CN105091872A - 一种电子指南针消除干扰方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子指南针消除干扰的方法及装置，涉及电子指南针技术，所述方法包括：对地磁传感器进行校准后，实时检测终端PCB走线中的干扰电流；若检测到干扰电流，则利用所述干扰电流的电流值，得到地磁数据补偿值；利用所述地磁数据补偿值，对地磁传感器输出的地磁数据进行补偿处理，得到消除电流干扰的地磁数据。本发明能够规避大电流PCB走线对地磁传感器的干扰。

Description

一种电子指南针消除干扰方法及装置
技术领域
本发明涉及电子指南针技术，特别涉及一种电子指南针消除干扰的方法及相关的装置。
背景技术
地磁传感器可以实现电子指南针功能、辅助导航等应用。随着微电子集成技术以及加工工艺、材料技术的不断发展，地磁传感器的研究制造与运用也达到了一个前所未有的水平。目前地磁传感器按照有无倾角补偿方式可以分为平面电子罗盘和三维电子罗盘,也可以按照传感器的不同分为磁阻效应传感器、霍尔效应传感器和磁通门传感器。磁阻传感器已经能制作在硅片上，并形成产品。手机等终端用地磁传感器主要为磁阻效应传感器。磁阻效应传感器是根据磁性材料的磁阻效应制成的。磁性材料(如坡莫合金)具有各向异性，对它进行磁化时，其磁化方向将取决于材料的易磁化轴、材料的形状和磁化磁场的方向。图1是现有技术提供的磁阻效应示意图，如图1所示，当给带状坡莫合金材料1通电流I时，材料的电阻取决于电流的方向与磁化方向的夹角。如果给材料施加一个磁场B(被测磁场)，就会使原来的磁化方向转动。如果磁化方向转向垂直于电流的方向，则材料的电阻将减小；如果磁化方向转向平行于电流的方向，则材料的电阻将增大。磁阻效应传感器一般有四个这样的电阻组成，并将它们接成电桥。在被测磁场作用下，电桥中位于相对位置的两个电阻阻值增大，另外两个电阻的阻值减小。在其线性范围内，电桥的输出电压与被测磁场成正比。
以智能手机为例，现在很多智能手机都具有电子指南针功能，电子指南针主要是通过感知地球磁场的存在来计算磁北极的方向。然而由于地球磁场在一般情况下只有微弱的0.5高斯，而一个普通的手机喇叭当相距2厘米时仍会有大约4高斯的磁场，一个手机马达在相距2厘米时会有大约6高斯的磁场，这一特点使得电子设备对地球表面磁场的测量很容易受到电子设备本身的干扰，如听筒，喇叭，金属片，震动马达，NFC天线，大电流走线等。其中听筒，喇叭，金属片，震动马达，NFC天线的干扰可以通过固定补偿方式进行规避，而PCB的电源走线中流过的大电流是实时变化的，不能通过固定补偿方式进行规避，因此手机中地磁针传感器会被摆放在远离电源走线的地方，如：1A的电源线的安全距离为1000(mA)/10＝100(mm)。在手机主板体积越来越小，功能越来越复杂的发展趋势下，这个条件很难满足。
本发明主要是通过软硬件方法，来规避大电流PCB走线对地磁传感器的干扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电子指南针消除干扰方法及装置，能更好地解决大电流PCB走线对地磁传感器的干扰问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种电子指南针的校准方法，包括：
检测终端PCB走线中的干扰电流；
若检测到干扰电流，则利用所述干扰电流的电流值，得到地磁数据补偿值；
利用所述地磁数据补偿值，对地磁传感器输出的地磁数据进行补偿处理，得到消除电流干扰的地磁数据；
利用所述已消除电流干扰的地磁数据，得到已消除电流干扰的校准数据。
优选地，所述的检测终端PCB走线中的干扰电流的步骤包括：
采集终端PCB走线中串接的检测电阻两端的电压值；
