基于LSM303DLH集成傳感器的電子羅盤(pán)實(shí)現方法

　　作為高集成度的傳感器模組，除了磁力計以外LSM303DLH還集成一顆高性能的加速計。加速計同樣采用12位ADC，可以達到1mg的測量精度。加速計可運行于低功耗模式，并有睡眠/喚醒功能，可大大降低功耗。同時(shí)，加速計還集成了6軸方向檢測，兩路可編程中斷接口。

　　3. ST電子羅盤(pán)方案介紹

　　一個(gè)傳統的電子羅盤(pán)系統至少需要一個(gè)三軸的磁力計以測量磁場(chǎng)數據，一個(gè)三軸加速計以測量羅盤(pán)傾角，通過(guò)信號條理和數據采集部分將三維空間中的重力分布和磁場(chǎng)數據傳送給處理器。處理器通過(guò)磁場(chǎng)數據計算出方位角，通過(guò)重力數據進(jìn)行傾斜補償。這樣處理后輸出的方位角不受電子羅盤(pán)空間姿態(tài)的影響，如圖9所示。

　　圖9 電子羅盤(pán)結構示意圖

　　LSM303DLH將上述的加速計、磁力計、A/D轉化器及信號條理電路集成在一起，仍然通過(guò)I2C總線(xiàn)和處理器通信。這樣只用一顆芯片就實(shí)現了6軸的數據檢測和輸出，降低了客戶(hù)的設計難度，減小了PCB板的占用面積，降低了器件成本。

　　LSM303DLH的典型應用如圖10所示。它需要的周邊器件很少，連接也很簡(jiǎn)單，磁力計和加速計各自有一條I2C總線(xiàn)和處理器通信。如果客戶(hù)的I/O接口電平為1.8V，Vdd_dig_M、Vdd_IO_A和Vdd_I2C_Bus均可接1.8V供電，Vdd使用2.5V以上供電即可;如果客戶(hù)接口電平為2.6V，除了Vdd_dig_M要求1.8V以外，其他皆可以用2.6V。在上文中提到，LSM303DLH需要置位/復位電路以維持AMR的主磁域。C1和C2為置位/復位電路的外部匹配電容，由于對置位脈沖和復位脈沖有一定的要求，建議用戶(hù)不要隨意修改C1和C2的大小。

　　對于便攜式設備而言，器件的功耗非常重要，直接影響其待機的時(shí)間。LSM303DLH可以分別對磁力計和加速計的供電模式進(jìn)行控制，使其進(jìn)入睡眠或低功耗模式。并且用戶(hù)可自行調整磁力計和加速計的數據更新頻率，以調整功耗水平。在磁力計數據更新頻率為7.5Hz、加速計數據更新頻率為50Hz時(shí)，消耗電流典型值為0.83mA。在待機模式時(shí)，消耗電流小于3uA。

　　圖10 LSM303DLH典型應用電路圖

　　4. 鐵磁場(chǎng)干擾及校準

　　電子指南針主要是通過(guò)感知地球磁場(chǎng)的存在來(lái)計算磁北極的方向。然而由于地球磁場(chǎng)在一般情況下只有微弱的0.5高斯，而一個(gè)普通的手機喇叭當相距2厘米時(shí)仍會(huì )有大約4高斯的磁場(chǎng)，一個(gè)手機馬達在相距2厘米時(shí)會(huì )有大約6高斯的磁場(chǎng)，這一特點(diǎn)使得針對電子設備表面地球磁場(chǎng)的測量很容易受到電子設備本身的干擾。

　　磁場(chǎng)干擾是指由于具有磁性物質(zhì)或者可以影響局部磁場(chǎng)強度的物質(zhì)存在，使得磁傳感器所放置位置上的地球磁場(chǎng)發(fā)生了偏差。如圖11所示，在磁傳感器的XYZ 坐標系中，綠色的圓表示地球磁場(chǎng)矢量繞z軸圓周轉動(dòng)過(guò)程中在XY平面內的投影軌跡，再沒(méi)有外界任何磁場(chǎng)干擾的情況下，此軌跡將會(huì )是一個(gè)標準的以O(0,0)為中心的圓。當存在外界磁場(chǎng)干擾的情況時(shí)，測量得到的磁場(chǎng)強度矢量α將為該點(diǎn)地球磁場(chǎng)β與干擾磁場(chǎng)γ的矢量和。記作：

　　圖11 磁傳感器XY坐標以及磁力線(xiàn)投影軌跡