CN1624425A - 用在电子罗盘内的自动校准方法 - Google Patents

Abstract

一种用在电子罗盘内的自动校准方法。使用该自动校准方法，电子罗盘通过在预定的周期期间检测地磁轴的一次旋转来自动计算和校正地磁信号的偏移和标度值。电子罗盘在当从地磁传感器收到地磁数据时计算方位角，并使用接收到的地磁数据找到该地磁传感器的单独的轴的传感器信号的最大和最小值以使得它能够校正或校准方位角的偏差。当校准所耗费的时间等于或短于最大校准有效时间时，电子罗盘确定所检测的输入信号的当前状态是否表示一预定稳态流。如果该当前状态表示稳态流，同时收到表示该地磁传感器的一次旋转的信号，并且校准所耗费的时间比预定的最小校准有效时间长，则电子罗盘使用该最大和最小值来计算偏移和标度值并存储计算出的偏移和标度值。

Description

用在电子罗盘内的自动校准方法

技术领域

本发明涉及用在电子罗盘内的自动校准方法，并且更具体地涉及用在电子罗盘内的，通过使用定时器而在预定周期期间检测地磁轴的一次旋转来自动计算和校正地磁信号的偏移及标度值，执行能够计算地磁信号的偏移及标度值而不需从用户接收另外的输入数据的自动校准，并快速应对环境变化的一种自动校准方法。

背景技术

近来，已经开发出了小型的低价格的地磁传感器模块和电子罗盘。随着MEMS(微电子机械系统)技术的日益发展，已经新开发出了芯片大小的地磁传感器模块并用于各种应用。需要一种在使用两个轴(x轴和y轴)信号的情形下控制x轴的偏移及幅度(标度)值与y轴的偏移及幅度(标度)值相等的地磁传感器。在使用三个轴信号的情形下，地磁传感器需要使用对于x轴，y轴，以及z轴的校准电路或是程序。

图1是说明常规电子罗盘的方框图。

参见图1，该常规电子罗盘包括地磁传感器11，用于检测地磁方位角；模拟处理器12，用于放大地磁传感器11的检测信号，并滤波放大的检测信号以去除噪声；模拟/数字(A/D)变换器13，用于使用A/D变换处理来把从模拟处理器12接收的地磁信号变换成数字信号；以及数字处理器14，用于根据从A/D变换器13接收的数字信号计算地磁方位角，并执行校准处理以计算偏移及标度值。

在此情形中，偏移值为AC(交变电流)波形的中间电压，并用下面的等式1来表示。标度值与该AC波形的最大值与最小值之间的宽度有关，并用下面的等式2来表示。因此，能够使用上述偏移及标度值来校正或校准方位角的偏差。

地磁传感器11是一用于检测和测量地球的磁场强度的指定传感器，并且包括安排成互为直角的x轴，y轴，以及z轴传感器。

然而，该常规电子罗盘的缺陷在于它必须从用户接收输入信号以完成所期望的校准处理，因而它不能够执行不需接收用户的输入信号的校准处理。另外，地磁传感器11的输出信号随着周围的环境而突然地变化，使得该常规电子罗盘的输出信号的偏移及幅度(标度)值也会随着周围的环境而突然地变化。

因此，假设该电子罗盘的输出信号的偏移及幅度值在仅仅使用用户的输入信号来进行校准处理的情形下被出乎意料地改变，那么变化的偏移及幅度值被实时反映在该电子罗盘的结果地磁信号中，导致难于计算正确的方位角。

在下文中将参照图2描述校正或校准在上述常规电子罗盘内产生的偏移及幅度(标度)值的方法。

图2是说明用在常规电子罗盘内的校准方法的流程图。

参见图2，在步骤S21，用作为校准控制器的控制器从外部开关或主处理器接收校准信号以进行常规电子罗盘的校准方法。在步骤S22，该控制器操作传感器，以及在步骤S23接收用该传感器检测到的数据。这样，该常规电子罗盘能够在接收用户的请求信号之后开始上述的校准处理。如果已开始校准处理，则电子罗盘驱动地磁传感器以从中生成一模拟信号。

根据A/D变换处理把从地磁传感器生成的该模拟信号变换成数字信号。用与方位角有关的正弦或余弦波信号来表示与地平线水平放置的该地磁传感器的输出信号，如图3所示。

此后，在步骤S24，控制器使用输入数据来计算该地磁传感器的输出信号的最大及最小值，以及在步骤S25确定是否提供了等于一次旋转的1-闭合回路。如果确定已经提供了等于一次旋转的1-闭合回路，则在步骤S26，该控制器根据输入数据计算地磁传感器的地磁信号的偏移及标度植，以及在步骤S27存储所计算出的偏移及标度植。换言之，如果该地磁传感器被旋转至少一次，则该控制器完成对地磁传感器的数据的收集以执行上述校准处理。

