[发明专利]一种基于硬件语言的航向角指示仪

说明书

技术领域

本发明属于系统导航领域，具体涉及一种基于硬件描述语言的航向角指示仪。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于硬件描述语言的航向角指示仪。

本发明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。

本发明的有益效果在于：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未修正地磁场形状示意图；

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

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明是基于硬件语言(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(0x1C)->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(0x1C)->目标寄存器地址->重复起始位->MAG3110读地址(0x1D)->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10us的方波作为SCL信号。并设置每个周期的10us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(0x1C)；