数字罗盘HMR3000在单片机系统中的应用_俞红杰

HMR3000应用介绍

　　　经验交流

Technical Communications

《自动化技术与应用》２００７年第２６卷第０９期

数字罗盘HMR３０００在单片机系统中的应用

俞红杰，单海校，沈晓群

（浙江海洋学院机电工程学院，浙江　舟山　　３１６０００）

摘　　要：数字罗盘ＨＭＲ３０００体积小、功耗低、精度高，能实时准确的输出被测物体的航向、俯仰、横滚三个方向上的状态数据。本

文介绍了数字罗盘与单片机组合，通过使用双端口ＲＡＭ，简化系统的接口设计，实现数据共享，形成适用于移动测控的系统单元或模块，是姿态测量用户的理想选择。

关键词：　数字罗盘；单片机；双端口ＲＡＭ

中图分类号：ＴＰ３６８．１　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　文章编号：１００３－７２４１（２００７）０９－０１１５－０３

A Single-Chip Microcomputer System in Combination With

Digital Compass HMR3000

YU Hong-jie, SHAN Hai-xiao, SHEN Xiao-qun

(Mechanical & Electrical Engineering College of Zhejiang Ocean University,Zhoushan 316000 China)

Abstract: The digital compass HMR3000 can output the real-time attitude data of heading, pitching and rolling of the measured

object. This paper introduces the combination of the digital compass and a single-chip microcomputer. A dual-port RAMis used to simplify the interface design.The module is suitable for mobile observation and control.

Key words: digital compass; single-chip microcomputer; dual-port RAM

１　　引言

ＨＭＲ３０００数字罗盘是一款Ｈｏｎｅｙｅｗｌｌ公司的产品，具备ＲＳ－２３２或ＲＳ－４８５数据输出格式，由三轴磁阻传感器和一个充有液体的两轴倾斜传感器组成，可以测量３个方向上的角度变化。其内部单片机控制传感器的测量时序，能及时获得当前的航向和水平姿态，罗盘在倾斜４０°的情况下也能给出精确的航向信息。整个装置带有非铁磁性金属外壳，便于安装固定在任何一个平台上。而且ＨＭＲ３０００允许用户对罗盘的输出进行组态，包括六种ＮＭＥＡ标准信息的组合，还可改变磁场计的测量参数以适应不同应用的需要等。完善的罗盘自动标定程序将修正平台的磁影响，磁场计的宽动态范围允许ＨＭＲ３０００工作在当地较大的磁场下［１］。

图１　　系统结构框图

２　　系统硬件电路设计

２．１　　系统总体结构

系统由主从单片机、数字罗盘、双端口ＲＡＭ及数据转换电路等组成。其系统结构框图如图１所示。

２．２　　HMR３０００接口电路设计

收稿日期：２００６－１１－２７

图２　　两种不同电源的接口连接图

由于ＨＭＲ３０００与外部的通信通过ＲＳ－２３２接口或ＲＳ－４８５接口，因此不能直接与单片机进行通信，必须通过数据转换电路进行通

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信。ＨＭＲ３０００数字罗盘上自带标准的Ｄ型９针串口插头，可以利用该插头通过ＭＡＸ２３２芯片，连接到单片机的串口。这里需注意的是，在使用串口连接单片机时，ＨＭＲ３０００　的９针串口的２、３管脚经常会出现连接错误。这主要是因为ＨＭＲ３０００的输出数据在连接到Ｄ型插头时，为了方便和ＰＣ机的连接已经调换了２、３脚的顺序，因此只要将ＨＭＲ３０００的２、３脚按顺序连接到对应管脚就可以了。考虑到采用电源的不同，ＨＭＲ３０００还有两种不同的连接方式，如果是使用５Ｖ稳压电源的，将它和ＨＭＲ３０００的９针串口中的８脚连接，如果是使用６－１５Ｖ未经稳压电源的，将它和ＨＭＲ３０００的９针串口中的９脚连接［２］。其具体连接电路如图２所示。

