摘要：隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，尤其是電子技術(shù)的推動下社會逐漸向智能化、信息化和人工智能等方面發(fā)展。與此同時市場更加需要掌握精確的方位角度信息，服務(wù)到生活、產(chǎn)業(yè)、出行、航行等各方各面。傳統(tǒng)的指南針由于本身的物理特性，抗干擾能力不強(qiáng)，指向靈敏度不足，精度不高等缺點(diǎn)逐漸被市場淘汰。

　　本論文根據(jù)指南針的基本原理特征，設(shè)計了一套基于單片機(jī)的電子指南針。系統(tǒng)選用STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和程序運(yùn)，采用HMC5883L磁場傳感器來采集當(dāng)前地磁場的信息，再將采集到的磁場信息轉(zhuǎn)換為電信號傳送給單片機(jī)。單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理輸出到液晶顯示屏上顯示方位信息，同時設(shè)有時鐘芯片方便實(shí)時顯示時間，設(shè)有按鍵模塊，可以設(shè)定時間和范圍角度。還設(shè)有報警模塊，可進(jìn)行超出范圍角報警的功能。經(jīng)測試本系統(tǒng)的指向精度可達(dá)1°，是一個更精確，抗干擾性強(qiáng)，更加智能的電子指南針。

　　關(guān)鍵詞：指南針,單片機(jī),磁場傳感器

　　隨著人們生活水平的不斷提高，人們開始追求更加美好和便捷的生活。辨向快捷、角度準(zhǔn)確、抗干擾性強(qiáng)等條件成了市場對于指南針的近一步要求。隨著相關(guān)的研發(fā)和投入逐漸增多，也出現(xiàn)了一些科學(xué)的技術(shù)和方案。應(yīng)用科學(xué)的電子技術(shù)幫助人們快速便捷的掌握方位信息，將傳統(tǒng)的指南針技術(shù)演變成使用智能單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，再通過顯示屏的交互方式更加方便用戶查看方位信息，為了增加實(shí)用性，添加了時間顯示、角度超出報警等輔助功能。

　　單片機(jī)又被稱作單片微型控制器，具有成本低、易操作的特點(diǎn)，在我們的日常生活中，小到臺燈、手機(jī)，大到汽車、飛機(jī)，單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用無處不在�；裟犴f爾HMC5883L是一種表面貼裝的高集成模塊，并帶有數(shù)字接口的弱磁傳感器芯片，應(yīng)用于低成本羅盤和磁場檢測領(lǐng)域。HMC5883L包括最先進(jìn)的高分辨率HMC118X系列磁阻傳感器，并附帶霍尼韋爾專利的集成電路包括放大器、自動消磁驅(qū)動器、偏差校準(zhǔn)、能使羅盤精度控制在1°到2°的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡易的I2C系列總線接口。

　　HMC5883L是采用無鉛表面封裝技術(shù)，帶有16引腳，尺寸為3.0×3.0×0.9mm。HMC5883L的所應(yīng)用領(lǐng)域有手機(jī)、筆記本電腦、消費(fèi)類電子、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)和個人導(dǎo)航系統(tǒng)。本文設(shè)計了一個基于單片機(jī)的電子指南針系統(tǒng)，該系統(tǒng)在設(shè)計的時候，主控選用STC公司的STC89C52進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理作并且為系統(tǒng)控制的中心，通過磁阻傳感器HMC5883L傳感器來對地球的磁場信息進(jìn)行采集，將采集到的磁場信息轉(zhuǎn)化為電信號，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)。

　　同時添加一個時鐘模塊，在采集方位的同時，也可以實(shí)時的進(jìn)行時間的顯示，使得系統(tǒng)更加的便利。為了進(jìn)一步的增加系統(tǒng)的實(shí)用性，用戶在使用的時候，可以通過按鍵設(shè)置方位角度的上下限，當(dāng)超過設(shè)定的角度范圍，進(jìn)行蜂鳴器的報警處理。在電源供電方面，為了使得系統(tǒng)更加的具有實(shí)用性，本系統(tǒng)采用電池的供電的方式為整個的系統(tǒng)進(jìn)行供電。本設(shè)計的電子指南針可用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的指南針用于民船航行，大地測量，旅行導(dǎo)航，車載導(dǎo)航等用來辨別方向的實(shí)際用途，有較高的應(yīng)用價值。

