基于LSM303DLH集成傳感器的電子羅盤(pán)實(shí)現(xiàn)方法

　　作為高集成度的傳感器模組，除了磁力計(jì)以外LSM303DLH還集成一顆高性能的加速計(jì)。加速計(jì)同樣采用12位ADC，可以達(dá)到1mg的測(cè)量精度。加速計(jì)可運(yùn)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(jì)還集成了6軸方向檢測(cè)，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(tǒng)的電子羅盤(pán)系統(tǒng)至少需要一個(gè)三軸的磁力計(jì)以測(cè)量磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，一個(gè)三軸加速計(jì)以測(cè)量羅盤(pán)傾角，通過(guò)信號(hào)條理和數(shù)據(jù)采集部分將三維空間中的重力分布和磁場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送給處理器。處理器通過(guò)磁場(chǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算出方位角，通過(guò)重力數(shù)據(jù)進(jìn)行傾斜補(bǔ)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(jié)構(gòu)示意圖

　　LSM303DLH將上述的加速計(jì)、磁力計(jì)、A/D轉(zhuǎn)化器及信號(hào)條理電路集成在一起，仍然通過(guò)I2C總線和處理器通信。這樣只用一顆芯片就實(shí)現(xiàn)了6軸的數(shù)據(jù)檢測(cè)和輸出，降低了客戶的設(shè)計(jì)難度，減小了PCB板的占用面積，降低了器件成本。

　　LSM303DLH的典型應(yīng)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(jì)和加速計(jì)各自有一條I2C總線和處理器通信。如果客戶的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(fù)位電路以維持AMR的主磁域。C1和C2為置位/復(fù)位電路的外部匹配電容，由于對(duì)置位脈沖和復(fù)位脈沖有一定的要求，建議用戶不要隨意修改C1和C2的大小。

　　對(duì)于便攜式設(shè)備而言，器件的功耗非常重要，直接影響其待機(jī)的時(shí)間。LSM303DLH可以分別對(duì)磁力計(jì)和加速計(jì)的供電模式進(jìn)行控制，使其進(jìn)入睡眠或低功耗模式。并且用戶可自行調(diào)整磁力計(jì)和加速計(jì)的數(shù)據(jù)更新頻率，以調(diào)整功耗水平。在磁力計(jì)數(shù)據(jù)更新頻率為7.5Hz、加速計(jì)數(shù)據(jù)更新頻率為50Hz時(shí)，消耗電流典型值為0.83mA。在待機(jī)模式時(shí)，消耗電流小于3uA。

　　圖10 LSM303DLH典型應(yīng)用電路圖

　　4. 鐵磁場(chǎng)干擾及校準(zhǔn)

　　電子指南針主要是通過(guò)感知地球磁場(chǎng)的存在來(lái)計(jì)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(jī)喇叭當(dāng)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(jī)馬達(dá)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(duì)電子設(shè)備表面地球磁場(chǎng)的測(cè)量很容易受到電子設(shè)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(qiáng)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(biāo)系中，綠色的圓表示地球磁場(chǎng)矢量繞z軸圓周轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中在XY平面內(nèi)的投影軌跡，再?zèng)]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(biāo)準(zhǔn)的以O(shè)(0,0)為中心的圓。當(dāng)存在外界磁場(chǎng)干擾的情況時(shí)，測(cè)量得到的磁場(chǎng)強(qiáng)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(biāo)以及磁力線投影軌跡