利用所述检测电阻两端的电压值和所述检测电阻的电阻值，得到所述终端PCB走线中的干扰电流的电流值。
优选地，所述的利用所述干扰电流的电流值，得到地磁数据补偿值的步骤包括：
利用所述干扰电流的电流值和预存的地磁干扰修正系数，计算地磁数据补偿值，或者，通过查找预存的修正数据库，找到与所述电流值对应的地磁数据补偿值。
根据本发明的另一方面，提供了一种电子指南针消除干扰的方法，包括：
利用上述电子指南针的校准方法对地磁传感器进行校准后，实时检测终端PCB走线中的干扰电流；
若检测到干扰电流，则利用所述干扰电流的电流值，得到地磁数据补偿值；
利用所述地磁数据补偿值，对地磁传感器输出的地磁数据进行补偿处理，得到消除电流干扰的地磁数据。
优选地，所述的实时检测终端PCB走线中的干扰电流的步骤包括：
采集终端PCB走线中串接的检测电阻两端的电压值；
利用所述检测电阻两端的电压值和所述检测电阻的电阻值，得到所述终端PCB走线中的干扰电流的电流值。
优选地，所述的利用所述干扰电流的电流值，得到地磁数据补偿值的步骤包括：
利用所述干扰电流的电流值和预存的地磁干扰修正系数，计算地磁数据补偿值，或者，通过查找预存的修正数据库，找到与所述电流值对应的地磁数据补偿值。
根据本发明的另一方面，提供了一种电子指南针的校准装置，包括：
第一检测模块，用于检测终端PCB走线中的干扰电流；
第一补偿值获取模块，若检测到干扰电流，则利用所述干扰电流的电流值，得到地磁数据补偿值；
第一补偿模块，用于利用所述地磁数据补偿值，对地磁传感器输出的地磁数据进行补偿处理，得到消除电流干扰的地磁数据；
校准模块，用于利用所述已消除电流干扰的地磁数据，得到已消除电流干扰的校准数据。
优选地，所述第一检测模块采集终端PCB走线中串接的检测电阻两端的电压值，并利用所述检测电阻两端的电压值和所述检测电阻的电阻值，得到所述终端PCB走线中的干扰电流的电流值。
优选地，所述第一补偿值获取模块利用所述干扰电流的电流值和预存的地磁干扰修正系数，计算地磁数据补偿值，或者，通过查找预存的修正数据库，找到与所述电流值对应的地磁数据补偿值。
根据本发明的另一方面，提供了一种电子指南针消除干扰的装置，包括：
第二检测模块，利用权利要求7-9任意一项所述的装置对地磁传感器进行校准后，实时检测终端PCB走线中的干扰电流；
第二补偿值获取模块，若检测到干扰电流，则利用所述干扰电流的电流值，得到地磁数据补偿值；
第二补偿模块，用于利用所述地磁数据补偿值，对地磁传感器输出的地磁数据进行补偿处理，得到消除电流干扰的地磁数据。
优选地，所述第二检测模块采集终端PCB走线中串接的检测电阻两端的电压值，并利用所述检测电阻两端的电压值和所述检测电阻的电阻值，得到所述终端PCB走线中的干扰电流的电流值。
优选地,所述第二补偿值获取模块利用所述干扰电流的电流值和预存的地磁干扰修正系数，计算地磁数据补偿值，或者，通过查找预存的修正数据库，找到与所述电流值对应的地磁数据补偿值。
与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
本发明利用实时检测获得干扰电流的大小，对地磁传感器数据进行修正，克服了变化的电流对电子指南针的干扰，使得电子指南针的指向更为准确，同时使得地磁传感器在PCB板上的摆放位置更加灵活。
附图说明
图1是现有技术提供的磁阻效应示意图；
图2是本发明提供的电子指南针的校准方法原理框图；
图3是本发明提供的电子指南针消除干扰的方法原理框图；
图4是本发明提供的电子指南针的校准装置框图；
图5是本发明提供的电子指南针消除干扰的装置框图；
图6是本发明实施例提供的硬件电路示意图；
图7是本发明实施例提供的电子指南针消除干扰的具体流程图；
