【正文】 rtable electronic pass system to meet people39。經(jīng)常使用于導(dǎo)航、大地測(cè)量。物理上指出方向的指南針的締造由三部曲組成：司南、磁針和羅盤。指南針是古代人在長時(shí)間的實(shí)踐中對(duì)物體磁性了解的成果。在古代華夏，指南針初先應(yīng)用于祭奠、禮節(jié)、軍事和占卜與看風(fēng)水時(shí)定位方向。北宋《萍州可談》：“舟師識(shí)地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針。同時(shí)，帆海活動(dòng)也進(jìn)一步增進(jìn)了指南針的成長?！豆茏印分杏涗浟藥灼恼拢骸吧缴嫌执攀?，其下有金銅。磁石的吸鐵特征很早被人發(fā)覺，《呂氏春秋》九卷精曉篇就出現(xiàn)：“慈招鐵，或引之也。古人把磁石吸引鐵比喻成一位慈愛的母親對(duì)子女的吸引。” 漢以前古人把磁石寫成“慈石”，是慈愛石頭的表達(dá)。欒大叫“斗棋”?；实酆荏@訝，高興，出人意料的封欒大為“五利大將軍”。他從《古今注》、《管氏地理指蒙》、《九天玄女青囊海角經(jīng)》等書的記載中推測(cè)出如下結(jié)論：“磁石指向性轉(zhuǎn)移到它吸過的鐵塊的發(fā)現(xiàn)在中國大約在一世紀(jì)到六世紀(jì)。古代的中國人將羅盤導(dǎo)航和軍事活動(dòng)，也用于風(fēng)水，后來被歐洲人的后裔，在歐洲的航?；顒?dòng)和地理發(fā)現(xiàn)中發(fā)揮著不可替代的重要作用。最早的指南針能夠追溯到華夏古代四大發(fā)明——司南，即最早的磁性指向器是司南。因?yàn)樗灸瞎帕x不斷演化，使它與一系列的古代發(fā)明結(jié)下了不解之緣?！睆摹豆砉茸印分械挠涗浿心軌蚩闯?，鄭人去“取玉”，務(wù)必會(huì)帶上司南，就是為了防止方向的丟失。”(是應(yīng)篇)其中的“杓”是指勺子。但是，這里的“地”是指古代械盤中的“地盤”。在“地盤”周圍的24個(gè)方向，中間刻有北斗七星的標(biāo)志符號(hào)。唐代堪輿家的活動(dòng)相當(dāng)活躍，并開始強(qiáng)調(diào)方向的選擇，尋找比磁勺更方便的指向器成了當(dāng)務(wù)之急?；顒?dòng)于唐開元年間（713—741年）的山西堪輿家丘延瀚，被后世堪輿家推崇為堪輿術(shù)三針（正針、縫針和中針）中最早出現(xiàn)的正針法的創(chuàng)始人?！毙媸翘拼憬鹑A道教張志和（約730—約810年），他的道號(hào)叫玄真子，所著《玄真子》十二卷，殘存三卷。然而，這個(gè)道號(hào)不禁使人聯(lián)想到舊題晉崔豹所作的《古今注》中把蝌蚪稱為“玄針”?！笔兰o(jì)時(shí)馬縞著作的《中華古今注》中有相似的記錄。磁針問世后，先后用于堪輿和航海。不過有些場(chǎng)合，碗中的水浮磁針仍在使用，故沈括《夢(mèng)溪筆談》卷二十四稱“水浮多蕩搖”。當(dāng)航船還在使用浮針加針碗時(shí)，堪輿羅盤卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)地跑到了前面。以前史學(xué)界認(rèn)為磁針在水中的水羅盤與指南針一脈相承，是中國的發(fā)明，但旱羅盤是歐洲所發(fā)明，16世紀(jì)才經(jīng)由日本船傳入中國。伴隨人們對(duì)指南針原理了解的不斷明了和深刻，人們不斷創(chuàng)新將指南針由粗苯的“司南”發(fā)展到如今便攜式指南針。由于該機(jī)械指針的內(nèi)在因素，指南針在其使用壽命上、產(chǎn)品的便攜性、準(zhǔn)確性以及靈敏度都存在一定的局限。隨著磁傳感器和特殊芯片的急速發(fā)展，使指南針的基本完成機(jī)理產(chǎn)生了巨大的轉(zhuǎn)變，應(yīng)經(jīng)擺脫了以前的刻板結(jié)構(gòu)而選用了特殊處理器與磁場(chǎng)傳感器對(duì)磁場(chǎng)測(cè)量和處理指示方向，另外，電子指南針在性能上加倍人性化，因?yàn)槭遣捎霉δ苄阅K，于是能夠特別便利的擴(kuò)展很多功能，比如在原本的電子指南針的性能基礎(chǔ)上還可以添加集成數(shù)字時(shí)鐘等功能，方便適用,這就是應(yīng)用較為普遍的電子指南針。雖然GPS已廣泛應(yīng)用在導(dǎo)航，定位，測(cè)速和定位，但是信號(hào)往往存在地形特征，導(dǎo)致大大的降低了精度，甚至不能被使用。在靜態(tài)的情況下，GPS不能提供方位信息。電子羅盤的設(shè)計(jì)就是來滿足這類用戶的需求。電子羅盤能夠分為平面羅盤和三維羅盤。盡管平面電子羅盤對(duì)行使時(shí)要求很嚴(yán)格，但是如果可以保障羅盤的附載體始終可以水平的話，平面羅盤還是一種不錯(cuò)的選擇。偶爾要求降低溫度漂移，羅盤也能夠內(nèi)置溫度補(bǔ)償，最大努力縮小傾斜角與指向角的溫度漂移。并以穩(wěn)定性好、精度高等特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。