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关于电子罗盘(数字罗盘)的全面解析

日期: 2023-03-22
浏览次数: 414


目录:

1.电子罗盘简易说明

2.电子罗盘原理说明

3.电子罗盘的应用

正文:

 

1.电子罗盘简易说明

电子罗盘的原理很简单,就是用磁传感器感应地球的磁场,然后解析计算,将当前的方向信息显示出来。

用手机举例,打开指南针软件,它会显示两个界面,左侧第一个界面显示的是方位信息、经纬度信息、可视化的方向转动显示、气压、海拔、磁场强度等;右侧界面显示的是手机倾斜的角度,最大显示角度为50°,超过这个角度,手机就不能显示了。

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电子罗盘分为两种:平面罗盘、三维罗盘;

平面罗盘:只有左侧第一个界面,显示手机朝向,没有手机的倾斜信息;

三维罗盘:两个手机界面的组合,既能显示方位信息,又能显示姿态信息(水平还是倾斜);

手机和专业电子罗盘的区别:简单验证一下,轻轻转动手机,只有在超过一定角度后,手机显示的角度才会发生变化,一般是要超过一度多才会显示1°的变化。

2.电子罗盘原理说明

因技术进步,电子罗盘目前主要以三维电子罗盘为主,提供更丰富、更强的导航能力;进一步组合,可以做成AHRS或者IMU,在此不加叙述。

2.1地磁场和北半球的磁场坐标系

    地磁场的磁感线从南极出发、然后回到北极,所以指南针其实指北,北半球的磁场坐标系如右图所示:

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2.2磁场传感器

从磁场坐标系可知,磁感线在坐标系中可生成三个分量,因而需要磁场传感器去感应这三个轴的磁场分量,进而解算出具体方位;

因AMR磁阻芯片在测量范围内有较好的线性表现,以此为基础搭建系统框架:电源→磁阻芯片→ADC→MCU→串口输出;

左侧图片为磁阻芯片的输出方式,通过桥路输出差分信号;

右侧图片为磁阻芯片在±2 Oe范围或者±2guass(厂家不一样,描述方式有区别,实质是一样的)内的线性输出曲线,线性越好,性能越好;

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2.3倾角芯片

倾角芯片使用的是加速度计,原理也简单;通过测量静态重力加速度的分量,解算出物体的倾斜角度;

关于电子罗盘(数字罗盘)的全面解析

                            计算公式和曲线图:关于电子罗盘(数字罗盘)的全面解析


                关于电子罗盘(数字罗盘)的全面解析

因而加速度计的非线性度要尽量好;

2.4三维电子罗盘

磁场芯片提供方位信息,倾角芯片提供姿态信息(静止),建立数据球模型,给产品进行补偿,即使产品倾斜一定角度(<85°)也能提供精准的方位信息。

下图是我司一款小尺寸、低功耗的电子罗盘的参数示意,可以直观的看到,精度和分辨率比手机强了很多倍。

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3.电子罗盘的应用

 应用于机器人、车辆自主导航、水平孔和垂直孔测量、水下勘探、飞行器导航、设备维护、导航系统、测速、仿真系统、GPS备份、汽车指南针、虚拟现实等领域。

 结合陀螺仪和GPS,可进一步发展为AHRS或者IMU。

 


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