一种基于硬件语言的航向角指示仪制造技术

本发明专利技术属于系统导航领域，具体涉及一种基于硬件描述语言的航向角指示仪。基于硬件语言的航向角指示仪，包括：地磁传感器、FPGA控制器、数码管，使用FPGA作为控制器，地磁传感器接收到载体的地磁数据，通过I2C总线把接收数据传给FPGA，经过FPGA进行数据处理，经数据处理后实现对地磁传感器所采集信号的计算、校正，最后将载体的航向角输出显示。航向角指示仪实现了对地磁传感器所采集信号的计算、校正，最后将载体的航向角输出显示。

【技术实现步骤摘要】
一种基于硬件语言的航向角指示仪
本专利技术属于系统导航领域，具体涉及一种基于硬件描述语言的航向角指示仪。
技术介绍
航向角是载体导航最重要的参数之一，在船舶载体上提供操纵指示和执行相应的 任务，就必须用到精确的航向角指示。同样，对任何移动载体来说，精确可靠的航向角对载 体的运行均是非常必要。地球磁场比较稳定，如果利用好这个资源，利用地磁传感器测量载 体在地磁场的各个信号分量，再通过数值计算、误差校正，可以计算出载体的航向角，从而 提高载体的导航精度和导航性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于硬件描述语言的航向角指示仪。 本专利技术的目的是这样实现的： 基于硬件语言的航向角指示仪，包括：地磁传感器、FPGA控制器、数码管，使用 FPGA作为控制器，地磁传感器接收到载体的地磁数据，通过I2C总线把接收数据传给FPGA， 经过FPGA进行数据处理，经数据处理后实现对地磁传感器所采集信号的计算、校正，最后 将载体的航向角输出显示。 地磁传感器为MAG3110型三轴地磁传感器模块。 FPGA与地磁传感器的通信方式采用的是I2C方式，根据I2C总线的时序对地磁信 息进行采集。 数码管为三位共阳数码管，作为航向角指示仪的显示器采用静态显示的方式。 本专利技术的有益效果在于：航向角指示仪实现了对地磁传感器所采集信号的计算、 校正，最后将载体的航向角输出显示。 【附图说明】 图1航向角指示仪总体设计框图； 图2 I2C时序图； 图3系统流程总框图； 图4地磁信号采集流程图； 图5未修正地磁场形状不意图； 图6修正后的地磁场示意图； 图7数据处理程序流程图； 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术做进一步描述。 本专利技术是基于硬件语言（Verilog语言）的航向角指示仪，包括：地磁传感器、FPGA 控制器、数码管。其特征是使用FPGA作为控制器，地磁传感器接收到载体的地磁数据，通过 I2C总线把接收数据传给FPGA，经过FPGA进行数据处理，经数据处理后实现了对地磁传感 器所采集信号的计算、校正，最后将载体的航向角输出显示及实现各部分的Verilog程序。 利用硬件描述语言（Verilog语言）对地磁传感器测得的载体磁场数据进行数值 计算、误差校正，最后给出载体的航向角。航向角指示仪主要由FPGA控制板、地磁传感器模 块和数码管显示模块组成。使用FPGA作为控制器，地磁传感器接收到载体所在位置的地磁 数据，通过I2C总线把接收数据送给FPGA，经过FPGA进行数据处理，经数据处理后实现了 对地磁传感器所采集信号的计算、校正，最后将载体的航向角输出显示。航向角指示仪总体 设计框图如图1所示。 航向角指示仪的控制器使用的是自主设计的FPGA核心板，其核心为CYCLONE III 系列的EP3C40Q240C8N。选择的地磁传感器为Freescale公司的MAG3110微小型三轴地磁 传感器模块。 MAG3110为三轴地磁传感器能敏感来自三个方向的地磁信息，它采用标准I2C总 线协议，任何带I2C总线的微处理器，都可以轻松的访问它并接收其采集到的磁场数据。图 2是其I2C总线的时序，SCL高电平时SDA下降沿代表有效数据开始，然后每个SCL的高电 平读取SDA的数据，最后在SCL高电平时SDA上升沿结束。系统流程总框图如图3所示。 写时序：I2C起始位_>MAG3110写地址（OxlC)_>目标寄存器地址_>写入数据_> 停止位 读时序：I2C起始位_>MAG3110写地址（OxlC)_>目标寄存器地址_>重复起始 位->MAG3110读地址（OxlD)->接收数据-> 停止位 (1)地磁传感器与FPGA的数据传输 根据I2C总线协议时序图以及地磁传感器的操作时序图，在FPGA中使用硬件描述 语言建立了一个I2C通行模块，来完成地磁传感器与FPGA磁场测量信息的传输，地磁信号 采集程序流程图如图4所示。