专利名称：一种具有自校正功能的电子罗盘设计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据地球磁场来辨别方向的电子罗盘导航设备，具体为一种具有自校正功能的电子罗盘设计。
背景技术：
导航系统在包括飞机、舰船、车辆在内的各个领域得到了广泛的应用。相比于目前常用的导航技术如GPS导航和陀螺仪导航，磁电子罗盘导航技术具有体积小、成本低、无累积误差和智能化等优点，目前小型化的磁电子罗盘已被广泛应用于智能手机、汽车导航和定位、野外探险和搜救、地质勘探及各种军事用途，具有巨大的市场价值和潜力。电子罗盘的原理是利用地球磁场来进行定位，由于地球具有一个始终指向北极的大小为0. 50e左右的磁场，电子罗盘就是通过测量该磁场的大小和方向来判断方位。要利用地球磁场来判断方位，必须同时获得水平面上X和Y方向地球磁场分量Hx和Hy的数据， 然后根据如下公式来计算方位角
￥ = arc tan | i/r/ Hx | ⑴。目前所有的二维电子罗盘都是采用两个拼接而成的互相垂直的磁感应传感器来探测X和Y方向的地球磁场，如果罗盘不在水平面上，则必须采用互相垂直的三个磁感应传感器来探测X、Y、Z三个方向的磁场，另外还要加上倾角传感器。影响电子罗盘精度的最大的因素是周围杂散磁场的干扰，当罗盘在没有任何磁性物质的区域工作时，它可以准确的测量地球磁场在X和Y方向的分量Hx和Hy并利用该数据根据(I)式定位，给出正确的方向角。这时它的X和Y方向读数随角度的变化应该是一个圆，如图I所示。但事实上罗盘周围可能存在着各种各样的磁性物质和干扰磁场，如汽车、飞机和各种磁性金属，这些都会极大地影响罗盘的精度，这时它的读数是一个原点偏离圆心的不规则的圆，如图2所示。因此高精度的罗盘必须采用各种补偿技术来抵消外界磁场的干扰，矫正电子罗盘的数据以准确的获得地磁场的大小以用于最终的方向判断。目前所有的电子罗盘的矫正技术都是采用如下方法首先是采集电子罗盘所在处的周围杂散磁场信息，具体操作如下将电子罗盘在周围环境中均匀转到360度，同时记录下整个过程中X和Y方向上磁场的最大和最小值，然后根据如下公式对X和Y方向上的磁场分量Hx和Hy进行矫正。
矫正后就可以获得正确的X和Y方向的磁场大小，进而算出方位角，如图3所示。由于电子罗盘的使用环境千差万别并且不断变化，对于测量精度要求较高的领域中，必须随时随地转动电子罗盘对测量环境的磁场进行补偿，才能获得准确地数据和信息， 这就给使用带来了很大的麻烦，尤其是在一些磁场环境复杂的地方，使用者必须不停地转动电子罗盘以便随时补偿干扰磁场已获得准确的地球磁场信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种自校正电子罗盘，以解决现有技术中电子罗盘在导航时需要随时随地转动电子罗盘来采集环境中的磁场信息并进行补偿的问题。为达到上述目的，本发明采用的技术方案为
一种具有自校正功能的电子罗盘设计，包括电路板、电路部分和磁感应传感器组，所述电路部分和磁感应传感器组安装在电路板上，其特征在于所述磁感应传感器组由至少不少于4个沿360度圆环形等角度分布的磁感应传感器构成，所述电路部分中对应每个磁感应传感器均设有外围电路，且相隔90度夹角的两个磁感应传感器连接在同一个外围电路上。所述的一种具有自校正功能的电子罗盘设计，其特征在于所述电路板上还设有分别与电路部分电连接的用于测量电路板倾角的传感器和用于测量电路板平面垂直方向磁场大小的磁感应传感器。所述的一种具有自校正功能的电子罗盘设计，其特征在于所述电路部分采用大规模集成电路半导体工艺制作的CMOS电路，磁感应传感器组与大规模集成电路半导体工艺制作的CMOS电路电连接。所述的一种自校正电子罗盘，其特征在于所述磁感应传感器选用隧道结磁感应传感器，或巨磁电阻磁感应传感器，或各向异性传感器，或霍尔效应传感器，或半导体材料磁感应传感器。本发明的有益效果为
