基于单片机的电子指南针设文毕业设计word格式

基于单片机的电子指南针设文毕业设计word格式内容摘要：

微观上】 F=qvBSinθ 地磁场 （ geomagic field）是从地心至磁层顶的空间范围内的磁场。 地磁学的主要研究对象。 人类对于地磁场存在的早期认识，来源于天然磁石和磁针的指极性。 地磁的北磁极在地理的南极附近；地磁的南磁极在地理的北极附近。 磁针的指极性是由于地球的北磁极（磁性为 S 极）吸引着磁针的 N 极，地球的南磁极（磁性为 S 极）吸引着磁针的 N 极。 这个解释最初是英国 1600年提出的。 吉伯所作出的地磁场来源于地球本体的假定是正确的。 这已为 1839 年德国数学家 析法所证实。 地磁的磁感线和地理的经线是不平行的，它们之间的夹角叫做 磁偏角。 中国古代的著名科学家 沈括 是第一个注意到磁偏角现象的科学家。 地磁场是一个向量场。 描述空间某一点地磁场的强度和方向，需要 3个独立的地磁要素。 常 用的地磁要素有 7个，即地磁场总强度 F，水平强度H，垂直强度 Z， X 和 Y分别为 H 的北向和东向分量， D 和 I分别为磁偏角和磁倾角。 其中以磁偏角的观测历史为最早。 在现代的地磁场观测中，地磁台一般只记录 H， D， Z 或 X， Y， Z。 近地空间的地磁场，像一个均匀磁化球体的磁场，其强度在地面两极附近还不到 1 高斯，所以地磁场是非常弱的磁场。 地磁场强度的单位过去通常采用伽马（ γ ）， 即 1 纳特斯拉。 1960 年决定采用特斯拉作为国际测磁单位， 1 高斯＝ 10^(4)特斯拉（ T）， 1 伽马＝ 10^(9)特斯拉＝ 1 纳特斯拉（ nT），简称纳特。 地磁场虽然很弱，但却延伸到很远的空间，保护着地球上的生物和人类，使之免受宇宙辐射的侵害。 地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分，它们在成因上完全不同。 基本磁场是地磁场的主要部分，起源于地球内部，比较稳定，变化非常缓慢。 变化磁场包括地磁场的各种短期变化，主要起源于地球外部，并且很微弱。 地球的基本磁场可分为偶极子磁场、非偶极子磁场和地磁异常几个组成部分。 偶极子 磁场是地磁场的基本成分，其强度约占地磁场总强度的 90％，产生于地球液态外核内的电磁流体力学过程，即自激发电机效应。 非偶极子磁场主要分布在亚洲东部、非洲西部、南大西洋和南印度洋等几个地域，平均强度约占地磁场的 10％。 地磁异常又分为区域异常和局部异常，与岩石和矿体的分布有关。 地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。 平静变化主要是以一个太阳日为周期的太阳静日变化，其场源分布在电离层中。 干扰变化包括磁暴、地磁亚暴、太阳扰日变化和地磁脉动等，场源是太阳粒子辐射同地磁场相互作用在磁层和电离层中产生的各种短 暂的电流体系。 磁暴是全球同时发生的强烈磁扰，持续时间约为 1～ 3 天，幅度可达 10 纳特。 其他几种干扰变化主要分布在地球的极光区内。 除外源场外，变化磁场还有内源场。 内源场是由外源场在地球内部感应出来的电流所产生的。 将高斯球谐分析用于变化磁场，可将这种内、外场区分开。 根据变化磁场的内、外场相互关系，可以得出地球内部电导率的分布。 这已成为地磁学的一个重要领域，叫做地球电磁感应。 地球变化磁场既和磁层、电离层的电磁过程相联系，又和地壳上地幔的电性结构有关，所以在空间物理学和固体地球物理学的研究中都具有重要意义。 地磁场 三 电子指南针系统设计 工作原理与总体方案 下图 是ＫＭＺ５２的内部结构框 图和引脚排列。 图中 ,Ｚ１和Ｚ４为翻转线圈 ,Ｚ２和Ｚ３为补偿线圈。 由于环境温度可能会影响系统精度 ,因此 ,在高精度系统中 ,可以通过补偿线圈对其进行补偿。 ＫＭＺ５２内部有两个正交的磁场传感器 分别对应二维平面的Ｘ轴和Ｙ轴。 