基于A(yíng)RM9和MMC212xMG的數字尋北儀設計

摘要：利用地磁進(jìn)行尋北是一項重要的導航技術(shù)。本文設計了一種基于美新公司MEMS地磁傳感器MMC212xMG的數字尋北儀，采用S3C2440A微處理器實(shí)時(shí)讀取傳感器的地磁測量信息，并對其進(jìn)行數據處理和校準后送虛擬儀表界面顯示。實(shí)驗結果表明，該系統性能優(yōu)越，并具有較高的尋北精度。
關(guān)鍵詞：地磁；數字尋北；ARM9；MMC212xMG；WinCE；S3C2440A

引言
地磁場(chǎng)是地球系統的基本物理場(chǎng)，人們從古代就開(kāi)始利用地磁信息進(jìn)行導航。地磁場(chǎng)為航空、航天、航海提供了天然的參考系，可應用于航天器或艦船的定位、定向以及姿態(tài)控制。利用地球磁場(chǎng)空間分布的磁導航技術(shù)簡(jiǎn)便高效、性能可靠、抗干擾能力強，一直是世界發(fā)達國家不可缺少的基本定位手段。
MMC212xMG是美新公司推出的一款集成信號處理模塊和I2C總線(xiàn)的2軸MEMS地磁傳感器。本文設計一種基于嵌入式系統ARM9和地磁傳感器MMC212xMG的數字尋北儀。

1 系統方案
為了保證尋北儀的優(yōu)越性能，其控制處理模塊采用嵌入式系統。嵌入式系統一般應用在掌上儀器、便攜式系統等設計中，具有便利靈活、功能強大、嵌入性強等特點(diǎn)，可以實(shí)現運算、處理、存儲和控制等功能。嵌入式系統包括硬件和軟件兩部分，即嵌入式微處理器和嵌入式操作系統。本文設計的尋北儀采用S3C2440A微處理器和WinCE 4．2操作系統。
1．1 MMC212xMG地磁傳感器
MMC212xMG是基于AMR(Anisotropic MagnetoResistive，各向異性磁阻)設計的2軸MEMS(Microelec-tromechanical System，微機電系統)地磁傳感器，集成信號處理模塊和I2C總線(xiàn)(400 kHz快速模式)，可以方便地與其他控制器通信，而不需要A／D轉換和定時(shí)器。該傳感器可以測量的磁感應強度的范圍為-2～+2 Gs(1 Gs=10-4T)，在3．0 V工作電壓和25℃的室溫條件下，其靈敏度為512計數／Gs。
1．2 S3C2440A微處理器
Samsung公司的S3C2440A是一款基于ARM920T內核的32位RISC嵌入式微處理器。其主頻為400MHz，采用5級流水線(xiàn)結構，具有高速緩存和內存管理單元；提供豐富的外圍資源，包括130個(gè)通用I／0接口和24路外部中斷源、NAND Flash接口、SDRAM接口、SD卡接口、100M以太網(wǎng)接口、USB接口、觸摸屏接口、CMOS圖像傳感器接口、SPI接口、I2C接口、I2S接口、PWM功能、內嵌的LCD控制器、8通道的10位ADC、電源管理等。
1．3 WinCE 4．2操作系統
WinCE是微軟推出的嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統。它延伸了臺式機Windows操作系統的外部特征，在內部用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統的技術(shù)來(lái)實(shí)現Win32 API的子集，以簡(jiǎn)潔、高效的完全搶占式多任務(wù)為核心，支持強大的通信和圖形顯示功能；而且它的平臺定制工具latformBuitder和應用軟件開(kāi)發(fā)工具Embedded Visual C++都是非常強大實(shí)用的開(kāi)發(fā)工具，為嵌入式便攜式儀表的軟件開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)標準的平臺。
1．4 方案設計
尋北儀的系統框圖如圖1所示。以S3C2440A為控制核心，通過(guò)I2C總線(xiàn)和地磁傳感器MMC212xMG通信。在WinCE 4．2嵌入式操作系統環(huán)境下，開(kāi)發(fā)數據分析處理和顯示程序。