基于单片机的的磁场测量系统设计

基于单片机的的磁场测量系统设计(论文13000字)
摘要
 人类探究磁场已有几千年历史。原始的磁场探究只有例如指南针的磁力指向器件，再后来到近代人们通过磁力粗略算出磁场强度。直到21世纪前，人们才通过电子技术测量磁场。随着GPS等定位系统已经深入民用电子，指向仪器也越来越精密微缩。
    本次设计以磁场的的强度和方向的测量为主，的手段是用固态的电子元件检测磁场的方向和强度，运用数学模型进行实时计算，从而达到即时检测方向和强度的目的，可以根据坐标各方向的检测，用固定的算法实时算出当前的方向。
    本次设计共有3大模块：数据采集、数据处理、输出显示。数据采集部分使用的是磁阻模块HMC5883l，直接对磁场进行水平X、Y坐标测量并输出数字信号。数据处理部分采用的是传统51系列单片机89C52。输出显示模块分为2个部分：即LCD1602液晶显示和由8个LED组成的方向显示阵列。显示屏用来显示磁场强度和当前偏移角度，阵列用来指示正南方向。
单片机的运行程序是通过常用软件平台Keil实现的，语言工具是C语言，基于传统的51单片机编程。
关键词：磁场测量  磁阻  单片机  LCD  显示阵列  KEIL

Design of Magnetic Measuring System based on MCU
Abstract
Magnetic field has been explored by human for thousands of years. The ancient instruments of measuring magnetic field are just direction pointers with the help of magnetic force like compasses. And then, people were able to measure magnetic field strength by means of precisely measuring magnetic force. Till the 21st century, people began to measure magnetic field with electronic instruments. While GPS systems are more and more popular, compasses are becoming much preciser and more portable.
The design is ment to sense the direction and strength of magnetic field, and then compute with mathematic tools in the real time. The target physical item is similar to a kind of a simple and portable compass. It is designed to measure magnetic field in the space coordinate, which is computed in the real time.
The design is divided into three parts: data collecting, data computing and outputs. Data collecting has its main module marked HMC5883L, which putouts digital information of magnetic data. Data computing has its main traditional MCU marked 89C52. Terminal information is output by the screen LCD1602 and the LED array. The screen tells us the magnetic strength and the angle, while the LED array shows the south direction.
The MCU programs are compiled in the software platform called Keil., through the traditional C language. All the programs are based on the rules of 51-MCU series.
Key words: magnetic field measuring; magnetoresistive; MCU; LED array; LCD; KEIL

磁场测量技术及方案
2.1 地磁场简介
    地磁场是囊括于整个地球及其附近球形区域的磁场，其组成部分有如下二者：其一是地核与地幔之间的流动熔融铁等金属矿物，在其流动时因时变电场形成了固定的磁场；其二，太阳时刻地向地球发射电磁波与粒子流，该粒子流也会形成磁场。因为在近几个世纪，地球的整体状态相对稳定，所以地幔形成的磁场属于地磁场的不变量。而当出现较强粒子流（即太阳风）的时候，地球表面会产生时变的磁场，这便是地磁场的变化量。
    地磁场存在于整个以地球为中心的球形空间之中，磁场偶极近似对应地理南北极，磁轴与地轴有一约11.3°的偏角（磁轴偏向逆时针）。虽然地磁场的组成成有对应静态与固态部分，但是地磁场总是相对地静态，相对地动态。地核形成的静态磁场也会在长时间内旋转，基本上每几千年便会倒置一次。太阳风的动态磁场虽然不稳定，但是从长期统计计算来看，都是遵循某个规律变化的。地磁场的计量单位是高斯，数值约为0.55高斯左右。其中1T=10000高斯，也就是磁场大约50-60μT。
 

目录
摘要    I
Abstract    II
目录    III
第一章 绪论    1
1.1 课题研究背景及其意义    1
1.2 论文所做的工作    1
第二章 磁场测量技术及方案    3
2.1 地磁场简介    3
2.2 系统设计的内容和要求    4
2.3设计方案和硬件的选择    4
2.3.1. MCU模块    4
2.3.2 数据采集模块    5
2.3.3 控制显示    6
第三章 硬件系统设计    8
3.1硬件系统框图    8
3.2 单片机最小系统    8
3.3 数据采集模块    9
3.3.1 模块单元电路    9
3.3.2 寄存器的读写    11
3.3.3 数据处理模块硬件连接    14
3.5 数据显示模块    14
3.5.1 LCD1602液晶显示    14
3.5.2 LED显示阵列    17
3.6 总体硬件电路    18
第四章 软件程序设计    19
4.1 程序总体流程    19
4.2 数据采集与处理    19
4.3 LCD1602显示输出    21
4.4 LED阵列指示    22
第五章 系统实现及总结    24
结束语    25
参考文献    26
致谢    27
附录    28