如果该地磁传感器被旋转一次以上，则该控制器把校准数据存入诸如EEPROM或闪存的非易失存储器内。存储在存储器内的数据包括单独的轴的最小和最大值或是使用该单独的轴的最小和最大值计算出的标度及偏移值。计算标度及偏移值的处理过程表示本发明的校准处理过程。在此情形下，分别用下述等式1和2来表示与单独的轴有关的标度及偏移值：

[等式1]

标度＝C/(Max-Min)，其中C为一任意常数

[等式2]

然而，上述确定的常规校准方法的缺陷在于它需要用户的数据输入处理过程来执行能够计算该地磁传感器的单独轴的偏移及标度值的校准处理。此外，假设在电子罗盘的操作时间期间周围环境条件出乎预料地发生变化，则上述的常规校准方法就不能够根据变化了的周围环境条件而更新校准数据。

发明概述

因此，本发明是考虑到上述问题而作出的，并且本发明的一个目的是提供一种用于找到电子罗盘的倾斜角的方法，该方法通过使用定时器在预定周期期间检测地磁轴的一次旋转来自动计算和校正地磁信号的偏移和标度值。

本发明的另一个目的是提供一种用在电子罗盘内的自动校准方法，该方法执行能够计算地磁信号的偏移和标度值的自动校准处理而不需从用户接收另外的输入数据，并快速应对环境变化。

根据本发明，通过提供用在电子罗盘内的，当预先确定了系统所需的最小和最大校准有效时间时根据地磁传感器信号计算方位角的方法能够完成上述以及其它的目的，该方法包括步骤：a)初始化并驱动地磁传感器，从该地磁传感器接收地磁数据，并根据地磁数据计算方位角；b)使用接收的地磁数据检测输入信号的当前状态；c)使用接收的地磁数据找到该地磁传感器的单独的轴的传感器信号的最大和最小值；d)确定校准所耗费的时间是否等于或短于预定的最大校准有效时间；e)如果确定校准所耗费的时间等于或短于预定的最大校准有效时间，则确定所检测输入信号的当前状态是否对应于一预定的稳态流；f)如果确定所检测输入信号的当前状态对应于该稳态流，则确定是否收到表示该地磁传感器的一次旋转的信号；g)如果确定收到表示该地磁传感器的一次旋转的信号，则确定当前时间是否比预定的最小校准有效时间长；以及h)如果确定校准所耗费的时间比最小校准有效时间长，则使用该最大和最小值计算偏移和标度值，并存储计算出的偏移和标度值以及方位角数据。

优选地，用于检测输入信号的当前状态的步骤(b)可以包括步骤：b1)把地磁传感器信号的一个周期划分成多个状态S1～S4，并根据所接收的地磁数据确定这些状态中的哪一个对应于该输入信号的当前状态。

优选地，用于确定最大校准有效时间是否消逝的步骤(d)可以包括步骤：d1)如果确定校准所耗费的时间比该最大校准有效时间长，则返回到初始步骤。

优选地，步骤(e)的稳态流可以由预定的多个稳态流SF1～SF4或SF5～SF8组成以使用该多个状态S1～S4来确定该地磁传感器的信号是否表示稳态信号输入命令。

优选地，可以使用该多个状态S1～S4把步骤(e)的稳态流设置成多个顺时针稳态流SF1～SF4或是多个逆时针稳态流SF5～SF8。

优选地，用于确定是否收到表示该地磁传感器的一次旋转的信号的步骤(f)可以包括步骤：f1)如果确定未收到表示该地磁传感器的一次旋转的信号，则确定该地磁传感器未被旋转一次，并返回到用于驱动该地磁传感器的步骤(a)。

优选地，用于确定是否提供了最小校准有效时间的步骤(g)可以包括步骤：g1)如果校准所耗费的时间等于或短于该最小校准有效时间，则返回到初始步骤。

附图说明

从以下结合附图的详细说明中，将更为清楚地理解本发明的上述及其它目的，特征以及其它优点，其中：

图1是说明常规电子罗盘的方框图；

图2是说明用在该常规电子罗盘内的校准方法的流程图；

图3是说明从图1所示的地磁传感器检测的信号的波形图；

图4是说明本发明电子罗盘的控制模块的方框图；

图5是说明本发明的用在电子罗盘内的自动校准方法的流程图；

图6是说明本发明的地磁传感器的检测信号的单个状态的波形图。

具体实施方式

现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。图中，相同或类似的元件用相同的参考编号来表示，即使是在不同的图里描绘它们。

