STC89C52单片机电子指南针设计(3)

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2 框架设计

指南针技术是随着科技进步在飞速发展的，因此现阶段电子指南针的设计也有了更为多样的选择，不同的磁阻传感器以及单片机系统都各有所长具有不同的优点和缺点，因此确定硬件设备时要结合自己的实际情况，我的设计首先考虑各硬件对指南针的精度的影响，其次是性价比，最后是各单元功耗。由此三个维度我尝试了三个设计方案：第一个方案是磁传感器采用两轴磁传感器HMC1052，主控芯片采用MSP430F149系列单片机，这种方案的可以确保精度，但是单片机较为昂贵，性价比低且开发周期较长；第二个方案是磁传感器采用KMZ52感应磁场传感器，主控芯片采用STC12C5A60S2增强型51单片机，这种方案的优点是精度高，缺点是功能冗余，对单片机来说存有功能上的浪费；第三个方案是磁传感器采用霍尼韦尔HMC5883L弱磁传感器芯片，主控芯片采用传统的STC89C52单片机。由于在低磁场传感器行业中，霍尼韦尔的磁传感器可靠性最好、灵敏度最高而STC89C52单片机芯片功耗低、价格便宜、操作便利，结合上述实际，加以多次比较，本次设计采用了方案三，下文将对方案三中采用的传感器及单片机进行详细论述。

2.1 传感器方案选择与论证

本次设计选用的HMC5883L磁阻传感器被广泛应用于磁场检测以及低成本罗盘领域，具有体积小、高集成、灵敏度高、价格低等特点。

霍尼韦尔HMC5883L磁阻传感器

霍尼韦尔 HMC5883L之所以被广泛使用是因为其采用的磁阻技术具有精度和灵敏度方面的优势，对两者的控制在业界均处于领先地位。三轴磁阻传感器和ASIC都被封装在3.0X3.0X0.9mmLCC表面装配中，这样高度集成使得只需添加一个微处理器借口、两个SMT电容就可正常使用其功能；内置的传感器和ADC使得该芯片能在特定环境下依旧保有高度的分辨率，确保了精度；此传感器可以在电压低、功耗低的条件下正常工作,这使得电子指南针可以在电池供电的场合下使用，为便携性创造了条件。

霍尼韦尔HMC5883L引脚图

HMC5883L传感器共有16个引脚，引脚配置如图2-2所示，x方向和y方向分别是磁场方向的两个分量。

2.2 单片机方案可行性论证

经过比较考量，初步将本次设计的主控单元选定为STC89C52单片机。

这款芯片功耗低、处理速度快、抗干扰能力强，比较经济实惠，从性能和价格上考虑都是非常贴合于这次设计的。

STC89C52单片机

这款单片机具有如下特性：它可以提供两种模式的时钟周期供任意选择，而且兼容性非常强；可以使用3V或5V的电压；可以在一定范围内超过工作频率进行工作，较之普通的单片机功能更为强大；ISP/IAP特性使得不需要配置专门的编程器和仿真器，程序烧录速度也非常快，操作非常简便。

2.3 总体方案设计

下图为地磁场的直观展示，图中的x轴和y轴分别与地球的表面平行，传感器只需将He在三个维度的分量测得，比将之转化为相应的电信号就可测得所需的方位角度。因为只要平拿平放就可以影响测量结果的准确性所以本设计只做了x方向和y方向的测量并未对z方向做出考虑。

测量原理分析图

通过以上测量原理中对地磁场强度及角度的分析结合上文对磁阻传感器和单片机等主要模块的论述，结合单片机对数据的预处理以及算法补偿，然后再上传到液晶屏上显示这一过程，可以设计得出下图所示的总体方案框架。

总体方案设计框图

这个电子指南针系统模块设计简单，集成度高，使用STC89C52单片机与HMC5883L传感器模块等构成一个采集信号的终端，再由单片机、液晶显示模块等构成可以数字输出的终端。信号采集终端以及输出终端都是以单片机为核心控制器，具体程序编程使用C语言来完成。源!自`751'文"论(文`网[www.751com.cn本次设计的重点在于对地磁信号的数字采集输出以及对方向区间进行的处理，总体思路采用补偿设计和两轴设计方案，这样可以确保电子指南针在水平姿态下能够稳定的进行测向。