附图标记说明：1-带状坡莫合金材料。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图2是本发明提供的电子指南针的校准方法原理框图，如图2所示，包括：
步骤S201：检测终端PCB走线中的干扰电流。
具体地说，首先在终端PCB走线中串接检测电阻，采集终端PCB走线中串接的检测电阻两端的电压值，然后利用所述检测电阻两端的电压值和所述检测电阻的电阻值，得到所述终端PCB走线中的干扰电流的电流值。
步骤S202：若检测到干扰电流，则利用所述干扰电流的电流值，得到地磁数据补偿值。
所述地磁数据补偿值可以通过以下两种方式得到：
1.利用所述干扰电流的电流值和预存的地磁干扰修正系数，计算地磁数据补偿值；
2.通过查找预存的修正数据库，找到与所述电流值对应的地磁数据补偿值。
步骤S203：利用所述地磁数据补偿值，对地磁传感器输出的地磁数据进行补偿处理，得到消除电流干扰的地磁数据。
步骤204：利用所述已消除电流干扰的地磁数据，得到已消除电流干扰的校准数据。
图3是本发明提供的电子指南针消除干扰的方法原理框图，如图3所示，步骤包括：
步骤S301：利用图2所示方法对地磁传感器进行校准后，实时检测终端PCB走线中的干扰电流。
具体地说，在终端PCB走线中串接检测电阻，采集所述检测电阻两端的电压值，利用所述检测电阻两端的电压值和所述检测电阻的电阻值，得到所述终端PCB走线中的干扰电流的电流值。
步骤S302：若检测到干扰电流，则利用所述干扰电流的电流值，得到地磁数据补偿值。
所述地磁数据补偿值的获取方式与上述步骤S202相同，其中，所述地磁干扰修正系数可以通过实验找出，所述修正数据库可以通过实验建立。具体地说，获取PCB走线中流过大小不同的电流(即干扰电流)时的地磁传感器输出的地磁数据，利用所述不同大小的电流值及其对应的地磁数据，以及地磁传感器与PCB走线的距离R，得到所述地磁干扰修正系数或修正数据库。
图4是本发明提供的电子指南针的校准装置框图，如图4所示，包括第一检测模块41、第一补偿值获取模块42、第一补偿模块43和校准模块44。其中：
所述第一检测模块41用于检测终端PCB走线中的干扰电流。进一步地，所述第一检测模块41采集终端PCB走线中串接的检测电阻两端的电压值，并利用所述检测电阻两端的电压值和所述检测电阻的电阻值，得到所述终端PCB走线中的干扰电流的电流值。
所述第一补偿值获取模块42在所述第一检测模块检测到干扰电流时，利用所述干扰电流的电流值，得到地磁数据补偿值。所述第一补偿值获取模块42利用所述干扰电流的电流值和预存的地磁干扰修正系数，计算地磁数据补偿值，或者，通过查找预存的修正数据库，找到与所述电流值对应的地磁数据补偿值。
所述第一补偿模块43利用所述地磁数据补偿值，对地磁传感器输出的地磁数据进行补偿处理，得到消除电流干扰的地磁数据。
所述校准模块44利用所述已消除电流干扰的地磁数据，得到已消除电流干扰的校准数据，完成电子指南针校准。
图5是本发明提供的电子指南针消除干扰的装置框图，如图5所示，包括第二检测模块51、第二补偿值获取模块52、第二补偿模块53。其中：
在利用图4所示装置对电子指南针进行校准后，所述第二检测模块51用于实时检测终端PCB走线中的干扰电流。进一步地，所述第二检测模块51采集终端PCB走线中串接的检测电阻两端的电压值，并利用所述检测电阻两端的电压值和所述检测电阻的电阻值，得到所述终端PCB走线中的干扰电流的电流值。
所述第二补偿值获取模块52在所述第二检测模块51检测到干扰电流时，利用所述干扰电流的电流值，得到地磁数据补偿值。进一步地，所述第二补偿值获取模块52利用所述干扰电流的电流值和预存的地磁干扰修正系数，计算地磁数据补偿值，或者，通过查找预存的修正数据库，找到与所述电流值对应的地磁数据补偿值。
