V2XE型地磁传感器在单片机系统中的应用

1 引言

V2XE是一种以集成微处理器作为控制和接口的新型2轴罗盘和大地磁场传感器[1]，U2XE使用新型系统常用的3V工作电源，具有功耗低、尺寸小、在各种条件下的抗噪声能力强、较大的测量灵敏感应区等优点。V2XE结合了PNI公司专利的磁场感应传感器和测量电路技术，不受补偿漂移的影响，在不同温度下的测量结果很稳定。V2XE通过简单易行的标准SPI接口输入/输出数据。

2 性能特点

V2XE的典型特性如下：

功率低（3V DC，2mA输出）；

封装尺寸小（25.4mm×5.4mm×11.5mm）；

高地磁感应（0.01°）；

高地磁精度（2.0°）；

数字接口输出（3V标准SPI接口）；

具有高的磁场感应（0.00015Gauss）；

具有大的磁场量程（±11Gauss）。

V2XE的引脚功能如表1所列。

将V2XE 应用于GPS系统，用AT89C2051读取V2XE的测量数据，通过串口将数据传送到GPS处理器，图1示出V2XE连接到单片机的原理图。由于 AT89C2051没有标准的SPI口输出[2]，故分别用P1.7、P1.6和P1.5来模拟SCLK、MISO及MOSI端。V2XE的复位引脚 SYNC由P3.7脚控制，SSNOT接地，V2XE工作在从机模式。

3 数据格式和命令字

V2XE有Big Endian和Little Endian两种数据格式。Big Endian类型数据是从高位到低位存放，Little Editan数据是倒序存放，即在最高8位依次放最低8位的数据，在最低8位依次放最高8位的数据。如图2所示。

带有数据的命令格式由开始标志（Sync Flay）、指令类别（Frame Type）和结束标志（Terminator）组成，图3所示是一个带有参数Heading（0X02）和Magnitude（0X05）的 SetDataComponents（0X03）命令构成。V2XE常用命令字包括GetModInfo、ModInfoResp、 SetDataComponent、GetData、DataResp、Setconfig、GetConfig、ConfigResp和 SaveConfig。其指令码和功能如表2所示。

4 编程实例

SPI接口的数据接收和发送是同步的。V2XE每接收一个数据时将会发出0X00。当V2XE发送命令的应答时，它将不处理任何输入的数据，因此，在主机获取V2XE数据时，应是发送和接收同时进行。用C语言编写发送-接收函数SPITransmit如下：
 

一个V2XE系统的典型应用流程如图4所示。

V2XE出厂时，都在其ROM中固化了芯片的版本号。用户第一次应用V2XE系统可首先读出该版本号以判断器件是否正常工作，可先向V2XE发送命令GetModInfo，然后读取返回值ModInfoResp，其程序如下：
 
这样，获得的芯片信息存放在数组verson中，可以根据读取的值和实际版本号（V2XEV201）对比以确定系统是否正常工作，如果系统正常，首先要根据需要设置返回数据格式以确定V2XE返回这些用户感兴趣的值，主要包括地磁方向角、磁场强度、温度和校准状态位等。另外，还要设置一些初始化参数，主要包括Declination（本地的地磁角，可以从http：//www.ngdc.noaa.gov/cgi- bin/seg/gmag/fldsnth1.pl获得）、True North（设置参照角度为地磁北[3]）、Big Endian（选择数据的大、小模式）、Dampingsize（数据缓冲区，将缓冲区里的数据平均后作为V2XE的实际输出）。

在V2XE 的实际应用中，常常需要校准，常用命令包括StartCal、StopCal、GetCalData、CalDataResp和SetCalData，其指令代码和功能描述如表3所示。在标准过程中，V2XE装置要尽量水平放置，从开始校准到结束校准过程中需将装置原地旋转两周。每转的时间不得小于 30s，校准完成后,可以查询参数calstate来判断校准是否成功，完成参数设置和校准等初始化工作后，可以通过发送指令GetData（0x04）来获取V2XE的数据，对V2XE每发送命令一次必须将其输出全部读出。否则会影响下一次的正常输出。

5 结束语

该系统已经成功应用于手持GPS定位导航产品中，在室温下，其测量方向角偏差2°内，测量的温度偏差也小于1℃，地磁传感器V2XE以其接口简单、功耗低、体积小和软件设计简单等优点在GPS定位和磁场检测等方面有着广阔的应用前景。