V2XE型地磁傳感器在單片機系統中的應用

摘要：在GPS導航定位系統中，地磁方位是一個很重要的參數。V2XE是PNI公司推出的基于SPI接口的地磁傳感器。分析了其工作原理和指令集，并結合實際介紹了V2XE在AT89C2051型單片機系統中的硬件連接和軟件編制。結果表ql，該系統測量地磁方向和溫度的精度較高。該系統已經應用到實際的GPS產品中并取得較好的效果。
中圖分類號：TN753．8 文獻標識碼：A 文章編號：1006—6977(2006)01—0067—03

1 引言
V2XE是一種以集成微處理器作為控制和接口的新型2軸羅盤和大地磁場傳感器。V2XE使用新型系統常用的3V工作電源，具有功耗低、尺寸小、在各種條件下的抗噪聲能力強、較大的測量靈敏感應區等優點。V2XE結合了PNI公司專利的磁場感應傳感器和測量電路技術，不受補償漂移的影響，在不同溫度下的測量結果很穩定。V2XE通過簡單易行的標準SPI接口輸入，輸出數據。

2 性能特點
V2XE的典型特性如下：
功率低(3V DC，2mA輸出)；
封裝尺寸小(25．4mm×5．4mm×11．5mm)；
高地磁感應(0．01 °)；
高地磁精度(2．0°)；
數字接口輸出(3V標準SPI接口)；
具有高的磁場感應(0．00015Gauss)；
具有大的磁場量程(±11Gauss)。
V2XE的引腳功能如表l所列。

將V2XE應用于GPS系統。用AT89C2051讀取V2XE的測量數據．通過串口將數據傳送到GPS處理器。圖1示出V2XE連接到單片機的原理圖。由于AT89C2051沒有標準的SPI口輸出，故分別用P1．7、P1．6和P1．5來模擬SCLK、MISO及MOSI端。V2XE的復位引腳SYNC由P3．7腳控制。SSNOT接地．V2XE工作在從機模式。

3 數據格式和命令字
V2XE有Big Endian和Little Endian兩種數據格式。Big Endian類型數據是從高位到低位存放，little Editan數據是倒序存放．即在最高8位依次放最低8位的數據．在最低8位依次放最高8位的數據，如圖2所示。

帶有數據的命令格式由開始標志(Sync Flay)、指令類別(Frame Type)和結束標志(Terminator)組成。圖3所示是一個帶有參數Heading(0X02)和Magnitude(0x05)的SetDataComponents(OX03)命令構成。V2XE常用命令字包括GetModInfo、ModIn-foResp、SetDataComponent、GetData、DataResp、Set-Config、GetConfig、ConfigResp和SaveConfig。其指令碼和功能如表2所示。

4 編程實例
SPI接口的數據接收和發送是同步的。V2XE每接收一個數據時將會發出0X00。當V2XE發送命令的應答時，它將不處理任何輸人的數據。因此，在主機獲取V2XE數據時，應是發送和接收同時進行。用C語言編寫發送一接收函數SPITransmit如下：

V2XE出廠時，都在其ROM中固化了芯片的版本號。用戶第一次應用V2XE系統可首先讀出該版本號以判斷器件是否正常工作。可先向V2XE發送命令GetModInfo，然后讀取返回值ModlnfoResp。其程序如下：

這樣，獲得的芯片信息存放在數組verson中，可以根據讀取的值和實際版本號(V2XEV201)比對以確定系統是否正常工作。如果系統正常，首先要根據需要設置返回數據格式以確定V2XE返回這些用戶感興趣的值，主要包括地磁方向角、磁場強度、溫度和校準狀態位等。另外。還要設置一些初始化參數，主要包括Declination(本地的地磁角，可以從http：／／www．ngdc．ROaa．gov／cgi—bin／seg／gmag／fldsnthl．pl獲得)、True Noah(設置參照角度為地磁北)、BigEndian(選擇數據的大、小模式)、Dampingsize(數據緩沖區。將緩沖區里的數據平均后作為V2XE的實際輸出)。

在V2XE的實際應用中，常常需要校準．常用命令包括StartCal、StopCal、GetCalData、CalDataResp和SetCalData。其指令代碼和功能描述如表3所示。在校準過程中，V2XE裝置要盡量水平放置。從開始校準到結束校準過程中需將裝置原地旋轉兩周，每轉的時間不得小于30s。校準完成后，可以查詢參數calstate來判斷校準是否成功。完成參數設置和校準等初始化工作后．可以通過發送指令GetData(0X04)來獲取V2XE的數據。對V2XE每發送命令一次必須將其輸出全部讀出．否則會影響下一次的正常輸出。


5 結束語
該系統已經成功應用于手持GPS定位導航產品中。在室溫下，其測量方向角偏差在2°內，測量的溫度偏差也小于1°C。地磁傳感器V2XE以其接口簡單、功耗低、體積小和軟件設計簡單等優點在GPS定位和磁場檢測等方面有著廣闊的應用前景。