[发明专利]基于微处理器的双磁棒旋转搜索定位跟踪系统

权利要求书

1.一种基于微处理器的双磁棒旋转搜索定位跟踪系统，其特征在于包括：两个磁棒、磁棒激励电路、转动装置、磁阻传感器、信号调理电路、ADC采样电路和控制处理单元；其中：

所述磁棒由铁氧体磁芯和绕其上的电磁线圈组成；

所述磁棒激励电路用于产生脉冲直流磁场；两个磁棒的电磁线圈由直流脉冲信号交替激励；直流脉冲信号的频率可根据系统跟踪速度的要求确定；在每个激励脉冲发放前存在两组线圈都不被激励的激励间歇，用于检测环境磁场强度；

所述转动装置有2组，每组由一个水平转动步进电机和一个垂直转动步进电机组成，2组转动装置分别控制两个磁棒各自在水平和垂直方向自由转动，实现空间任意位置指向；

所述磁阻传感器为三轴磁传感器，用于检测空间三个正交方向的磁场，并将检测到的磁场信号送入信号调理电路和AD转换电路；磁阻传感器在磁棒激励期间检测到的磁场强度减去环境磁场强度，就是磁棒激励磁场强度；

所述信号调理电路由与三轴磁传感器的三组输出和一个参考端相连的低通滤波器和陷波器，以及与陷波器的输出相连的信号放大电路组成；

所述ADC采样电路用于对经信号调理电路处理的信号进行采样，并将采样信号送入控制处理单元；

所述控制处理单元采用微处理器，用于对旋转装置和磁棒激励电路进行控制，并对磁阻传感器的信号进行采样分析；其包括：ADC采样、数字滤波、根据计算出的总磁场强度控制电机旋转方向和角度、计算磁传感器的空间位置和姿态。

2.根据权利要求1所述的基于微处理器的双磁棒旋转搜索定位跟踪系统，其特征在于所述微处理器的配置为：4个ADC采样通道，用于采样磁阻传感器的x、y、z三轴和参考电压vref的值；10个GPIO口，其中4个GPIO用于控制第一组步进电机的水平运动和垂直运动，4个GPIO用于控制第二组步进电机的水平运动和垂直运动，2个GPIO用于控制磁棒激励电路的工作。

3.根据权利要求2所述的基于微处理器的双磁棒旋转搜索定位跟踪系统，其特征在于所述ADC采样电路的采样策略为：启动采样后，每个通道每次采样的数据为100个，对各个通道的数据做加法，然后对参考电压求差值，最终求得平均数，最后减去环境磁场干扰。

4.根据权利要求3所述的基于微处理器的双磁棒旋转搜索定位跟踪系统，其特征在于所述控制处理单元进行运算和控制流程如下：首先测量一组静态环境磁噪声数据和一组磁棒初始位置的数据；然后控制步进电机转动，从而带动磁棒相应的转动，步长根据实际情况而定；采集磁阻传感器数据，并与前一个数据进行比较，如果比前一个数据小，说明此时转动的方向相反，改变转动方向，直到找到磁场的最大值，然后切换步进电机；……以此类推，直到四个步进电机均找到最佳的位置。

5.根据权利要求4所述的基于微处理器的双磁棒旋转搜索定位跟踪系统，其特征在于所述控制处理单元计算磁阻传感器的位置的算式如下：假设夹角                                                和分别为两个磁棒水平垂直旋转角度，表征两磁棒当前指向，d为两磁棒中心间距，则磁阻传感器的空间坐标（x，y，z）为：                                              

        (1)

        (2)                                                             (3) ； 

其中，                   (4)                                                

                   (5)    。