３　　通讯协议及指令

３．１　　HMR３０００数字罗盘的通讯协议

ＨＭＲ３０００数字罗盘的串行通信是根据ＮＭＥＡ０１８３标准制定的简单的、异步的ＡＳＣＩＩ协议，可以在单片机系统中使用ＲＳ－２３２或者是ＲＳ－４８５接口电路。ＡＳＣＩＩ的传输和接收使用１位起始位、８位数据位、１位停止位，共１０位码。数据传输率可选择１２００、２４００、４８００、９６００、１９２００、３８４００波特率。

３．２　　HMR３０００数字罗盘的指令

ＨＭＲ３０００数字罗盘有输入、输出及控制３类指令。对于ＨＭＲ３０００的输入有两类形式：一是对于句子的请求，二是设定一个组态参数。对于所有有效的输入，ＨＭＲ３０００都送出一个响应。

ＨＭＲ３０００数字罗盘的输出有６种可供选择的ＮＭＥＡ０１８３信息标准。３种标准的数据格式（ＨＤＧ、ＨＤＴ、ＸＤＲ）和３种专用的数据格式（ＨＰＲ、ＲＣＤ、ＣＣＤ）。现以ＨＰＲ语句为例，它的标准输出格式为：

￥ＰＴＮＴＨＰＲ，ｘ．ｘ（航向），ａ，ｘ．ｘ（俯仰角），ａ，ｘ．ｘ（横滚角），ａ＊ｈｈ

该数据输出格式将ＨＭＲ３０００数字罗盘的３个重要测量结果和相应的测量状态结合在一起，数据中的“ａ”表示测量状态，共有６种状态，分别是：Ｌ（低级报警）、Ｍ（低级警告）、Ｎ（正常）、Ｏ（高级警告）、Ｐ（高级报警）和Ｃ（调节模拟电路）。

在ＨＭＲ３０００数字罗盘的控制类指令中，启动、停止、询问和响应是其最为基本的控制指令［４］［５］。

２．２　　数据存储接口电路设计

一般测控系统都采用单片机来完成数据处理和控制算法，但在本系统中，如果采用普通的单处理器与常规的异步串行通信方案，在实际应用中，会出现一系列的问题。主要有以下几点：１、由于ＨＭＲ３００Ｄ输出的串行数据是ＡＳＣⅡ码，　并不能被单片机直接进行处理，　必须要将ＡＳＣⅠｌ码字符进行转换才能处理。整个转换过程会占用单片机大量的内部ＲＡＭ，造成单片机资源紧张。２、串行通信速度较慢，会影响整个系统的实时响应速度。３、测控系统的控制算法和串行通信都要保证实时性和连续性，因此在程序设计中经常要使用中断，而单片机的串行通信一般也采用中断方式，且串行数据寄存器ＳＢＵＦ只有一个字节，在这种情况下，单片机就有可能无法及时响应和处理串行通信的中断，造成传输数据的丢失或错误，从而影响串行通信数据接收的可靠性［３］。

因此在本系统中采用主从单片机的双处理器设计方案，从单片机作为通信单片机和ＨＭＲ３０００数字罗盘通信，完成数据的接收及前期处理。主单片机完成数据后续处理和控制算法。单片机之间用双端口ＲＡＭ实现数据共享。由于数据总是由从单片机写入ＲＡＭ，又从ＲＡＭ读入主单片机，因此在双端口ＲＡＭ的设计中不需考虑同时读或同时写的非法状态，可以简化相关的软硬件设计。其中通信单片机的具体连接电路如图３所示。

４　　系统软件设计

为了增强控制的灵活性，且使开发的程序具有较好的可移植性，决定采用Ｃ５１进行开发。软件设计主要分为２大块，其中主单片机主要完成数据后续处理及控制算法。通信单片机主要完成串行数据的接收、数据转换及向双端口ＲＡＭ写入数据。其中串行数据的接收是通信单片机软件设计的关键。本文给出了数据接收