所述第二补偿模块53，用于利用所述地磁数据补偿值，对地磁传感器输出的地磁数据进行补偿处理，得到消除电流干扰的地磁数据。
图6是本发明实施例提供的硬件电路示意图，如图6所示，如图6所示为本发明中PCB走线电流获取步骤。在PCB走线中串接毫欧级的功率电阻(即电流检测电阻)，从电阻两端引差分走线到模数转换ADC模块的ADC1、ADC2，从而获取所述功率电阻两端的电压差，根据公式：电流＝电压/电阻，计算获得电流值I。当地磁传感器周围有较大且不断变化的电流I流过被干扰时，本实施例能够实时消除变化电流干扰，实现步骤如下：
步骤1：通过实验找出地磁干扰修正系数，或者制作一个修正数据库。
步骤2：对地磁传感器进行校准。
校准时，如果干扰电流存在，测量干扰电流的大小，通过修正系数计算出X、Y、Z三个轴磁数据补偿值，或者通过查找修正数据库得到X、Y、Z三个轴磁数据补偿值，对地磁传感器输出数据进行修正，然后跳转到步骤3；如果干扰电流不存在，则直接跳转到步骤3。
步骤3：获得无干扰电流情况下的地磁校准数据。
步骤4：校准后，地磁传感器进入正常工作状态。
如果有干扰电流，进入步骤5；如果无干扰电流，则直接输出地磁数据。
步骤5：通过检测电路实时检测干扰电流的大小，根据修正系数计算或者查找修正数据库得到地磁传感器在X、Y、Z三个轴补偿值，利用获得的补偿值，对地磁传感器输出的数据进行修正，然后输出地磁数据。
其中，所述检测电路由串接在PCB走线中的电流检测电阻、用来获取所述电流检测电阻两端电压值的模数转换模块、以及计算电流值I的CPU实现。
更具体地，为了消除这些大电流带来的干扰，本发明实施例提供了如图7所示的电子指南针消除干扰的流程图，步骤如下：
步骤S501：对地磁传感器进行校准。
步骤S502：检测是否有干扰电流存在，如果干扰电流存在，则执行步骤S503，如果干扰电流不存在，跳转到步骤S505。
步骤S503：计算电流值为Ia(电流获取方法见附图4)，进入步骤S504。
步骤S504：通过修正系数计算出或者通过查找修正数据库，得到X、Y、Z三个轴磁数据补偿值T1，T2，T3，对地磁输出数据进行修正。
步骤S505：完成地磁传感器校准，地磁传感器开始正常工作。
步骤S506：检测是否有干扰电流存在，如果干扰电流存在，则执行步骤S507，如果无干扰电流，直接跳转到步骤S510。
步骤S507：如果有干扰电流Ib，通过检测电路实时检测干扰电流的大小Ib。
步骤S508：通过修正系数计算出或者通过查找修正数据库，得到X、Y、Z三个轴的磁数据修正值T1’，T2’，T3’。
步骤S509：利用步骤S508获得的修正值T1’，T2’，T3’，对地磁传感器输出的原始数据进行修正。
步骤S510：输出地磁数据。
步骤511：判断是否继续输出数据，如果继续输出地磁数据，则跳转到步骤S506，否则结束数据输出。
综上所述，本发明具有以下技术效果：
本发明通过软硬件结合的方式，规避大电流PCB走线对地磁传感器的干扰，从而提高了电子指南针指向的准确性。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种电子指南针的校准方法，其特征在于，包括：
检测终端PCB走线中的干扰电流；
若检测到干扰电流，则利用所述干扰电流的电流值，得到地磁数据补偿值；
利用所述地磁数据补偿值，对地磁传感器输出的地磁数据进行补偿处理，得到消除电流干扰的地磁数据；
利用所述已消除电流干扰的地磁数据，得到已消除电流干扰的校准数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的检测终端PCB走线中的干扰电流的步骤包括：
采集终端PCB走线中串接的检测电阻两端的电压值；