HMC5883L弱磁傳感器芯片具有數(shù)字接口，并且外觀貼有高集成模塊，HMC5883L弱磁傳感器芯片包含高分辨率的HMC118X系列磁阻傳感器，并擁有霍尼韋爾專利的集成電路包含放大器、自動(dòng)消磁驅(qū)動(dòng)器、偏差校準(zhǔn)、可以使指南針精度限制在1~2的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。各向異性磁阻(AMR)技術(shù)是HMC5883L芯片選用的技術(shù)為，該技術(shù)具有在軸向高靈敏度和線性高精度的特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)的電子指南針具有非常好的實(shí)用性、靈巧性和領(lǐng)先性。 課題研究現(xiàn)狀和前景與其他工具相比，地磁導(dǎo)航起步晚。早在上世紀(jì)80年代地磁導(dǎo)航系統(tǒng)的研究就在瑞典隆德大學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行證明，實(shí)驗(yàn)中將地磁圖和磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定船的位置。美國當(dāng)前已研發(fā)出水下定位精確度高于500米，天空和大地定位精確度高30米的地磁導(dǎo)航系統(tǒng),并著手計(jì)劃用于提高巡航魚雷和飛航導(dǎo)彈的命中率。利用大量的地面試驗(yàn)，NASA God2dard空間中心與相關(guān)學(xué)院對(duì)水下地磁導(dǎo)航進(jìn)行了研究,我國地磁導(dǎo)航的研究主要集中在研究和仿真,航天科工集團(tuán)三院科學(xué)家充分利用均分絕對(duì)差法精確的的對(duì)地磁強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算,分辨率現(xiàn)在可以到50米；我國使用地磁導(dǎo)航厘正慣性導(dǎo)航的仿真試驗(yàn)獲得了很好的精度。由于GPS導(dǎo)航定位存在很大不穩(wěn)定性，而地磁大小和方向隨地點(diǎn)、時(shí)間而異, 磁場(chǎng)水平上的分量一直都是指向磁北，這是制作電子指南針的基本原理，因此電子指南針可以很好的穩(wěn)定的精確定向，在我國電子指南針系統(tǒng)的市場(chǎng)需求日趨明顯，規(guī)模逐漸擴(kuò)大。 設(shè)計(jì)目的：（1）熟悉指南針的工作原理；（2）采取合適的電磁感應(yīng)器進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)；（3）總結(jié)設(shè)計(jì)，完成設(shè)計(jì)論文1篇；設(shè)計(jì)任務(wù)：（1）具有顯示功能，顯示方位和角度；（2）電池供電，系統(tǒng)集成；（3）數(shù)據(jù)顯示設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，將數(shù)據(jù)用LCD1602進(jìn)行顯示。并以穩(wěn)定性好、精度高等特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)前電子技術(shù)迅速發(fā)展，因此電子指南針的設(shè)計(jì)存在著很多的方案，不同方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，我們需要分析方案并且根據(jù)實(shí)際情況選擇硬什設(shè)備進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。測(cè)量磁場(chǎng)和環(huán)境磁場(chǎng)在橋路加上供電電壓時(shí)，HMC1052傳感器就會(huì)將磁場(chǎng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電壓輸出。除惠斯通電橋，HMC1052有兩個(gè)磁耦合帶在芯片上，偏置帶和置位/復(fù)位帶。校正傳感器是通過偏置帶進(jìn)行校正，也可以偏置所有不需要的磁場(chǎng)。不過，卻不能利用偏置帶。： HMC1052傳感器引腳圖方案二:采用Philips公司生產(chǎn)的KMZ52感應(yīng)磁場(chǎng)傳感器一種可以使用坡莫合金薄片所具有的磁阻效應(yīng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)的高靈敏度磁阻傳感器由Philips公司生產(chǎn)，這種傳感器就是KMZ52。抵償線圈的輸出能夠與目前測(cè)試成績構(gòu)成閉環(huán)反饋，所以可以讓傳感器靈敏度不會(huì)受到地域的限制。有厚度的高磁導(dǎo)率的坡莫合金在這種磁阻傳感器金屬鋁的表面積累下來，在翻轉(zhuǎn)線圈和外界磁場(chǎng)兩個(gè)力的作用下，電子改變運(yùn)動(dòng)方向，使得磁敏電阻的阻值發(fā)生變化。放置實(shí)現(xiàn)的。由4個(gè)磁敏感元件構(gòu)成的磁阻橋臂叫惠斯通電橋，KMZ52磁阻傳感器的核心部分，長而薄的坡莫合金薄膜制造成了磁敏感元件。