數(shù)字羅盤HMR3500基于Wince系統(tǒng)的應(yīng)用與編程

孫雷，梅志千，李向國，朱 靜

(1.河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇常州 213022;2.棗莊市水利局勝利渠管理處，山東 棗莊 277317)

0 引言

HMR3500數(shù)字羅盤是美國Honeywell公司新近生產(chǎn)的數(shù)字磁羅盤模塊，它通過對地球磁場等信息的讀取、計(jì)算，并能實(shí)時精確輸出地載體的航向角、縱傾角和橫傾角三個方向上的姿態(tài)數(shù)據(jù)等參數(shù)，廣泛應(yīng)用于航海、航天、測量系統(tǒng)等領(lǐng)域。與Honeywell公司前一代數(shù)字電子羅盤HMR3000相比，具有更大的測量范圍，且接收數(shù)據(jù)的格式包不相同。數(shù)字電子羅盤HMR3500與上位機(jī)通過RS-232進(jìn)行串行通信，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的信息交流與控制，從而在上位機(jī)中實(shí)現(xiàn)精確定位導(dǎo)航功能。在工業(yè)控制的機(jī)器中普遍裝有嵌入式操作系統(tǒng)，本文結(jié)合帶有微軟Wince操作系統(tǒng)的設(shè)備平臺對HMR3500的應(yīng)用和開發(fā)介紹。

1 HMR3500硬件描述

HMR3500數(shù)字磁羅盤是一個很小的電路模塊。它的主要構(gòu)成部件如圖1所示，主要被用于測量模塊的三維定向。三個硅磁力計(jì)被用于測量地球的磁場。三個硅加速計(jì)被用于測量地心引力向量，同時在計(jì)算羅盤方位角時提供傾斜補(bǔ)償。輸入電源通過幾個集成電路供電電源裝置轉(zhuǎn)化達(dá)到模塊指定的電壓要求。數(shù)據(jù)和信號處理是通過一個16位微控制器及相關(guān)固件進(jìn)行的。固件將傳感器信號轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾x散型變量，并對加速計(jì)和磁力計(jì)的讀數(shù)進(jìn)行處理以完成傾斜補(bǔ)償［1］。

圖1 HMR3500數(shù)字磁羅盤模塊示意圖

2 HMR3500數(shù)據(jù)傳輸與通信協(xié)議

HMR3500與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的接口是用標(biāo)準(zhǔn)的RS-232 T型頭接口，采用串口通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。串口通信運(yùn)行的波特率為9 600 bit/s，1位開始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗(yàn)位，非同步進(jìn)行。具體連接電路如圖2所示。

圖2 HMR3500數(shù)字磁羅盤通信接口示意圖

HMR3500數(shù)據(jù)包格式，格式如下

標(biāo)題 數(shù)據(jù) 文尾字節(jié)數(shù)5 18 1

標(biāo)題字段，格式如下

______________信息包源 信息包ID 字節(jié)計(jì)數(shù)_____字節(jié)數(shù)3 1 1

標(biāo)題字段的前三個字節(jié)是固定的，按照順序排列，分別為0x0D，0x0A和0x7E，它們分別為回車、換行和代字號(～)的ASCII代碼，信息包ID為返回的信息包類型，0x70羅盤定向指令，字節(jié)計(jì)數(shù)為18字節(jié)。羅盤定向數(shù)據(jù)包字節(jié)如表1所示。

表1 HMR3500輸出數(shù)據(jù)格式

3 HMR3500與外部嵌入式Wince操作系統(tǒng)主機(jī)的通信與編程

基于Wince嵌入式操作系統(tǒng)的軟件是由eVC開發(fā)平臺開發(fā)，HMR3500通過RS-232與外部主機(jī)相連，發(fā)送與接收信息由簡單的ASCII字符串組成的，滿足通信協(xié)議數(shù)據(jù)包格式，HMR3500根據(jù)指定的格式發(fā)送數(shù)據(jù)包到主機(jī)，主機(jī)根據(jù)指令格式解析數(shù)據(jù)包，并完成數(shù)據(jù)處理，最終得到HMR3500返回的當(dāng)前狀態(tài)各項(xiàng)參數(shù)［2］。

串口編程的方法有使用 MSComm控件編程、使用WinAPI串口編程等，在eVC開發(fā)環(huán)境下不存在MSComm控件，因此可以采用WinAPI串口編程方式。使用WinAPI進(jìn)行串口通信程序設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的靈活性，但編程復(fù)雜，編程人員需要多了解相關(guān)的函數(shù)。與HMR3500的通信，只需要在主機(jī)方編寫接收程序即可。針對HMR3500的應(yīng)用編寫串口程序的步驟可分為以下幾步:創(chuàng)建串口、配置串口、讀串口并數(shù)據(jù)處理、關(guān)閉串口［3］。

1)打開串口

如圖3所示，經(jīng)過上述讀串口程序，將讀取的串口數(shù)據(jù)放到了char型字符組str中，從字符串str的起始位置查找包頭字符串，如果查找到包頭字符串，取出包頭字符串后18位字符存放到新的char型變量string中，否則返回重新讀取串口操作。在變量string中，分別針對HMR3500發(fā)送數(shù)據(jù)包的格式進(jìn)行解包，取出HMR3500對應(yīng)的數(shù)據(jù)字符位，并進(jìn)行int型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，將HMR3500要輸出的各參數(shù)高低位運(yùn)算求和，輸出電子羅盤 HMR3500各項(xiàng)參數(shù)［4］。

4)關(guān)閉串口

圖3 HMR3500讀串口數(shù)據(jù)處理流程圖

4 結(jié)論

由于HMR3500與主機(jī)通訊采用標(biāo)準(zhǔn)的RS-232串口通信，接口較為簡單，采用高級語言能夠使得接收的數(shù)據(jù)控制處理比較靈活，且可移植性強(qiáng)。在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中，普遍采用Wince操作系統(tǒng)，適合eVC編譯環(huán)境下開發(fā)，且與VC環(huán)境開發(fā)幾乎相近，編程簡單、易懂。此程序能在eVC編譯環(huán)境下編譯通過，其精度高、響應(yīng)速度快，并能很好地應(yīng)用在已開發(fā)的項(xiàng)目中。

［1］HMR3500 TruePoint Digital Compass User's Guide.Honeyewll.2007.8.

［2］汪兵，李存斌，陳鵬，等.EVC高級編程及其應(yīng)用開發(fā)［M］.北京:中國水利水電出版社，2005.

［3］龔建偉，熊光明.Visual C++/Turbo C串口通信編程實(shí)踐［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.

［4］文方，黃錢飛.HMR3000在機(jī)器人姿態(tài)自控系統(tǒng)上的應(yīng)用［J］.工業(yè)控制與應(yīng)用，2010，29(6):27-28.

［5］張穎.基于高級語言的HMR3000模塊接口編程［J］.兵工自動化，2002，21(4):41-43.