利用所述检测电阻两端的电压值和所述检测电阻的电阻值，得到所述终端PCB走线中的干扰电流的电流值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的利用所述干扰电流的电流值，得到地磁数据补偿值的步骤包括：
利用所述干扰电流的电流值和预存的地磁干扰修正系数，计算地磁数据补偿值，或者，通过查找预存的修正数据库，找到与所述电流值对应的地磁数据补偿值。
4.一种电子指南针消除干扰的方法，其特征在于，包括：
利用权利要求1-3任意一项所述的方法对地磁传感器进行校准后，实时检测终端PCB走线中的干扰电流；
若检测到干扰电流，则利用所述干扰电流的电流值，得到地磁数据补偿值；
利用所述地磁数据补偿值，对地磁传感器输出的地磁数据进行补偿处理，得到消除电流干扰的地磁数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的实时检测终端PCB走线中的干扰电流的步骤包括：
采集终端PCB走线中串接的检测电阻两端的电压值；
利用所述检测电阻两端的电压值和所述检测电阻的电阻值，得到所述终端PCB走线中的干扰电流的电流值。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述的利用所述干扰电流的电流值，得到地磁数据补偿值的步骤包括：
利用所述干扰电流的电流值和预存的地磁干扰修正系数，计算地磁数据补偿值，或者，通过查找预存的修正数据库，找到与所述电流值对应的地磁数据补偿值。
7.一种电子指南针的校准装置，其特征在于，包括：
第一检测模块，用于检测终端PCB走线中的干扰电流；
第一补偿值获取模块，若检测到干扰电流，则利用所述干扰电流的电流值，得到地磁数据补偿值；
第一补偿模块，用于利用所述地磁数据补偿值，对地磁传感器输出的地磁数据进行补偿处理，得到消除电流干扰的地磁数据；
校准模块，用于利用所述已消除电流干扰的地磁数据，得到已消除电流干扰的校准数据。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一检测模块采集终端PCB走线中串接的检测电阻两端的电压值，并利用所述检测电阻两端的电压值和所述检测电阻的电阻值，得到所述终端PCB走线中的干扰电流的电流值。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述第一补偿值获取模块利用所述干扰电流的电流值和预存的地磁干扰修正系数，计算地磁数据补偿值，或者，通过查找预存的修正数据库，找到与所述电流值对应的地磁数据补偿值。
10.一种电子指南针消除干扰的装置，其特征在于，包括：
第二检测模块，利用权利要求7-9任意一项所述的装置对地磁传感器进行校准后，实时检测终端PCB走线中的干扰电流；
第二补偿值获取模块，若检测到干扰电流，则利用所述干扰电流的电流值，得到地磁数据补偿值；
第二补偿模块，用于利用所述地磁数据补偿值，对地磁传感器输出的地磁数据进行补偿处理，得到消除电流干扰的地磁数据。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二检测模块采集终端PCB走线中串接的检测电阻两端的电压值，并利用所述检测电阻两端的电压值和所述检测电阻的电阻值，得到所述终端PCB走线中的干扰电流的电流值。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于,所述第二补偿值获取模块利用所述干扰电流的电流值和预存的地磁干扰修正系数，计算地磁数据补偿值，或者，通过查找预存的修正数据库，找到与所述电流值对应的地磁数据补偿值。
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