马学东，吴傍斌，林培立，谢镇和，王卫星

（华南农业大学 工程学院，广东 广州 510642）

机械式仪器体积庞大，维修困难[1]。随着电子技术的飞速发展以及传感器技术的日趋成熟，各种机械式测量仪器已经逐渐向电子数字仪器转换，其精度要比机械式高若干倍。指南针也不例外，磁阻传感器能准确测出微弱却无处不在的地球磁场，如PNI公司的SEN-R65磁阻传感器，具有体积小、精度高、稳定性好[2]，价格低等特点，使得指南针高精度化数字化变得简易可行。由于驱动电路简单，设计师可以把精力集中在更多创意设计上。笔者设计的电子指南针结构简单，功能齐全，可以安装在GPS导航系统以及一些机器上，应用前景广泛。

1 系统硬件设计

1.1 系统组成

本方案采用PNI传感器，以AVR单片机Atmega16为主控芯片，并采用SPI进行数据采集端与Atmega16的通信，整个系统由PNI传感器模块、中心控制模块、1602液晶和LED显示模块、蜂鸣器报警模块、按键模块及其他外设模块组成。系统总体框架如图1所示。

图1 系统总体框架图Fig.1 Overall block diagram of system

1.2 理论分析及数值计算

1.2.1 传感器模块原理

1）地球磁场向量 图2所示为地球某一点的地球磁场向量He的三维图，其中，x轴和y轴与地球表面平行，z轴垂直指向下。指南针的基本任务就是测量磁场北极（图2中的He，即地球磁场的水平分量）与前进方向的夹角（方位角α）[3]。在图2中，α是从磁场的北极顺时针计算的（如，东是90°，西是 270°）

图2 地球磁场向量图Fig.2 Vector diagram of earth magnetic field

2）磁阻传感器SEN-R65 传统的磁场测量采用电感线圈，在地球磁场产生的感应电流非常微弱，不便于A/D采样，增加了测量难度。……