： KMZ52傳感器引腳圖方案三:使用霍尼韋爾HMC5883L各向異性磁阻傳感電路帶有數(shù)字接口、包含最新的高分辨率HMC118X系列磁阻傳感器的霍尼韋爾HMC5883L弱磁傳感器芯片，而且表面貼裝有高集成模塊，并附帶霍尼韋爾專利的集成電路包括放大器、自動(dòng)消磁驅(qū)動(dòng)器、偏差校準(zhǔn)、能使指南針精度控制在1~2的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。HMC5883L 芯片選用無鉛表面封裝技能，一共16個(gè)引腳。HMC5883L芯片選用各向異性磁阻(AMR)技能，該技能具有在軸向高靈敏度和線性高精度的特點(diǎn)。低磁場(chǎng)傳感器行業(yè)中最靈敏、最可靠傳感器就是霍尼韋爾的磁傳感器。綜上我們采用方案三 ，利用霍尼韋爾HMC5883L各向異性磁阻傳感電路 。AT89S和STC系列都可以ISP在線編程，AT系列采用并口編程方法，STC系列是通過串口在線編程。51和52系列的選擇：51系列有4k存儲(chǔ)空間，而52系列有8k存儲(chǔ)空間，容量比51大。方案一:采用LED數(shù)碼管顯示。方案二:采用LCD1602液晶屏顯示。 電源選擇說明電源作為電子系統(tǒng)的重要組成部分，缺少電源所以電器設(shè)備均不能正常工作，因此說電源問題非常重要。經(jīng)過對(duì)LCD1602和52單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量發(fā)現(xiàn)4V 至6V 都可以使他們正常的工作，所以本設(shè)計(jì)采用干電池供電來解決電源問題。磁場(chǎng)傳感器可以分別測(cè)量Hex、Hey、Hez，并將其大小轉(zhuǎn)化為相應(yīng)強(qiáng)弱的電信號(hào)。由于考慮到時(shí)間安排有限，Z方向暫時(shí)不做，但本系統(tǒng)設(shè)計(jì)只要平拿平放并不影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。本設(shè)計(jì)選用STC89C52單片機(jī)為核心的低成本、高精度、數(shù)字顯示電子指南針的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。： 總體方案設(shè)計(jì)框圖3硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)電子指南針的硬件設(shè)計(jì)主要包括主控芯片（STC89C52），顯示部分LCD1602，HMC5883L各向異性磁阻傳感器，開關(guān)部分和電源部分組成。STC89C52利用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，在此基礎(chǔ)上那個(gè)做了許多的創(chuàng)新使得芯片擁有傳統(tǒng)51單片機(jī)沒有的功能。具有8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口?？臻e模式下，CPU 停止工作，容許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。即定時(shí)器T0、TT2； 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒；11. 通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART；12. 工作溫度范圍：40～+85℃（工業(yè)級(jí)）/0～75℃（商業(yè)級(jí)）；13. PDIP封裝。系統(tǒng)上電時(shí)為單片機(jī)提供復(fù)位信號(hào)，直到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，系統(tǒng)再撤消復(fù)位信號(hào)。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位按鈕復(fù)位。時(shí)鐘電路：單片機(jī)18引腳和19引腳外接晶振及點(diǎn)容，單片機(jī)工作頻率取決于晶振XT的頻率，STC89C52單片機(jī)的工作頻率在2~33MHz范圍以內(nèi)，此系統(tǒng)選用單片機(jī)內(nèi)部方法產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，用于外接一個(gè)12MHz石英晶體振蕩器和2個(gè)30pF微調(diào)電容，組成相對(duì)穩(wěn)定的的自激振蕩器，脈沖直接發(fā)送到內(nèi)部時(shí)鐘電路。提供電源，傳感器能夠?qū)⒘繙y(cè)軸方向上的所有入射磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換為一種差分電壓輸出。只要存在磁場(chǎng)，跨電橋輸出電壓就會(huì)因?yàn)闃蚴诫娮柙淖兓a(chǎn)生相應(yīng)的變化。