太原理工大学现代科技学院本科毕业设计开题报告_本科毕业设计开题报告
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太原理工大学现代科技学院信息系
本科毕业论文（设计）开题报告
毕业设计(论文)题目 基于单片机的电子指南针
学生姓名 专业 班级
孙宽 通信
导师姓名 报告日期
李化 2014/3/15
10-1班
指导教师意见
签字年月日
专业(教研室)主 任意见
年月日
系主任
意见
年月日
1.选题意义
早期的指南针是用“磁铁矿”或称“天然磁石”。中国人注意到，一块能自由移动的磁铁石总是指着南北方向，他们把这种罗盘称为“指南针”。后来，他们通过在漂浮于一碗水里的木制圆盘上安装一块磁铁来制作罗盘。最早使用罗盘航海的人大概是中国的旅行家们。明朝时期的三宝太监郑和曾经率领船队七次下西洋，远至红海、东非等地，就是靠罗盘来引导船队的。
随着科学技术的飞速发展，人类的活动范围不断扩大，从深达数千米的地层、海底到外大气层都有人类活动的痕迹。伴随着人类活动领域的不断扩展，卫星、飞机、导弹、运动平台的稳定、微波通信天线的自动跟踪、勘探和探测等研究活动都需要定向导航技术。
电子指南针与传统指针式和平衡架结构罗盘相比能耗低、体积小、重量轻、精度高、可微型化，其输出信号通过处理可以实现数码显示，不仅可以用来指向，其数字信号可直接送到自动舵，控制船舶的操纵。
由于GPS信号常被地形、地物遮挡，导致精度大大降低，甚至不能使用。尤其在高楼林立城区和植被茂密的林区，GPS信号的有效性仅为60%。并且在静止的情况下，GPS也无法给出航向信息。而电子指南针可以对GPS信号进行有效补偿，保证导航定向信息100%有效，即使是在GPS信号失锁后也能正常工作，做到“丢星不丢向”。
电子指南针系统中磁场传感器的磁阻（MR）技术是最佳的解决方法，和现在很多电子指南针还在使用的磁通量传感器相比较，MR技术不需要绕线圈而且可以用集成电路（IC）生产过程生产，是一个更值得使用的方案。
2.国内外研究现状概述
随着人们对指南针原理认识的不断深入，指南针也由先前笨重的“司南”发展到现在的便携式指南针。但其基本构造是没有改变的，都是属于机械的指针式，其指示的机械结构基本上没有改变，都是利用某种支撑使得磁针能够收到地磁场的影响而自由旋转。
由于机械的先天因素导致了指针式指南针在便携性、灵敏度、精度以及使用寿命上都有一定限制。由于国内外电子技术的飞速发展，特别是在磁传感器和专用芯片上的发展使能指南针的基本实现机理有了质的改变，不再是机械结构而采用了磁场传感器和专用处理器对磁场进行测量和处理后指示方向，这就是当前应用较为广泛的电子式指南针
国内外现阶段研究电子指南针的主要应用是提供地磁导航功能，相对于其他导航手段而言，地磁导航起步较晚。在20世纪60年代中期，美国E2systems公司提出了基于地磁异常场等值线匹配
MAGCOM系统，70年代获得测量数据后，系统进行了离线实验。20世纪80年代初，瑞典的Lund学院对船只的地磁导航进行了实验验证，实验中将地磁强度的测量数据与地磁图进行人工对比，确定船只的位置，同时根据距离已知的两个磁传感器的输出时差，确定船只的速度。
美国目前已开发出地面和空中定位精度优于30M，水下定位精度优于500m的地磁导航系统，并计划用于提高飞航导弹和巡航鱼雷的命中率。另外，美国在导弹试验方面已开始应用地磁信息，并利用E22飞机进行高空地磁数据测量。NASA God2dard空间中心和有关大学对底下地磁导航进行了研究，兵进行了大量的地面试验。
国内有关地磁导航的研究还主要集中在仿真和预研阶段，航天科工集团三院的李素敏等人运用平均绝对差法对地面所测量的地磁强度进行了匹配运算，分辨率达到50m；西北工业大学的晏登洋等人利用地磁导航校正惯性导航的仿真实验取得了较高的精度。
地磁场模型与地磁图是研究电子指南针制导技术的基础，地磁场建模和地磁图的精确程度是决定地磁导航技术是否可行的关键因素。
其主要发展趋势概括如下：
（1）制定行业规范与产业标准
（2）专业分工和产业化
（3）与GPS技术结合，提高系统性能，实现定位一体化
（4）以信息服务产业为牵动力，引发电子指南针系统的新浪潮，应用于手机等行业。
3.主要研究内容
设计了一个基于单片机的方向检测系统（传感器）。利用方向检测的方向信号，经过前级信号调理，完成信号的检测；由液晶屏模拟机械的指南针显示系统的偏移角和数字指示。