图4是说明本发明电子罗盘的控制模块的方框图。

参见图4，用在电子罗盘内的控制模块预先确定包含该控制器的系统所需的最小和最大校准有效时间T1和T2。最小校准有效时间T1是其间校准数据能够被认为是有效的最小时间，以及最大校准有效时间T2是其间校准数据能够被认为是有效的最大时间。为了执行有效校准操作，校准持续时间必须比最小校准有效时间T1长而比最大校准有效时间T2短。

控制模块根据从地磁传感器接收的地磁信号自动校准用在电子罗盘内的用于方位角计算的方位角，其详细说明将在下文参照图4描述。

该控制模块包括状态检验单元41，用于在从地磁传感器接收数据Din时检测输入信号的当前状态，校准时间记录定时器42，用于记录从校准开始时刻计算的时间，以及暂时存储缓冲器43，用于校正由偏移及标度值组成的校准数据。

该控制模块进一步包括控制器44。更详细地，该控制器44在当从地磁传感器接收地磁数据时计算方位角，并使用所接收的地磁数据以这样的方式，即它能够校正方位角的偏差，来确定地磁传感器的单独轴的传感器信号的最大和最小值Max和Min。控制器44以这样的条件，即偏差校正所耗费的时间(t)等于或短于预定的最大校准有效时间T2来确定所检测的输入信号的当前状态是否表示一预定的稳态流。在此情形下，如果输入信号流表示稳态流并且控制器44接收表示地磁传感器的一次旋转的信号，或者如果当前时间(t)比预定的最小校准有效时间T1长，那么控制器44使用预定的最大和最小值Max和Min计算偏移和标度值，并存储计算出的偏移和标度值。

使用规定的软件程序来完成控制器44的上述确定操作。本发明的校准处理表示用于计算诸如偏移和标度数据的校准数据的处理以校正方位角的偏差。

下文将参照附图描述本发明的操作和结果。

本发明的用在电子罗盘内的自动校准方法通过使用计时在预定的周期期间检测地磁轴的一次旋转来自动完成自动校准处理，使得它能够完成这样的自动校准而不需从用户接收另外的输入数据，并快速应对环境变化。下文将参照图5和6描述更为详细的说明。

图5是说明本发明的用在电子罗盘内的自动校准方法的流程图。

需要诸如本发明的电子罗盘的示例系统来建立校准处理所需的最大和最小时间。因此，该系统预先把该最大时间确定为最大校准有效时间T1，并预先把该最小时间确定为最小校准有效时间T2。

最小校准有效时间T1是其间校准数据能够被认为是有效的最小时间，以及最大校准有效时间T2是其间校准数据能够被认为是有效的最大时间。为了完成有效的校准处理，校准持续时间必须比最小校准有效时间T1长而比最大校准有效时间T2短。

参见图5，在步骤S53，控制器44初始化用于计算从校准开始时刻所耗费的时间的校准时间记录定时器42以及用于暂时存储诸如偏移和标度值的校准数据的暂时存储缓冲器43。更详细地，如果选择自动校准模式，则控制器44初始化用于记录所耗费的时间直到达到校准完成时间为零“0”的定时器42，以及初始化用于暂时存储由偏移和标度值组成的校准数据的缓冲器43。在此情形下，包含在缓冲器43内，用于存储地磁传感器的单独轴的最大值的第一缓冲器被初始化为校准所需的规定的最小值。同样包含在缓冲器43内的，用于存储单独轴的最小值的第二缓冲器被初始化为校准所需的规定的最大值。

此后，如果控制器44驱动地磁传感器，那么它就能够检测来自该地磁传感器的地磁信号。根据A/D变换处理把检测到的地磁信号变换成数字地磁信号。在步骤S54，控制器44在当接收到该数字地磁信号时计算方位角。更详细地，在步骤S54，控制器44使用A/D变换把从地磁传感器生成的模拟信号变换成数字数据，并使用该数字数据来计算方位角。

在步骤S55，在从控制器44接收到控制信号时，状态检验单元41就使用接收到的地磁数据检测输入信号的当前状态。更详细地，在步骤S55，状态检验单元41把地磁传感器所生成的地磁信号的一个周期划分成多个状态S1～S4，并根据接收到的地磁数据来确定状态S1～S4中的哪一个对应于输入信号的当前状态。

