后 再 进 行 最 后 的 反 正 切 运 算 方 程 式 如 下 : 结 束 语 : 磁 传 感 器 和 GPS 系 统 相 结 合, 很 好 的 完 成 了 从 简 单 到 复 杂 的 导 航 任 务 GPS 接 收 器 本 身 可 以 获 取 处 于 运 动 状 态 的 平 台 的 方 位 信 息 但 是 当 运 动 减 慢 ( 就 象 交 通 一 样 ), 通 过 航 图 基 准 点 来 推 测 方 位 就 很 不 准 确 了 当 处 于 某 一 固 定 位 置 的 人 旋 转 身 体 时, 手 机 中 就 必 须 要 有 罗 盘 航 行 系 统 为 了 更 好 的 描 述 不 同 级 别 的 磁 传 感 器 和 GPS 的 效 用, 图 7 介 绍 了 磁 传 感 器 三 种 等 级 的 精 确 度 低 档 磁 场 传 感 器 可 以 被 称 为 方 位 传 感 器, 可 用 于 基 础 地 图 导 航 和 4-8 个 基 础 方 位 导 航 ( 东 西 南 北 ) 高 精 度 磁 场 传 感 器, 可 用 于 LBS 定 位 和 远 程 通 信 以 及 16 个 方 位 导 航, 精 确 度 高 于 ±2, 需 要 进 行 航 位 推 测 空 中 和 海 上 导 航 应 用 虽 然 以 前 购 买 高 精 度 导 航 系 统 要 花 费 几 百 美 元, 但 是 这 一 技 术 说 明 中 的 集 成 电 路 每 个 只 需 几 美 元 加 速 度 计 提 供 的 螺 旋 角 和 滚 动 角 为 数 字 余 弦 Φ 和 余 弦 θ 形 式, 所 以 不 再 需 要 用 三 角 函 数 存 储 映 像 正 弦 值 是 1 减 去 余 弦 值, 即 可 得 到 扁 率 方 程 (3D 到 2D) 的 所 有 数 值 到 现 在 还 没 提 到 的 就 是 加 速 度 计 校 准 问 题, 以 得 出 准 确 的 螺 旋 角 和 滚 动 角 校 准 加 速 度 计 通 常 是 生 产 厂 家 的 工 作, 加 速 度 计 角 线 性 良 好 是 很 重 要 的 终 端 用 户 把 手 机 或 车 辆 放 到 已 知 的 水 平 面 上, 就 可 将 螺 旋 角 和 滚 动 角 归 零, 但 是 在 加 速 度 计 中 必 须 要 有 非 线 性 校 正 值 磁 传 感 器 精 确 度 低 档 (>±5 ) 中 档 (±2 -±5 ) 高 精 度 (<±2 ) GPS 和 磁 传 感 器 应 用 方 位 感 应 ( 不 是 罗 盘 ) 正 确 读 数 说 明 的 地 图 导 航 基 本 的 位 置 的 服 务 和 远 程 通 信 的 主 要 方 位 导 航 ( 东 西 南 北 ) 诸 如 航 位 推 测 法, 轮 船 和 飞 机 导 航 等 导 航 级 应 用 图 7 精 度 等 级 如 果 还 有 其 它 问 题, 请 拨 打 应 用 支 持 电 话 : 800-323-8295 ( 美 国 免 费 ) 或 763-954-2474 也 可 访 问 我 们 的 网 站 :www.magneticsensor.com 6 上 海 :Tel:021-62370237 北 京 :Tel:010-84583280 广 州 : Tel:020-84101800 香 港 :Tel:00852-29536412 http://www.honeywell-sensor.com.cn