本发明采用多对相互垂直的磁感应传感器设计，相当于多个传感器采集所测量环境周围的磁场信息，因此不需要在导航时通过转动电子罗盘来采集环境中的磁场信息并进行补偿，使用更加方便，且本发明结构简单，同时也相当于多个传统电子罗盘同时进行测量，可以对其取平均以消除离散误差，有效地提高了电子罗盘对周围干扰磁场的抗干扰性能，进一步提高测量精度并可根据精度需要来设置相应的磁感应传感器数量。
图I为无干扰磁场时的电子罗盘随角度的变化示意图。图2为有干扰磁场时的电子罗盘随角度的变化示意图。图3为有干扰磁场时但经过矫正的电子罗盘随角度的变化示意图。图4为本发明中磁感应传感器组结构示意图。
具体实施例方式本发明包括电路板、电路部分和磁感应传感器组，电路部分和磁感应传感器组安装在电路板上，磁感应传感器组由至少不少于4个沿360度圆环形等角度分布的磁感应传感器构成，如图4所示，电路部分中对应每个磁感应传感器均设有外围电路，且相隔90度夹角的两个磁感应传感器连接在同一个外围电路上。电路板上还设有分别与电路部分电连接的用于测量电路板倾角的传感器和用于测量电路板平面垂直方向磁场大小的磁感应传感器。磁感应传感器选用隧道结磁感应传感器，或巨磁电阻磁感应传感器，或各向异性传感器，或霍尔效应传感器，或半导体材料磁感应传感器。以选用各向异性磁传感器为例，电子罗盘包括多个具有单一或多个磁敏感方向的各向异性磁传感器，一个用于与这些传感器相连的印刷电路板，电路板上布上用于实现各种电子元器件功能的连线和焊接点。磁感应传感器每隔一定角度(例如I度、2度、3度、4 度、5度、6度、9度、10度、20度、30度或60度等)均匀分布在电路板上，并以焊接的方式与电路板上的各种功能的电子元器件相连，相隔90度的两个传感器采用同一个外围电路，此外，该电路板电路上还包括一个用于测量倾角的传感器(可以是加速度传感器或其他任何形式的倾角传感器)，一个可以测量与电路板平面垂直方向磁场大小的磁传感器(该传感器可以是隧道结传感器、巨磁电阻传感器、各向异性传感器、半导体磁传感器等任何形式的磁传感器)。该外围电路包括可以对每个磁感应传感器的输出信号进行放大的放大器(一般每个磁感应传感器需要一个)、对每个已被放大的模拟输出信号进行数字信号转换的A/ D，以及可以对经过转换过的数字输出信号进行处理的精度8位以上的单片机。
权利要求
1.一种具有自校正功能的电子罗盘设计，包括电路板、电路部分和磁感应传感器组，所述电路部分和磁感应传感器组安装在电路板上，其特征在于所述磁感应传感器组由至少不少于4个沿360度圆环形等角度分布的磁感应传感器构成，所述电路部分中对应每个磁感应传感器均设有外围电路，且相隔90度夹角的两个磁感应传感器连接在同一个外围电路上。
2.根据权利要求I所述的一种具有自校正功能的电子罗盘设计，其特征在于所述电路板上还设有分别与电路部分电连接的用于测量电路板所在平面倾角的传感器和用于测量电路板平面垂直方向磁场大小的磁感应传感器。
3.根据权利要求I所述的一种具有自校正功能的电子罗盘设计，其特征在于所述电路部分采用大规模集成电路半导体工艺制作的CMOS电路，磁感应传感器组与大规模集成电路半导体工艺制作的CMOS电路电连接。
4.根据权利要求I所述的一种自校正电子罗盘，其特征在于所述磁感应传感器选用隧道结磁感应传感器，或巨磁电阻磁感应传感器，或各向异性传感器，或霍尔效应传感器， 或半导体材料磁感应传感器。
全文摘要
本发明公开了一种具有自校正功能的电子罗盘设计，包括电路板、电路部分和磁感应传感器组，电路部分和磁感应传感器组安装在电路板上，磁感应传感器组由至少不少于4个沿360度圆环形等角度分布的磁感应传感器构成，电路部分中对应每个磁感应传感器均设有外围电路，且相隔90度夹角的两个磁感应传感器连接在同一个外围电路上。本发明不需要在通过转动电子罗盘来采集环境中的磁场信息并进行补偿，使用更加方便，同时有效地提高了电子罗盘对周围干扰磁场的抗干扰性能，且本发明结构简单，可通过进一步提高测量精度并可根据精度需要来设置相应的磁感应传感器数量。
文档编号G01C17/38GK102589536SQ201210034050
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月15日 优先权日2012年2月15日
发明者张超, 李明, 王磊, 荀盼盼, 蔡轲 申请人:安徽大学