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    利用BP神经网络对电子磁罗盘进行误差补偿,不需要建立误差模型,因为即使到目前也没有最正确的误差模型,而且其运算量不大,补偿速度快,精度高,因此本文选择基于基于BP神经网络的误差补偿算法对误差进行补偿。

    2.6  小结
    本章通过对磁阻传感器磁阻效应基本原理的介绍,阐述了磁阻传感器测量地球磁场强度的工作原理,并指出了其不足之处与解决措施。为了明确的说明电子磁罗盘的工作原理,首先对几个相关角度参数作了说明,然后结合前文的知识,着重论述了电子磁罗盘测量方向角的基本原理,为完成电子磁罗盘的集成化、智能化研制提供了实现方案和理论依据,最后选择了基于BP神经网络的误差补偿算法对电子磁罗盘进行补偿。

    3  电子磁罗盘的硬件设计与实现
    本章介绍电子磁罗盘的硬件设计方案和器件的选择,着重介绍磁传感器模块、与其搭配的电路板,并且还介绍了ICETEK-F2812-A评估板。
    3.1  硬件设计总体方案
    根据磁阻传感器的测量范围和精度的要求,选择相应的三轴磁阻传感器感测地球磁场强度,利用加速度计感测地球重力,通过姿态计算、坐标变换得到磁航向角,经过修正得到载体的地理航向角。本文设计的电子磁罗盘具有结构简单、体积小、重量轻、无接触测量、使用寿命无时限等优点。系统航向角和姿态角的测量结果数字输出模式,采用0~3V模拟输出,数字输出通过RS232串口通信发送到PC机,除此之外,采用LCD(液晶显示)直接显示航向角和姿态角的测量结果。设计的磁阻电子罗盘系统方案如图3.1所示。
                                图3.1电子磁罗盘系统方案框图
    3.2  电子磁罗盘的主要元器件选择
    电子磁罗盘的工作状态、性能与器件的选择息息相关,主要器件的性能在很大程度上决定了整个电子罗盘的精度及稳定性,所以在硬件电路设计时的器件选择上必须慎重。鉴于成本、预计指标以及使用范围的综合考虑,本文选择Honeywell公司的各向异性磁阻传感器HMC1022/1021,ADI公司的三轴加速度传感器ADXL335和TI公司的DSP芯片TMS320C2812等。下面分别介绍一下这些主要器件的性能特性及工作原理,同时也是硬件设计与软件编写的主要理论依据来源。
    3.2.1  磁阻传感器HMC1021/1022[25]
    各向异性磁阻传感器(AMR),最适合工作在地球磁场范围内,可以准确检测出地球磁场1/6000的强度和方向的变化。如前文所述,磁阻传感器的工作原理主要是基于磁阻效应,其反应非常快,不会受到诸如线圈和震荡频率的影响。磁阻传感器的制作过程是将铁一镍合金(Permalloy)薄膜沉积在硅片上形成电阻条,薄膜的磁阻特性使阻值可变化2~3%,通常四个这样的电阻连接成一个惠斯通电桥的形式,可以测出沿着单一轴线磁场的强度和方向。除此之外,AMR磁阻传感器的一个关键优点是可以在硅片上大量生产,封装成商用集成电路的形式,这样使磁阻传感器可以与其它电路和系统组件自动组合在一起。
    本文采用的是美国Honeywell公司生产的AMR磁阻传感器—HMC1021、HMC1022来获取地磁场三轴分量信息。这类磁阻传感器按4 元件惠斯,顿电桥配置,它将磁场转换成,差分输出电压并能传感强度,低至30µ高斯的磁场。它们的主要特点是:
    (1)    磁场范围宽,可测 高斯;
    (2)    封装尺寸小,可组合成在一起工作,从而提供3 轴(x,y,z)传感;
    (3)    固态,这类小型装置,相比于机械磁通门,大大降低了装配成本,并提高了可靠性和耐用性;
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