V2XE型地磁傳感器在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：在GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，地磁方位是一個(gè)很重要的參數(shù)。V2XE是PNI公司推出的基于SPI接口的地磁傳感器。分析了其工作原理和指令集，并結(jié)合實(shí)際介紹了V2XE在AT89C2051型單片機(jī)系統(tǒng)中的硬件連接和軟件編制。結(jié)果表ql，該系統(tǒng)測(cè)量地磁方向和溫度的精度較高。該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際的GPS產(chǎn)品中并取得較好的效果。
中圖分類號(hào)：TN753．8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—6977(2006)01—0067—03

1 引言
V2XE是一種以集成微處理器作為控制和接口的新型2軸羅盤和大地磁場(chǎng)傳感器。V2XE使用新型系統(tǒng)常用的3V工作電源，具有功耗低、尺寸小、在各種條件下的抗噪聲能力強(qiáng)、較大的測(cè)量靈敏感應(yīng)區(qū)等優(yōu)點(diǎn)。V2XE結(jié)合了PNI公司專利的磁場(chǎng)感應(yīng)傳感器和測(cè)量電路技術(shù)，不受補(bǔ)償漂移的影響，在不同溫度下的測(cè)量結(jié)果很穩(wěn)定。V2XE通過(guò)簡(jiǎn)單易行的標(biāo)準(zhǔn)SPI接口輸入，輸出數(shù)據(jù)。

2 性能特點(diǎn)
V2XE的典型特性如下：
功率低(3V DC，2mA輸出)；
封裝尺寸小(25．4mm×5．4mm×11．5mm)；
高地磁感應(yīng)(0．01 °)；
高地磁精度(2．0°)；
數(shù)字接口輸出(3V標(biāo)準(zhǔn)SPI接口)；
具有高的磁場(chǎng)感應(yīng)(0．00015Gauss)；
具有大的磁場(chǎng)量程(±11Gauss)。
V2XE的引腳功能如表l所列。

將V2XE應(yīng)用于GPS系統(tǒng)。用AT89C2051讀取V2XE的測(cè)量數(shù)據(jù)．通過(guò)串口將數(shù)據(jù)傳送到GPS處理器。圖1示出V2XE連接到單片機(jī)的原理圖。由于AT89C2051沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的SPI口輸出，故分別用P1．7、P1．6和P1．5來(lái)模擬SCLK、MISO及MOSI端。V2XE的復(fù)位引腳SYNC由P3．7腳控制。SSNOT接地．V2XE工作在從機(jī)模式。

3 數(shù)據(jù)格式和命令字
V2XE有Big Endian和Little Endian兩種數(shù)據(jù)格式。Big Endian類型數(shù)據(jù)是從高位到低位存放，little Editan數(shù)據(jù)是倒序存放．即在最高8位依次放最低8位的數(shù)據(jù)．在最低8位依次放最高8位的數(shù)據(jù)，如圖2所示。


帶有數(shù)據(jù)的命令格式由開(kāi)始標(biāo)志(Sync Flay)、指令類別(Frame Type)和結(jié)束標(biāo)志(Terminator)組成。圖3所示是一個(gè)帶有參數(shù)Heading(0X02)和Magnitude(0x05)的SetDataComponents(OX03)命令構(gòu)成。V2XE常用命令字包括GetModInfo、ModIn-foResp、SetDataComponent、GetData、DataResp、Set-Config、GetConfig、ConfigResp和SaveConfig。其指令碼和功能如表2所示。



4 編程實(shí)例
SPI接口的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送是同步的。V2XE每接收一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)將會(huì)發(fā)出0X00。當(dāng)V2XE發(fā)送命令的應(yīng)答時(shí)，它將不處理任何輸人的數(shù)據(jù)。因此，在主機(jī)獲取V2XE數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)是發(fā)送和接收同時(shí)進(jìn)行。用C語(yǔ)言編寫發(fā)送一接收函數(shù)SPITransmit如下：



V2XE出廠時(shí)，都在其ROM中固化了芯片的版本號(hào)。用戶第一次應(yīng)用V2XE系統(tǒng)可首先讀出該版本號(hào)以判斷器件是否正常工作。可先向V2XE發(fā)送命令GetModInfo，然后讀取返回值ModlnfoResp。其程序如下：

這樣，獲得的芯片信息存放在數(shù)組verson中，可以根據(jù)讀取的值和實(shí)際版本號(hào)(V2XEV201)比對(duì)以確定系統(tǒng)是否正常工作。如果系統(tǒng)正常，首先要根據(jù)需要設(shè)置返回?cái)?shù)據(jù)格式以確定V2XE返回這些用戶感興趣的值，主要包括地磁方向角、磁場(chǎng)強(qiáng)度、溫度和校準(zhǔn)狀態(tài)位等。另外。還要設(shè)置一些初始化參數(shù)，主要包括Declination(本地的地磁角，可以從http：／／www．ngdc．ROaa．gov／cgi—bin／seg／gmag／fldsnthl．pl獲得)、True Noah(設(shè)置參照角度為地磁北)、BigEndian(選擇數(shù)據(jù)的大、小模式)、Dampingsize(數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。將緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)平均后作為V2XE的實(shí)際輸出)。

在V2XE的實(shí)際應(yīng)用中，常常需要校準(zhǔn)．常用命令包括StartCal、StopCal、GetCalData、CalDataResp和SetCalData。其指令代碼和功能描述如表3所示。在校準(zhǔn)過(guò)程中，V2XE裝置要盡量水平放置。從開(kāi)始校準(zhǔn)到結(jié)束校準(zhǔn)過(guò)程中需將裝置原地旋轉(zhuǎn)兩周，每轉(zhuǎn)的時(shí)間不得小于30s。校準(zhǔn)完成后，可以查詢參數(shù)calstate來(lái)判斷校準(zhǔn)是否成功。完成參數(shù)設(shè)置和校準(zhǔn)等初始化工作后．可以通過(guò)發(fā)送指令GetData(0X04)來(lái)獲取V2XE的數(shù)據(jù)。對(duì)V2XE每發(fā)送命令一次必須將其輸出全部讀出．否則會(huì)影響下一次的正常輸出。


5 結(jié)束語(yǔ)
該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于手持GPS定位導(dǎo)航產(chǎn)品中。在室溫下，其測(cè)量方向角偏差在2°內(nèi)，測(cè)量的溫度偏差也小于1°C。地磁傳感器V2XE以其接口簡(jiǎn)單、功耗低、體積小和軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)在GPS定位和磁場(chǎng)檢測(cè)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。