例如，如图6所示，如果x轴和y轴地磁信号的单独的AC波形被设置得高于基准偏移，那么状态检验单元41把正(+)代码分配给该AC波形。否则，如果x轴和y轴地磁信号的单独的AC波形被设置得低于基准偏移，那么状态检验单元41把负(-)代码分配给该AC波形。基于上述确定的确定基准，用下面的表1来表示图6所示波形的多个状态。

控制器44首先计算地磁信号的方位角，完成用于自动计算该地磁信号的偏移和标度值的校准处理，并控制状态检验单元41使用地磁数据来确定输入数据的当前状态。下文将参照图6描述确定输入数据的当前状态的这一方法。

图6是说明本发明的地磁传感器的检测信号的单独状态的波形图。

参见图6，能够把地磁传感器所生成的正常信号波形的各个状态划分成四个状态S1～S4，并且能够用下面的表1来表示这四个状态S1～S4。

[表1]

	S1	S2	S3	S4
					X-轴代码	+	-	-	+
Y-轴代码	+	+	-	-
					方位角角度	0～90	90～180	180～270	270～360

在步骤S56，控制器44在收到所接收地磁数据时找到地磁传感器的单独轴的传感器信号的最大值Max和最小值Min。

在步骤S57，控制器44确定校准所耗费的时间(t)是否等于或短于预定的最大校准有效时间T2。更详细地，控制器44找到最大和最小值Max和Min，比较定时器42的当前时间与最大校准有效时间T2，并确定该最大校准有效时间T2是否消逝直到达到校准完成时间。

在此情形下，如果在步骤S57确定当前时间比最大校准有效时间T2长，这一情况意味着当前时间比校准所需的适宜时间长，这使得控制器44返回到步骤S52以重复方位角计算以及自动校准处理。

如果在步骤S56确定当前时间等于或短于最大校准有效时间T2，则在步骤S58，控制器44确定所检测的输入信号的当前状态是否对应于一规定的稳态流。

更详细地，步骤S58中所示的稳态流对应于稳态流SF1～SF4或SF5～SF8中的一个。稳态流SF1～SF4或SF5～SF8被预定为使用通过划分地磁传感器信号的一个周期而已经生成的多个状态S1～S4来确定地磁传感器信号是否表示稳态信号输入命令。

如果定时器42的当前时间(t)短于最大校准有效时间T2，则控制器44继续检查状态变化。在此情形下，当以一个方向，例如顺时针或逆时针方向旋转地磁传感器时，建立其中校准处理被完成的一个有效状态。在下面的表2中示出有效状态变化。

[表2]

	状态变化
		SF1	S1→S2→S3→S4→S1
SF2	S2→S3→S4→S1→S2
		SF3	S3→S4→S1→S2→S3
SF4	S4→S1→S2→S3→S4
		SF5	S1→S4→S3→S2→S1
SF6	S2→S1→S4→S3→S2
		SF7	S3→S2→S1→S4→S3
SF8	S4→S3→S2→S1→S4

参见上面的表2，如果根据未定义的流，例如“S1→S2→S1”或是“S1→S3→S2”来改变状态，除了八个稳态流，即四个顺时针稳态流SF1～SF4以及四个逆时针稳态流SF5～SF8外，控制器44确定输入信号不对应于一稳态流，而使得校准处理返回到步骤S52。

此后，如果提供了稳态流，则在步骤S59，控制器44确定是否收到表示地磁传感器的一次旋转的1-闭合回路信号。更详细地，如果确定了状态变化是有效的，则控制器44确定该地磁传感器是否被旋转了一次以上。

在此情形下，如果在步骤S59没有收到表示地磁传感器的一次旋转的1-闭合回路信号，则控制器44确定该地磁传感器未被旋转一次，并去到步骤S54。否则，如果在步骤S59确定该地磁传感器被旋转一次以上，这就意味着校准完成条件，而使得控制器44去到下一步骤S60。

如果在步骤S59收到表示地磁传感器的一次旋转的信号，则在步骤S60，控制器44确定当前时间(t)是否比预定的最小校准有效时间T1长。如果在步骤S60确定当前时间(t)等于或短于最小校准有效时间T1，则控制器44返回到步骤S53。

更详细地，如果确定地磁传感器被以过高的速度旋转，那么控制器44就不能够找到该地磁传感器所生成的地磁信号的校正最大和最小值。因此，如果确定该地磁传感器被旋转一次以上，则控制器44比较定时器42的当前时间与最小校准有效时间T1，并确定是否在非常短的时间之内已经完成校准处理。在此情形下，如果确定校准完成时间短于最小校准有效时间T1，则控制器44从图5的第一步重复上述的自动校准处理。

