基于A(yíng)RM9和MMC212xMG的數字尋北儀設計

發(fā)布時(shí)間:2010-3-16 07:43    發(fā)布者:李寬
關(guān)鍵詞: 設計 , 數字
引言

地磁場(chǎng)是地球系統的基本物理場(chǎng),人們從古代就開(kāi)始利用地磁信息進(jìn)行導航。地磁場(chǎng)為航空、航天、航海提供了天然的參考系,可應用于航天器或艦船的定位、定向以及姿態(tài)控制。利用地球磁場(chǎng)空間分布的磁導航技術(shù)簡(jiǎn)便高效、性能可靠、抗干擾能力強,一直是世界發(fā)達國家不可缺少的基本定位手段。

MMC212xMC 是美新公司推出的一款集成信號處理模塊和I2C總線(xiàn)的2軸MEMS地磁傳感器。本文設計一種基于嵌入式系統ARM9和地磁傳感器MMC212xMG的數字尋北儀。

1 系統方案

為了保證尋北儀的優(yōu)越性能,其控制處理模塊采用嵌入式系統。嵌入式系統一般應用在掌上儀器、便攜式系統等設計中,具有便利靈活、功能強大、嵌入性強等特點(diǎn),可以實(shí)現運算、處理、存儲和控制等功能。嵌入式系統包括硬件和軟件兩部分,即嵌入式微處理器和嵌入式操作系統。本文設計的尋北儀采用S3C2440A微處理器和WinCE 4.2操作系統。

1.1 MMC212xMG地磁傳感器

MMC212xMG 是基于A(yíng)MR(Anisotropic MagnetoResistive,各向異性磁阻)設計的2軸MEMS(Microelectromechanical System,微機電系統)地磁傳感器,集成信號處理模塊和I2C總線(xiàn)(400 kHz快速模式),可以方便地與其他控制器通信,而不需要A/D轉換和定時(shí)器。該傳感器可以測量的磁感應強度的范圍為-2~+2 Gs(1 Gs=10-4T),在3.0 V工作電壓和25℃的室溫條件下,其靈敏度為512計數/Gs。

1.2 S3C2440A微處理器

Samsung 公司的S3C2440A是一款基于A(yíng)RM920T內核的32位RISC嵌入式微處理器。其主頻為400MHz,采用5級流水線(xiàn)結構,具有高速緩存和內存管理單元;提供豐富的外同資源,包括130個(gè)通用I/O接口和24路外部中斷源、NAND Flash接口、SDRAM接口、SD卡接口、100M以太網(wǎng)接口、USB接口、觸摸屏接口、CMOS圖像傳感器接口、SPI接口、I2C 接口、I2S接口、PWM功能、內嵌的LCD控制器、8通道的10位ADC、電源管理等。

1.3 WinCE 4.2操作系統

WinCE是微軟推出的嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統。它延伸了臺式機Windows操作系統的外部特征,在內部用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統的技術(shù)來(lái)實(shí)現Win32 API的子集,以簡(jiǎn)潔、高效的完全搶占式多任務(wù)為核心,支持強大的通信和圖形顯示功能;而且它的平臺定制工具PlatformBuilder和應用軟件開(kāi)發(fā)工具Embedded Visual C++都是非常強大實(shí)用的開(kāi)發(fā)工具,為嵌人式便攜式儀表的軟件開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)標準的平臺。

1.4 方案設計

尋北儀的系統框圖如圖1所示。以S3C2440A為控制核心,通過(guò)I2C總線(xiàn)和地磁傳感器MMC212xMG通信。在WinCE 4.2嵌入式操作系統環(huán)境下,開(kāi)發(fā)數據分析處理和顯示程序。



2 硬件設計

MMC212xMG的工作電源范圍較寬,其中模擬電路工作電源 VDA的范圍為2.7~5.25 V,數字電路工作電源VDD的范圍為1.62~5.25 V。S3C2440A的工作電源為3.3 V,為了保證I2C總線(xiàn)的可靠通信,系統統一采用+3.3 V供電;同時(shí),將+3.3 V分為模擬電源和數字電源,以提高系統的抗干擾能力。

MMC212xMG的引腳功能如表1所列。引腳1和8為工廠(chǎng)測試引腳,使用時(shí)可以不連接。引腳2連接10μF電容,引腳4和5之間連接1μF電容,實(shí)現芯片的設置/復位功能。引腳3和7分別為芯片的模擬電源和數字電源。引腳6為芯片的地線(xiàn)引腳。引腳9和10為I2C通信的時(shí)鐘引腳和數據引腳,上拉到數字電源。



MMC212xMG的工作電路如圖2所示,I2C總線(xiàn)引腳 9和10連接至S3C2440A。在I2C通信過(guò)程中,S3C2440A為主器件,MMC212xMG為從器件,主器件通過(guò)從器件地址尋址和特定的從器件通信,進(jìn)行讀寫(xiě)操作。



