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磁阻传感器在车辆航位推算系统中的应用研究 |
| 发布时间:2005年9月3日 点击次数:1010 |
| 来源:电子设计应用 作者:湖南大学电气与信息工程学院 邓滔 徐勇 潘成源 |
要 HMC1022
(如要求载体静止、无振动、且误差随时间积累,因此不适合于要求低成本的车辆导航。而磁阻传感器具有体积小、功耗低、易于安装,且温度特性好、实时性和抗干扰能力强、误差不随时间积累等特点,因此在车辆航位推算系统中采用磁阻传感器具有较高的性价比。
1 磁阻传感器工作原理图
2 航向测量原理框图
3 置位复位脉冲对磁阻传感器的输出影响
4HMC1022及其外围电路图
1所示。它由四个磁阻组成了惠斯通电桥。其中供电电源为,在电阻中有电流流过,且在电桥上施加一个偏置磁场,使得两个相对放置的电阻的磁化方向朝着电流方向转动,引起电阻阻值增加;另外两相对放置的电阻的磁化方向背向电流转动,从而引起电阻阻值减少。在线性区域,输出和外加磁场成正比,灵敏度和传递函数的线性区域成反比。 2所示。将二轴磁阻传感器沿车辆的东、北向坐标轴安装,即可测量到地磁场沿载体坐标的两个分量。已知地磁场的水平分量0与地球表面平行,指向地磁北极。令X和Y分别为东、北向磁阻传感器的输出,则有 (1) (2) (2)计算航向角时,由于正切函数的多值性,航向角在大于°是有效的,并且不允许＝的除法运算。
A/D转换的分辨率;磁阻传感器的误差、温度影响和附近的铁质材料;地球磁场的变化。倾角误差在车辆导航中可以忽略不计。 1°并且能测量°的角度变化。已知地磁场在水平面上,磁场分量的典型值为。根据航向公式,有 ,则。即比率的的变化会导致航向°变化。由于经转换后的数字量的最高位为符号位,若使用位转换器,其分辨率为,大于,因此位转换器不能满足测量°的角度变化的要求。那么转换器应等于或大于位。考虑到硬磁环境干扰的影响,系统测量的磁场范围考虑为±,则转换器的位数应为位,可测得的最小磁场为＝,它是可测得的最小磁场量的倍多可测得的最小磁场量为12位转换器完全满足要求。 1°,对磁阻传感器的噪声、线性度、磁滞、重复性等参数的测量误差应优于°。磁阻传感器的增益误差和偏移,在硬磁校正时都可以被补偿掉,不必考虑。表给出了这些参数的误差值、这些参数引起的磁场误差,以及和最终导致的航向误差。由表中可知,磁阻传感器若能提供小于的磁场误差,对应的航向误差将为°。 X轴向和轴向的输出增益的变化是成正比的。因此,在航向的计算中,此因素可以互相抵消掉。即温度变化对航向精度无影响。 OFF+/OFF-,可以消除温漂。通过一个交流耦合驱动器,在电流带上产生一个双向脉冲,如图所示。这两个电流脉冲引起的磁阻传感器的输出是对称的,有一个相同的截距,可以通过运算消除掉。首先,对电流带施加一置位脉冲,测量出此时的磁场强度和输出电压;然后对电流带施加一复位脉冲,测量出此时的磁场强度和输出电压,将可消除偏置电压。 360傻贸稣哂胗嘈撸礁鍪涑鲂藕藕铣桑捅涑闪嗽残喂旒＃觳獾降卮懦〉谋浠段。但是,如果车辆被磁化或有固定磁干扰的情况下,输出信号的合成就会偏离原点,且不再是一个圆,而是近似椭圆。对地磁场来说,当存在着倍左右的干扰磁场时,从开始,车辆被磁化;当有倍以上的干扰磁场时,在左右磁化量达到饱和。 X、轴输出的最大和最小值;接着确定出原点偏移值;最好根据偏移量进行补偿。 11.5募薪即磁偏角,而且在地球的不同地方,磁北极和地理北极方向之间,都有不同的角度差值,此差值最大可达Ｒ虼耍诤较蚣扑阒校枰跞セ蚣由洗舜牌恰４牌强赏ü虻牡卮牌堑赝蓟騁输出的数据中得到。
HMC1022应用于车辆航位推算系统,航位推算系统平台的处理器芯片采用的是飞思卡尔公司的位嵌入式处理器芯片。是二轴磁阻传感器,可以输出前后方向、左右方向的方位信息,输出数据经放大器放大后,再由转换将检测到的模拟信号转换为数字信号,经串行通信送到处理器计算出航向角。及其外围电路如图所示。 (大于 HMC1022的、引脚输出地磁在水平坐标中前后方向轴引起的变化电压,、引脚输出地磁在水平坐标中水平坐标中左右方向轴引起的变化电压。考虑到硬磁环境干扰的影响,系统测量的磁场范围考虑为±。的灵敏度为至,磁阻传感器的供电电压为,那么任一电桥上最大可能的地磁激励可能为
A/D转换器能精确转换的电压范围。本文采用了放大器。要使电压对应转换器模拟输入端至的电压范围,需将电压放大为倍,在的、脚之间接一个的增益电阻可以达到该放大倍数。在的、脚接的电容为放大器提供了的截止频率。 TI公司的位。中的引脚电平为,而的输入输出脚电平为。用与组合,可以实现两接口高低电平和低高电平混合转换。接口配置为主机模式,的片选信号可由的端口脚提供。
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