图３　　通信单片机连接电路图

T（下转第９０页）

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传入的待解码参数为单一码种或总和而自动选择相应的解码方法。

解码完成后，需要将结果存储在ＮｅｕｒｏＣｈｅｃｋ指定的一个字符数组中，然后可以由ＮｅｕｒｏＣｈｅｃｋ内部的函数将其调用并显示，同时也可以将其作为输出参数传递，用于ＰＬＣ的控制信号。

６　　结束语

如前所述，各种工业用机器视觉软件都有各自的优缺点。ＮｅｕｒｏＣｈｅｃｋ的使用简单，但是其在条形码阅读时，不仅不能解码１２８码，而且还必须指定待解码类型，甚至还需指定解码之后的字符数目，所以当某些特殊情况需要解码不明条形码时，使用ＮｅｕｒｏＣｈｅｃｋ就极其不不方便。而使用ｅＶｉｓｉｏｎ虽然同时必须使用其它编程软件，但是其函数库功能相对比较强大，尤其是在条形码阅读方面。不过，在此方面ｅＶｉｓｉｏｎ也有它的一些缺点。比如有些条形码可以同时被不同的条形码类型解码，得到不同的答案。此时使用ｅＶｉｓｉｏｎ的总和解码方法，固然有其方便的优点，但是也有只能输出一种结果的缺点。如果需要输入所有可能性结果，然后做相似性比较的话，必须设定一个循环语句，然后在此循环内对所有可能的码种作单一解码，并输出所有解码成功的结果。

在熟练应用各种相关软件的基础上，了解其优缺点，各取其长而避其短，综合成最合适于工程需要的处理方法，其意思是相当重大的。不仅可以解决一些凭单一软件难以解决的问题，同时也因为可以避免重复购买软件而节约成本，此外对开发具有自主知识产权的同类软件也有很大的帮助。

参考文献：

［１］　ＮｅｕｒｏＣｈｅｃｋ．　Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｒ’ｓ　Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ［Ｚ］．２００６

［２］　ｅＶｉｓｉｏｎ．Ｃ＋＋　Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｍａｎｕａｌ［Ｚ］．２００４

作者简介：骆顺耀，男（１９８２－），男，同济大学中德学院硕

图４　　eVision函数解码条形码的流程

（上接第１１６页）

的中断程序流程图，如图４所示，其中ＲＥＣＯＲＤ为记录标志位。因程序篇幅较多，文中不再给出。

士研究生，研究方向：机器视觉软件Ｎｅｕｒｏ　Ｃｈｅｃｋ的插件的开发。

５　　结束语

由于数字罗盘可以通过对地球磁场等信息的读取、计算后，精确输出航向、俯仰、横滚等参数。因此它作为一种重要的导航工具，越来越多的应用于导航和定位系统。本文介绍了数字罗盘在单片机系统中的应用，其软、硬件电路的设计方法同样适合于其它基于单片机系统的数字罗盘的设计。而且随着通信技术的发展，数字罗盘必将会得到越来越广泛的使用。

参考文献：

［１］　　ＨＭＲ３０００数字罗盘模块用户指南［Ｍ］．Ｈｏｎｅｙｅｗｌｌ２００３．９．［２］　求是科技．单片机典型模块设计实例导航［Ｍ］．人民邮电出版社，２００４，１７６－１９４．

［３］　陈皓生，徐军，李疆．ＨＭＲ３０００数字罗盘在微型飞行器中的应用［Ｊ］．传感器技术，２００１，２０（９）：４４－４６．

［４］　张颖．基于高级语言的ＨＭＲ３０００　模块接口编程［Ｊ］．兵工自动化，２００２，２１（４）：４１－４３．

［５］　彭树生．数字电子罗盘ＨＭＲ３０００　的特性及应用［Ｊ］．电子技术，２００４，（８）：３９－４３．

图４　　接受中断程序流程图

作者简介：俞红杰　（１９７３－），男，浙江舟山，讲师，研究生，研究方向：自动控制与应用。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/edoj.html