3 軟件設計

在嵌入式操作系統WinCE 4.2環(huán)境下,采用EVC開(kāi)發(fā)地磁測量信息采集、處理和顯示程序,主要包括基于I2C總線(xiàn)的測量數據讀取、地磁測量信號的數據處理和虛擬儀表界面設計。

3.1 基于I2C總線(xiàn)的測量數據讀取

為了便于在I2C總線(xiàn)通信中連接多個(gè)地磁傳感器,MMC212xMG有4種不同的器件地址(工廠(chǎng)定義),分別為60H、64H、68H和6CH。本系統中所用到的器件地址為60H。MMC212xMG的內部寄存器有5個(gè)字節,第1個(gè)字節為器件控制命令寄存器,可以對其設定命令值來(lái)啟動(dòng)相應的動(dòng)作。各命令控制字定義如表2所列。



內部寄存器的第2和3個(gè)字節為X軸磁場(chǎng)測量值,第4和5個(gè)字節為Y軸磁場(chǎng)測量值。啟動(dòng)MMC212xMG進(jìn)行測量的命令流程如圖3所示。



在啟動(dòng)測量命令完成后,延時(shí)10 ms,讀取測量數據。其流程如圖4所示。



3.2 地磁測量信號的數據處理

為了消除顯示上的抖動(dòng),可以采用均值濾波,即采集5次地磁測量信號,求出方位角后,取平均值送顯示。

為了提高指向的精度,可采取非線(xiàn)性校準技術(shù)。以45°為間隔,讓地磁傳感器模塊分別指向正北、東北、正東、東南、正南、西南、正西和西北8個(gè)方向,對這8個(gè)方向的地磁方位角測量多次取平均值后,存儲作為校準表。在實(shí)際測量過(guò)程中,獲得測量數據后,利用校準值對其進(jìn)行線(xiàn)性插值,求取方位角。

3.3 虛擬儀表界面設計

尋北儀的顯示界面模擬機械式指南針進(jìn)行設計,以達到顯示直觀(guān)的效果。EVC提供了豐富的界面繪圖API函數,可以輕易實(shí)現虛擬儀表界面的設計。軟件平臺在運行過(guò)程中,采用多線(xiàn)程技術(shù)實(shí)時(shí)讀取地磁傳感器的測量信息,經(jīng)過(guò)數據處理后送虛擬儀表界面顯示。

4 系統演示

尋北儀實(shí)物圖如圖5所示。系統由兩部分組成:由S3C2440A構成的嵌入式系統模塊和由MMC212xMG構成的地磁傳感器模塊。圖5(a)為地磁傳感器模塊指向北的效果圖,圖5(b)為指向任意方位的效果圖。



在實(shí)際使用過(guò)程中,可以將嵌入式系統模塊和地磁傳感器模塊安裝成為一個(gè)整體,構成便攜式尋北儀;也可以分開(kāi)安裝,嵌入式系統模塊同時(shí)獲取其他傳感器(如加速度傳感器、GPS傳感器等)的信息,構成組合導航系統。

結語(yǔ)

本文采用嵌入式微處理器S3C2440A和MEMS地磁傳感器MMC212xMG設計了一款數字尋北儀。該系統與機械式指南針相比,具有人機界面友好、不受慣性影響、數據可存儲等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間運行測試,尋北儀工作穩定,可以滿(mǎn)足高精度尋北要求.

作者:高軍哲,潘孟春,田武剛,胡佳飛 (國防科技大學(xué)機電工程與自動(dòng)化學(xué)院,長(cháng)沙 410073)
來(lái)源:單片機與嵌入式系統應用 2010年01期
本文地址:http://selenalain.com/thread-9418-1-1.html     【打印本頁(yè)】

本站部分文章為轉載或網(wǎng)友發(fā)布,目的在于傳遞和分享信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀(guān)點(diǎn)和對其真實(shí)性負責;文章版權歸原作者及原出處所有,如涉及作品內容、版權和其它問(wèn)題,我們將根據著(zhù)作權人的要求,第一時(shí)間更正或刪除。
您需要登錄后才可以發(fā)表評論 登錄 | 立即注冊

相關(guān)在線(xiàn)工具

相關(guān)視頻

關(guān)于我們  -  服務(wù)條款  -  使用指南  -  站點(diǎn)地圖  -  友情鏈接  -  聯(lián)系我們
電子工程網(wǎng) © 版權所有   京ICP備16069177號 | 京公網(wǎng)安備11010502021702
快速回復 返回頂部 返回列表
午夜高清国产拍精品福利|亚洲色精品88色婷婷七月丁香|91久久精品无码一区|99久久国语露脸精品|动漫卡通亚洲综合专区48页