　　1系統(tǒng)方案設(shè)計

　　總體設(shè)計方案的確定是整個設(shè)計中最為復(fù)雜的一部分，在確定總體方案時既要考慮各部分元件的選擇，也要考慮到所有元件之間的配合。在選擇元件時往往會有很多種方案都能滿足自己的設(shè)計要求，此時，我們就要去考慮整個設(shè)計的性價比、線路的復(fù)雜程度，甚至我們還要去考慮該芯片是否能購買到等因素�？傊�影響我們設(shè)計方案的因素很多，我們都要逐一考慮，最終在自己的努力和老師、同學(xué)的幫助下確定了自己的方案。

　　本文設(shè)計的電子指南針主要能實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)能夠?qū)崟r的檢測當(dāng)前的方位情況，并使用屏幕進(jìn)行顯示;(2)能夠?qū)崟r的進(jìn)行時間的顯示，方便用戶進(jìn)行查看;(3)用戶可以通過按鍵設(shè)置時間，調(diào)整時間;(4)具有報警的功能，用戶可以進(jìn)行方位角度的設(shè)定，超過限制，進(jìn)行蜂鳴器報警處理。

　　2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

　　基于單片機(jī)的電子指南針系統(tǒng)，是基于智能控制與傳感器的系統(tǒng)，即該系統(tǒng)由一個主控模塊和一個磁場傳感器模塊和報警模塊組成，同時還加入了液晶顯示模塊和一個時鐘模塊，可以實(shí)時的來顯示時間信息，該系統(tǒng)還加入了按鍵模塊和報警模塊。

　　各個模塊功能如下：主控模塊可以進(jìn)行內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理和程序的運(yùn)算;傳感器模塊是用來實(shí)時的對磁場進(jìn)行檢測;時鐘模塊能實(shí)時的計算時間，用于時間的顯示，顯示模塊實(shí)時的對信息進(jìn)行顯示;按鍵模塊使用按鍵作為信息的交互輸入，用戶時間的調(diào)整和角度報警的調(diào)整;電源模塊使用電池電壓供電。

　　然采用穩(wěn)壓模塊進(jìn)行輸出5V，為控制單元供電;蜂鳴器報警模塊，當(dāng)系統(tǒng)的角度超過設(shè)定的角度時，進(jìn)行蜂鳴器的報警3系統(tǒng)軟件設(shè)計本設(shè)計的主要的核心采用STC89C52，這一款單片機(jī)的開發(fā)是非常的簡單的，使用C語言進(jìn)行程序的設(shè)計和開發(fā)，在開發(fā)環(huán)境的選擇方面，我們選用的是專門的單片機(jī)的開發(fā)軟件KeilμVision5來實(shí)現(xiàn)的，借助Keil內(nèi)部的數(shù)據(jù)的存儲庫也是非常的高效的，我們可以直接調(diào)用，而不需要進(jìn)行直接的底層程序的開發(fā)和設(shè)計。

　　在硬件設(shè)計完成后，我們需要進(jìn)行根據(jù)相關(guān)的硬件設(shè)計進(jìn)行軟件的設(shè)計，主要是通過設(shè)計不同的I/O，然后完成不同的邏輯的關(guān)系。對于單片機(jī)的程序開發(fā)而言，軟件設(shè)計的流程就是根據(jù)設(shè)計需要，然后對于單片機(jī)內(nèi)部的相關(guān)的模塊的程序進(jìn)行調(diào)用和初始化的設(shè)計，然后進(jìn)行特定的模塊的初始化設(shè)計。