本电子指南针主要包括磁场传感器、A／D转换模块、微处理器、液晶显示模块及系统电源等模块。磁场传感器把磁场信号转化为电信号，电信号经过放大电路，整流电路等处理，送入A/D转换器转化为数字信号，数字信号经过AT89S52主控芯片的处理送入LCD显示.该电子指南针可以通过LCD显示当前方向与地理北极顺时针角度，可以方便的为大家提供导航服务。
4.拟采用的研究思路（方法、技术路线、可行性论证等）
本次设计的电子指南针，出于实用角度，设计目的在于要求体积小，并且功能完备，因此要求控制器体积小，以便能够在运用过程中实现便携性。51系列单片机具有体积小、编程灵活、外设多
样、易于扩展等优点，可以实现多种控制功能，广泛地应用于各种电路控制系统中。要使单片机工作起来,最基本的电路构成由单片机、时钟电路、复位电路等组成。
时钟电路：本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个12MHz石英晶体振荡器和2个30pF微调电容来构成稳定的的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。复位电路:确定单片机工作的起始状态，来完成单片机的启动过程。单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。本设计采用手动按键复位。本设计主要流程为HMC5883L将得到的信息送至单片机内进行处理，再转换为液晶显示数据在LCD1602上进行显示。
要得到方位角其实质是要去测量地磁场，而测量地磁场的方法很多例如：超导测磁法、感应线圈测磁法、磁通门磁力计测磁法、磁阻原理测磁法等，鉴于地球磁场的特殊性以及人们对仪器精度、便携性、低成本等的要求本设计选择了磁阻原理测磁法，这种测磁法在便携性成本等方面优于其他测磁法，精度、抗干扰性等也较优越。
本设计须通过Proteus仿真软件仿真以验证其可行性、可靠性及稳定性，验证通过后，使用Protel软件绘制PCB板，搭建硬件系统，同时利用Keil软件编写计算并显示方位角的程序，并下载到单片机中进行系统调试任务，通过不断调试验证设计的正确性。
5.研究工作安排及进度
（1）早期进入阶段：查找资料，了解毕业设计涉及的问题，确定设计思路
（2）第1周：资料的收集、整理，确定设计方案
（3）第2周：学习单片机，运放电路、A/D转化器、LCD显示等相关知识
（4）第3周：购买元器件
（5）第4周：完成硬件电路的排版
（6）第5周：完成硬件电路的制作
（7）第6周：调试电路
（8）第7周：完成软件编程
（9）第8周：调试
（10）第9周：实验测试，对硬件和软件进行综合改进，使各项性能指标达到设计要求
（11）第10周：整理相关资料，完成论文初稿交老师批阅
（12）第11周：修改并完成论文，撰写答辩提纲，准备答辩
6.参考文献
[1]康华光.电子技术基础（数字部分）.[M]北京：高等教育出版社,2006.[2]康华光.电子技术基础(模拟部分).[M]北京：高等教育出版社,2006.[3]郭天祥.新概念51单片机C语言教程:入门、提高、开发、拓展全攻略.[M]北 京电子工业出版社,2009.[4] 胡修林，高精度电子指南针的设计与实现[J]．计算机与数字工程，2007年1月．
[5] 马学东，基于PNI传感器的电子指南针[J]．电子设计工程，2011年6月.[6] 蒋贤志.数字电子罗盘误差分析及校正技术研究[J].现代雷达, 2005年6月.[7]惠意欣 运算放大器:理论与设计.[M]北京：清华大学出版,2006.[8]孙建民 杨清梅.传感器技术.[M]北京：北方交通大学,2005.[9] 邵婷婷,马建仓,胡士峰,王超.电子罗盘的倾斜及罗差补偿算法研究[J].传感技术学报, 2007年6月.[10] 姜立中，电子罗盘[J].电子世界, 1999年6月.[11] 赵毅强,管大年,陈豪敏.电子罗盘在精确定位平台中的应用[J].传感技术学报, 2005年1月.[12]刘迎春.叶湘滨.现代新型传感器原理与应用.「M]北京:国防工业出版社，1998 年: 116-157.[13]何立民.单片机应用系统设计「M].北京:北京航空航天大学出版社，1996年:223-228.[14]张友德 谢伟毅.嵌入式系统基础新型单片机教材.[M]北京：机械工业出版社，2004.[15]（美）荣格.运算放大器应用技术手册.「J]北京:人民邮电出版社,2009:178-355.
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