磁场传感器的原理是利用磁阻（ＭＲ）组成磁式结构 ,这样可改变电磁物质在外部磁场中的电阻系数。 以便在磁场传感器的翻转线圈Ｚ１和Ｚ２上加载翻转电信号后使之能够产生变化的磁场。 由于该变化磁场会造成磁阻变化（ Δ Ｒ）０并将其转化成变化的差动电压输出 ,这样 ,就能根据磁场大小正比于输出差动电压的原理 ,分别读取 对应的两轴信号 ,然后再进行处理计算即可得到偏转角度。 整个电子指南针系统主要由传感器单元、信号调整单元（ＳＣＵ）、方向确定单元（ＤＤＵ）和显示单元四部分组成。 电子指南针的总体设计框图如图２所示。 图中 ,磁场传感器ＫＭＺ５２用于将地磁场信号转化成电信号输出 ,信号调整单元用于将磁场传感器单元中的输出信号成比例放大 ,并将其转换 成合适的信号ｈｅｘ和ｈｅｙ ,同时消除信号的偏移。 对于保证系统的精度来说 ,ＳＣＵ是最重要的部件。 通过ＤＤＵ可将信号调整单元输出的两路信号ｈｅｘ和 ｈｅｙ进行放大 ,然后再按下式计算出偏转角度 α ： α ＝ａｒｃｔａｎ ｈｅｙ／ｈｅｘ 这样根据抗干扰技术算法对 α 进行处理就可得出该磁场的偏转角度 ,最后通过显示单元进行输出。 （ 1） KMZ52 型号处理系统 该电子指南针系统的电路设计如图３所示。 由于ＫＭＺ５２内部桥式结构的磁阻输出是差动电压 ,通过运算放大器可以成比例放大 ,因此 ,在测量地磁场信号时 ,为了将两个磁场传感器信号放大同样的倍数 ,可以将二者的翻转线圈串联 ,并对差动电压选用同样的运放结构。 翻转信号从 ① 口输入 ,Ｘ、Ｙ轴差动电压信号则分别从 ② 、 ③ 口输出。 然后通过处理系统对传来的信号进行Ａ／Ｄ采样、数值处理和校正后 ,即可得到所求的角度。 （ 2）单片机控制系统 at89c2051 是美国 ATMEL 公司生产的低电压、高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 2k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（ PEROM）和 128bytes 的随机数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash存储单元，功能强大 at89c2051 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。 （ 1） 由于 89C2051 内部程序存贮器为 Flash，所以修改它内部的程序十分方便快捷，只要配备一个可以编程 89C2051 的 编程器即可。 调试人员可以采用程序编辑 编译 固化 插到电路板中试验这样反复循环的方法，对于熟练的 MCS51程序员来说，这种调试方法并不十分困难。 当做这种调试不能够了解片内 RAM 的内容和程序的走向等有关信息。 （ 2） 将普通 8031/80C31仿真器的仿真插头中 ～ ～ 2051,这种方法可以运用单步、断点的调试方法，但是仿真不够真实，比如， 2051 的内部模拟比较器功能， P1 口、 P3 口的增强下拉能力等等。 M O S I1NC2S S N O T3A V dd4A V s s5+ Z D R V6+ Z I N7ZIN8ZDRV9+YDRV10+YIN11DVdd12YIN13YDRV14+ X D R V15+ X I N16 X IN17 X D R V18D V s s19NC20C O M P21RESET22DRDY23DHST24REXT25VSTBY26SCLK27MISO28M O D U L _P A C KR 25100 kR 21100 RR 22100 RR 23100 RR 24100 RL1L2+5C 21104R _P O W E R510 R+5D _ P O W E RP1.51P1.62P1.73RST4P3.0/RXD5P4.3/INT26P3.1/TXD7P3.2/。