　　對于此單片機(jī)的數(shù)字指南針而言，就是單片機(jī)上電以后，對于單片機(jī)的程序進(jìn)行調(diào)控，然后開始讀取HMC5883L傳感器的返回數(shù)據(jù)，通過讀取之后，進(jìn)行液晶的顯示。對于此設(shè)計而言，在進(jìn)行程序設(shè)計的時候，在該函數(shù)的開頭是先對我們設(shè)計的系統(tǒng)的單片機(jī)和一些相關(guān)的外圍器件進(jìn)行了系統(tǒng)的初始化操作，然后才能正常使用的我們在設(shè)計的時候，我們設(shè)計的器件進(jìn)行初始化和重新賦值一些變量，進(jìn)而在后續(xù)的程序操作中，對該模塊進(jìn)行程序的操作，參數(shù)的讀取。

　　在單片機(jī)的程序設(shè)計中，初始化完后我們需要設(shè)計一個while(1)的死循環(huán)，使得程序的運(yùn)行進(jìn)入這個死循環(huán)，如果沒有設(shè)計一個死循環(huán)，程序運(yùn)行一次就會退出，通過設(shè)計之后，加入死循環(huán)程序設(shè)計結(jié)構(gòu)，就會不斷地進(jìn)行循環(huán)達(dá)到實(shí)時檢測執(zhí)行的目的，就能實(shí)時的進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和顯示。在主程序的設(shè)計中需要注意的是主函數(shù)中不宜放過多的代碼，具體的用戶功能的操作的代碼我們在設(shè)計的時候，一般都是采用函數(shù)進(jìn)行封裝的方式進(jìn)行的，然后在主函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，這樣也可以方便閱讀修改。

　　4系統(tǒng)調(diào)試與測試

　　在整機(jī)測試前，設(shè)計一系列的分模塊調(diào)試，以便能夠發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的問題，同時采用這種分步調(diào)試的方法能夠找出誤差出現(xiàn)的原因，方便數(shù)據(jù)的修正，易于發(fā)現(xiàn)程序中的漏洞、提高系統(tǒng)整體的測量精度和運(yùn)行的穩(wěn)定性。分模塊的調(diào)試主要包括，單片機(jī)最小系統(tǒng)的測試、液晶LCD12864顯示模塊，磁場的采集模塊以及數(shù)字時鐘的采集模塊。系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，最主要的是搭建一個穩(wěn)定的最小系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用的方法是，通過書寫一個流水燈的程序，來驗(yàn)證最小系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　當(dāng)最小系統(tǒng)調(diào)試完整之后，進(jìn)行磁場傳感器和液晶顯示的聯(lián)合調(diào)試，液晶的第一行顯示當(dāng)前的角度，第二行顯示更為直觀的方位角度，液晶可以正確的顯示采集到的角度信息。然后進(jìn)行數(shù)字時鐘的顯示調(diào)試，經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試之后，液晶可以顯示當(dāng)前的時間信息，通過數(shù)字的方式進(jìn)行顯示。

　　其中第一行角度和第二行方位角和右側(cè)指針圓盤方位指示都是三種方向指示方式，為了更加直觀的體現(xiàn)方向，時間采用12小時制，可以實(shí)時顯示，配有電池可以實(shí)現(xiàn)斷電走時的作用。本系統(tǒng)具有用戶通過按鍵設(shè)定方位報警的功能，用戶通過按下按鍵，進(jìn)入設(shè)置界面，此時液晶提示進(jìn)行羅盤的設(shè)置，用戶可以通過按鍵進(jìn)行角度上限和角度下限的設(shè)定。當(dāng)超過設(shè)定角度設(shè)定范圍時，蜂鳴器就會發(fā)出報警提示。

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　　相關(guān)電子類期刊推薦：《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》為國家級期刊。本刊定位在單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)應(yīng)用領(lǐng)域，突出單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)中的一些基本的軟硬件技術(shù)、集成開發(fā)環(huán)境、新產(chǎn)品、新技術(shù)等。既有別于對象專業(yè)期刊中的嵌入式系統(tǒng)的對象項(xiàng)目應(yīng)用，也有別于一般電子類期刊中從電子技術(shù)應(yīng)用、電子元器件角度介入嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。