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图21.5 串口模块

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图21.6 底板原理图
2. HMC5883L 模块
HMC5883L是一种基于表面贴装的高集成、自带数字接口的弱磁传感器，应用于低成本罗盘和磁场检测领域 。HMC5883L包括最先进的高分辨率HMC118X系列磁阻传感器，并附带霍尼韦尔专利的集成电路，包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校准、能使罗盘精度控制在1°～2°的12位模数转换器以及简易的I2C总线接口 。
HMC5883L采用霍尼韦尔各向异性磁阻(AMR)技术，具有轴向高灵敏度和线性高精度的特点，能用于测量地球磁场的方向和大小 。
HMC5883L模块的外围电路非常简单，本文采用的是成品模块，如图21.4所示 。该模块外接引脚包括VCC、GND、SCL、SDA、DRDY、3V3 。其中VCC为5V输入，模块自带降压功能，可以输出3.3V电压供其他模块使用 。SCL与SDA为标准I2C接口，DRDY用于指示HMC5883L数据是否准备好，用于中断方式读取测量数据 。
3. 串口模块
与PC通信的串口模块采用的是USB转串口方式，同样采用成品模块，如图21.5所示 。该模块使用PL2303HX芯片实现USB转串口功能，具有电路简单、传输速度快等特点 。模块引出的功能引脚包括TXD、RXD、GND、3V3、5V 。其中5V为USB总线输出电压，本文将该电压作为下位机的供电电压 。TXD与RXD为串口接口，与单片机直接连接，无需做电平转换 。模块内部同时集成了降压模块，可以输出3.3V电压，但由于已经使用了HMC5883L模块的降压功能，本系统中该输出引脚悬空 。
4. 底板模块
各模块之间需要通过底板进行连接，其原理图如图21.6所示 。其中与HMC5883L模块的I2C接口使用的是ATmega16的硬件接口，因此需要连接PC0与PC1端口，DRDY则与PD7端口连接 。串口模块与单片机的硬件串口端口PD0、PD1连接，总体连接相对简单 。将各个模块通过插座、插针以及连接线连接，设备最终的样子如图21.7所示 。
软件设计电子罗盘的软件分为两部分：单片机上的软件以及PC端的控制软件 。平时工作时，只需运行单片机上的程序，PC端软件仅显示当前数据 。当需要配置或者校正时，要配合PC端软件使用 。
单片机的软件流程如图21.8所示 。参数保存在单片机的EEPROM中，掉电后仍然可以保存 。

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图21.7 总体设备实物图

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图21.8 单片机软件流程图
PC机与单片机进行串口连接，平时工作时，单片机工作在正常模式，PC端软件通过串口查询当前方位角并显示在界面上 。当需要配置电子罗盘时，可以通过PC端软件设置磁偏角，参数都会保存在单片机的EEPROM中，罗盘重启后还按之前的设置参数运行 。当需要对罗盘进行校正时，通过PC端软件启动校正流程 。用户需要在水平面上缓慢旋转罗盘360°，然后通过PC端软件告知罗盘结束校正，此时罗盘会自动计算出X、Y轴的偏移值并保存，同时PC端软件上会显示这些偏移值 。
PC 端软件采用 Visual C++ 2005 编写，基于 MFC 框架开发，软件流程如图21.9所示 。软件框架采用的是查询方式，由PC控制软件作为主动方，发送串口命令到单片机，单片机则作为被动方，将结果返回给PC控制软件 。
通过界面上的按钮，用户可以设置电子罗盘、进行校正，并看到当前方位角的显示，界面如图21.10所示 。使用时，先将单片机与PC串口连接，然后打开对应的串口号，此时即可以看到当前方位角显示在偏角栏里 。如果需要设置磁偏角，只需将数值写入对话框，并单击“设置”按钮即可 。校正功能相对比较复杂，在单击“开始校正”后，需要手动旋转电子罗盘360°，然后再单击“结束校正”，最大、最小偏移值即会显示在界面上 。

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