具体程序步骤如下： 第一步：设置一个计数器，输出周期为IOus的方波作为SCL信号。并设置每个周 期的IOus为下降沿，2. 5us为低电平，5us为上升沿，7. 5us为高电平； 第二步：当SCL第一个高电平时，SDA给低电平； 第三步：在之后的八个低电平时，给SDA赋MAG3110写地址（OxlC); 第四步：在接着的下降沿时，让SDA高阻态输出，结束一次赋值； 第五步：在之后的八个低电平时，给SDA赋目标寄存器地址； 第六步：在接着的下降沿时，让SDA高阻态输出，结束一次赋值； 第七步：判断是写操作还是读操作，写操作：在之后的八个低电平时，给SDA赋数 据，结束读操作：重复起始位，并进入下一步； 第八步：当SCL第一个高电平时，SDA给低电平； 第九步：在之后的八个低电平时，给SDA赋MAG3110读地址（OxlD)。然后，在接着 的下降沿时，让SDA高阻态输出，结束一次赋值； 第十步：在之后的八个高电平时，从SDA读取数据，结束； 第H 步：输出结束信号； FPGA与地磁传感器的通信方式采用的是I2C方式，根据I2C总线的时序对地磁信 息进行采集。初始化部分，先将MAG3110设为STANDBY模式（CTRL_REG1寄存器低两位00) 配置OSR，0DR(CTRL_REG1寄存器高5位）将MAG3110设为ACTIVE模式（CTRL_REG1寄存器 低两位01)，传感器开始转化数据具体程序步骤如下： 第一步：写操作允许，对寄存器CTRL_REG1进行赋值0x00 ; 第二步：上一步结束后，再对寄存器CTRL_REG1进行赋值0x30 ; 第三步：上一步结束后，再对寄存器CTRL_REG1进行赋值0x31 ; 数据读取部分，读DR_STATUS (0x00)状态寄存器，如果DR_STATUS&0x08 = 1， 一次转换已经完成，此时可以读取数据；读0UT_X_MSB(0x01)、0UT_X_LSB(0x02)、0UT_Y_ MSB (0x03)、0UT_Y_LSB (0x04)、0UT_Z_MSB (0x05)、0UT_Z_LSB (0x06)寄存器，分别得到 X、Y、 Z三轴十六位的数据；此时转动MAG3110,三轴数据会发生变化。具体程序步骤如下： 第一步：读操作允许，读取寄存器DR_STATUS的值； 第二步：上一步结束后，判断读取的数据的第四位数据是否为1，是：则进入下一 步。不是：则返回上一步； 第三步：设置寄存器0UT_X_MSB (0x01)。把数据存入xData数组的高八位； 第四步：设置寄存器0UT_X_LSB(0x02)。把数据存入xData数组的低八位； 第五步：设置寄存器0UT_Y_MSB (0x03)。把数据存入yData数组的高八位； 第六步：设置寄存器0UT_Y_LSB (0x04)。把数据存入yData数组的低八位； 第七步：设置寄存器0UT_Z_MSB (0x05)。把数据存入zData数组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于硬件语言的航向角指示仪，包括：地磁传感器、FPGA控制器、数码管，其特征是：使用FPGA作为控制器，地磁传感器接收到载体的地磁数据，通过I2C总线把接收数据传给FPGA，经过FPGA进行数据处理，经数据处理后实现对地磁传感器所采集信号的计算、校正，最后将载体的航向角输出显示。

【技术特征摘要】
1. 一种基于硬件语言的航向角指示仪，包括：地磁传感器、FPGA控制器、数码管，其特 征是：使用FPGA作为控制器，地磁传感器接收到载体的地磁数据，通过I2C总线把接收数据 传给FPGA，经过FPGA进行数据处理，经数据处理后实现对地磁传感器所采集信号的计算、 校正，最后将载体的航向角输出显示。2. 根据权利要求1所述的一种基于硬件语言的航向角指示仪，其特征是：...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙华，吴宗凯，张岩，薛晶晶，李昊俊，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23