如果在步骤S60确定定时器42的当前时间比最小校准有效时间T1长，则在步骤S61，控制器44使用最大和最小值Max和Min计算偏移和标度值，并把计算出的偏移和标度值以及方位角数据存入内部存储器中。

更详细地，如果确定定时器42的当前时间(t)等于或长于最小校准有效时间T1，则控制器44确定在一适宜时间内已经完成校准处理。因此，控制器44存储单独的轴的传感器信号的最大和最小值Max和Min，或是使用该最大和最小值Max和Min来计算单独的轴的传感器信号的偏移和标度值并存储计算出的偏移和标度值。此后，如果确定定时器42的当前时间(t)比校准完成时间短，则控制器44返回到图5的第一步以重复本发明的所有步骤。

这样，控制器44能够使用上述计算出的偏移和标度值来校正或校准预先计算的方位角的偏差。

如上所述，本发明能够选择使用用户的输入信号的人工校准方法或是以方位角测量模式自动找到校准数据的自动校准方法，以使得它能够使用所选择的校准方法来完成期望的校准。

如果电子罗盘开始其操作并且用户希望完成人工校准处理，那么控制器44按照与常规技术相同的方式执行人工校准处理。否则，如果用户未选择人工校准处理，则电子罗盘从地磁传感器接收地磁数据，并在计算方位角并且同时自动计算该地磁数据的偏移和标度值期间执行自动校准处理。如果建立预定的校准完成条件，则电子罗盘终止校准处理，并把新的校准数据存入诸如EEPROM或闪存的非易失存储器内。

如从以上描述显而易见的，本发明提供了一种用在电子罗盘内的自动校准方法，该方法能够通过使用定时器在预定周期期间检测地磁轴的一次旋转来自动计算地磁信号的偏移和标度值。

此外，本发明的自动校准方法能够执行可计算该地磁信号的偏移和标度值的自动校准而不需从用户接收另外的附加数据，并能够快速应对环境变化。

尽管出于说明目的已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域的普通技术人员将懂得，各种变更，增加以及替代都是可能的，并不脱离如附带的权利要求书中所公开的本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种用在电子罗盘内的根据地磁传感器信号计算方位角的自动校准方法，包括步骤：

a)初始化并驱动地磁传感器，从该地磁传感器接收地磁数据，并根据地磁数据计算方位角；

b)使用接收的地磁数据检测输入信号的当前状态；

c)使用接收的地磁数据找到该地磁传感器的单独的轴的传感器信号的最大和最小值；

d)确定校准所耗费的时间是否等于或短于预定的最大校准有效时间；

e)如果确定校准所耗费的时间等于或短于预定的最大校准有效时间，则确定所检测输入信号的当前状态是否对应于一预定的稳态流；

f)如果确定所检测输入信号的当前状态对应于该稳态流，则确定是否收到表示该地磁传感器的一次旋转的信号；

g)如果确定收到表示该地磁传感器的一次旋转的信号，则确定当前时间是否比预定的最小校准有效时间长；以及

h)如果确定校准所耗费的时间比最小校准有效时间长，则使用该最大和最小值计算偏移和标度值，并存储计算出的偏移和标度值以及方位角数据。

2.如权利要求1所述的方法，其中用于检测输入信号的当前状态的步骤(b)包括步骤：

b1)把地磁传感器信号的一个周期划分成多个状态S1～S4，并根据所接收的地磁数据确定这些状态中的哪一个对应于该输入信号的当前状态。

3.如权利要求1所述的方法，其中用于确定最大校准有效时间是否消逝的步骤(d)包括步骤：

d1)如果确定校准所耗费的时间比该最大校准有效时间长，则返回到初始步骤。

4.如权利要求1所述的方法，其中步骤(e)的稳态流由预定的多个稳态流SF1～SF4或SF5～SF8组成以使用该多个状态S1～S4来确定该地磁传感器的信号是否表示稳态信号输入命令。

5.如权利要求1所述的方法，其中使用该多个状态S1～S4把步骤(e)的稳态流设置成多个顺时针稳态流SF1～SF4或是多个逆时针稳态流SF5～SF8。

6.如权利要求1所述的方法，其中用于确定是否收到表示该地磁传感器的一次旋转的信号的步骤(f)包括步骤：

f1)如果确定未收到表示该地磁传感器的一次旋转的信号，则确定该地磁传感器未被旋转一次，并返回到用于驱动该地磁传感器的步骤(a)。

7.如权利要求1所述的方法，其中用于确定是否提供了最小校准有效时间的步骤(g)包括步骤：

g1)如果校准所耗费的时间等于或短于该最小校准有效时间，则返回到初始步骤。

Images