由于輸出只與沿軸方向上的磁阻元件成比例，其余的磁阻電橋也放置在正交方向上，就可以精密測(cè)量其余方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度。第一個(gè)是為IO接口供電的VDDIO電源。 HMC5883L內(nèi)部示意圖3．I178。I2C總線是由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，這類總線用于銜接微控制器和外圍設(shè)備，是微電子通信控制領(lǐng)域普遍使用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。下面列舉I2C總線的若干特征: 只要求一條串行數(shù)據(jù)線SDA和一條串行時(shí)鐘線SCL這樣兩條總線線路； 每個(gè)連接到總線的器件都可以由主機(jī)與從機(jī)關(guān)系軟件設(shè)定唯一的地址，主機(jī)可以作為主機(jī) 發(fā)送器或主機(jī)接收器。該裝置將作為從機(jī)在一個(gè)主機(jī)(例如：處理器)的控制下連接總線。這一裝置可以支持快速和標(biāo)準(zhǔn)模式，分別為100kHz和400kHz，不能支持高速模式(Hs)。要求主機(jī)的活動(dòng)（寄存器的讀取和寫入）優(yōu)先于內(nèi)部活動(dòng)，例如：測(cè)量。: HMC5883L的幾種數(shù)據(jù)傳輸模式4. 操作模式該裝置有若干種模式，其主要目的是電源管理以及通過模式寄存器進(jìn)行控制。如果有必要，數(shù)據(jù)可以從數(shù)據(jù)輸出寄存器重新讀取，但是，如果主機(jī)并不能確保在下次測(cè)量完成之前可以訪問數(shù)據(jù)寄存器，數(shù)據(jù)寄存器上的舊的數(shù)據(jù)會(huì)被新的測(cè)量數(shù)據(jù)取代。即MD[n]位不變。所有寄存器在連續(xù)測(cè)量模式中保留數(shù)值。單次測(cè)量模式:這是預(yù)設(shè)的供電模式。在完成測(cè)量和輸出數(shù)據(jù)寄存器的更新以后，通過設(shè)置MD[n] bits，該裝置被置于閑置模式，模式寄存器變更為閑置模式。在單測(cè)量模式中所有寄存器保留數(shù)值。閑置模式:在此模式下，裝置可以通過IIC總線訪問，但主要電源能耗是禁用的，如ADC，放大器，傳感器偏置電流，但不僅限于這些。在閑置測(cè)量模式下IIC總線可被網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他裝置啟用。這一置位/復(fù)位帶在很大程度上是一種電阻性負(fù)載。每次測(cè)量時(shí)，ASIC會(huì)自動(dòng)完成置位/復(fù)位。這樣，在所有測(cè)量中傳感器的內(nèi)部偏差和溫度漂移差值就可以被移除/抵消了。所有地址為8 bits。這些指針位置從主機(jī)發(fā)出到從機(jī)并成功獲得的 7 位地址加 1 位讀/寫標(biāo)識(shí)符。這個(gè)地址指針自動(dòng)更新有兩個(gè)附加的功能。從邏輯上說，地址指針操作功能如下所示。任何企圖讀取無效的地址位置將返回0，而任何無效的地址位置的寫入或在一個(gè)有效的地址位置中一個(gè)未定義的位均被該裝置忽略。： 傳感器模塊連線圖 LCD1602液晶屏模塊1. 液晶顯示原理液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA 移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。2. 液晶顯示器的分類液晶顯示的分類方法有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點(diǎn)陣式等。如果根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)（液晶顯示的分類方法有很多種，通常可按其顯示方式分為段式、字符式、點(diǎn)陣式等。如果根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)（Static ）、單純矩陣驅(qū)動(dòng)（Simple Matrix ）和主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)（Active Matrix）三種。例如屏的第一行的亮暗由字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。這就是條暗線組成的虛線。4. 字符的顯示用 用 LCD 顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 68 或 或 88 點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1” ，其它的為“0” ，為“1” 的點(diǎn)亮，為“0”不亮。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在的不亮。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行