基于AMR传感器的车辆信息采集系统设计毕业设计论文.doc

摘要随着当今社会经济的发展和人们生活水平的提高，我国汽车保有量与日倶增，虽然 北京、天津等地方采取了尾号限号、摇号购车、增修地铁等一系列措施，可是难以遏制 我国汽车保有量上升的趋势，交通拥挤问题依然客观存在。智能交通系统（ITS-Intelligent Transportation Systems)的出现很大程度的缓解了这一问题，利用AMR磁阻传感器对车 辆信息的检测可有效的缓解交通问题，例如：检测道路中车辆的占用率问题，改变信号 灯时间缓解压车问题；检测车速是否超速。本文利用AMR磁阻传感器，针对现今的交 通问题设计了一套自动化程度高、成本低廉的车辆信息采集系统。本论文的主要研宄内 容如下：一、对磁传感器理论和横轴误差进行了深入的研宄由于受到地球的自转等多种外部因素的干扰，三轴各向异性磁阻（AMR)传感器存 在横轴效应，使检测时刻变化，这对于应用AMR传感器检测的精确度影响极大。针对 AMR磁阻传感器的横轴误差，本文对磁传感器理论和横轴误差进行了深入研宄，通过 理论分析与公式推导，提出提出一种旋转补偿法来补偿横轴误差。通过数据对比，旋转 补偿法的精度比非旋转补偿法的精度提高了将近一倍。二、基于AMR传感器的车辆信息采集系统硬件设计基于AMR传感器的车辆信息采集系统硬件组成：主要由检测模块、电源模块、串 口通信模块、单片机控制电路和无线通信模块组成。其中，检测模块选用AMR磁阻传 感器HMC5883L，检测磁场的变化情况；单片机控制电路芯片选取STC89C52型号的单 片机，读取传感器HMC5883L的数据，根据需求进行相应的数据处理；无线通信模块 利用天线可以进行中远距离数据传输，然后应用串口通信模块传输给上位机。三、对常见的车辆检测算法进行了研宄，提出三中间状态机检测新算法对常见的车辆检测算法进行了研宄，如固定阈值算法、基于小波变化的固定阈值车 辆检测算法、自适应阀值的状态机算法，对影响车辆检测效果的主要因素进行了讨论， 提出三中间状态机检测新算法和双传感器节点车速检测新算法，给出了系统的程序设 计：包括读取AMR磁阻传感器的数据、车速检测算法和车辆有无检测算法设计。关键词：磁阻传感器智能交通系统横轴误差车辆检测算法旋转补偿法AbstractWith the development of social economic and the improvement of people5 living standard, car ownership is increasing in China. Although Beijing, Tianjin and other places have taken a series of measures such as private limited number, lottery shopping, reads the subway and so on, its difficult to curb this trend. The problem of heavy traffic still exists objectively. The emergence of intelligent transportation system alleviates the problem substantially. The use of AMR magnetic resistance sensor for detecting the vehicle information can effectively alleviate the traffic problems. For example: it can change the traffic-light time to ease the traffic problems by testing the road occupancy rate and testing the speed. In view of the current traffic problems, this paper designs a set of high degree of automation and low cost vehicle information collection system by using AMR magnetic resistance sensor. The main research content of this paper is as follows:First: The in-depth study of the theory of magnetic resistance sensor and cross-axis effect.Due to the interference of various external factors such as the rotation of the earth, Triaxial anisotropic magnetoresistance (AMR) magnetic sensor exists transverse effect . It always makes the measurement change, which has enormous influence on the application of magnetic resistance sensor measurement accuracy. For the cross-axis effect of the AMR sensor, this paper makes a deep study of the theory of magnetic resistance sensor and cross-axis effect. With the same time, through the theoretical analysis and formula derivation this paper puts forward a new rotation error compensation method to compensate the cross-axis. By comparison with the data, the accuracy of the rotation compensation method raised more than twice the non-rotation compensation method.Second: The hardware design of vehicle information acquisition system based on the AMR sensor.The hardware of vehicle information acquisition system based on the AMR sensor mainly consists of those parts that are detection module, power supply module, serial communication module, MCU control circuit and wireless communication module, of which detection module selects the HMC5883L AMR magnetic resistance sensor to test the change of magnetic field. MCU control circuit select STC89C52 single-chip microcomputer control circuit to read data of sensor HMC5883L and make data processing according to the demand. By using the antenna, Wireless communication module can make a long distance data transmission, then using the serial communication module transfers to Upper machine.Third: Put forward a new algorithm among the three state machine by studied the common vehicle detection algorithm.This paper has studied the common vehicle detection algorithm, such as fixed thresholdalgorithm, fixed threshold vehicle detection algorithm based on wavelet change, adaptive threshold algorithm of state machine, and has discussed the main factors of affecting the effect of vehicle detection and putted forward a new algorithm among the three state machine and new double sensor node speed detection algorithm. System programming has been given, including the reading of the AMR magnetic resistance sensor data, the speed detection algorithm, and vehicle detection algorithm design.Key words： Magnetic Resistance Sensor, Intelligent Transportation System, Cross-axis Effect, Vehicle Detection Algorithm, Rotation Compensation Method录巨第1章绪论11.1研究背景及意义11.2常用车辆检测技术简介11.3基于AMR传感器的车辆检测技术研究现状31.3.1国内研究现状31.3.2国外研究现状41.4本文主要研究内容4第二章磁阻传感器的横轴效应62.1磁阻传感器62.1.1磁阻效应62.1.2磁阻传感器HMC5883L72.2横轴效应的产生102.2.1横轴误差102.2.2磁化矢量102.3补偿法122.3.1非旋转的补偿法122.3.2旋转补偿法142.4对比分析142.5本章小结17第三章系统硬件设计183.1检测模块设计183.2电源模块设计193.3串通信设计203.4单片机控制电路设计203.5无线通信部分天线设计213.6本章小结24第四章车辆检测算法及系统程序设计254.1常见的车辆检测算法25-i -4.2影响车辆检测效果的主要因素264.3系统程序设计274.3.1 AMR传感器的数据读取274.3.2三中间状态机检测算法的实现284.3.3车速检测算法的实现314.4本章小结35第五章系统测试365.1车辆信息检测功能测试365.2道路监测功能测试385.3本章小结39第六章总结与展望406.1总结406.2展望41参考文献42发表论文和科研情况说明45致 谢46-11 -第一章绪论-1 -第一章绪论1.1研究背景及意义随着科技水平的发展和人民生活质量的提高，汽车已被广泛使用，其已成为人们生 产、生活中越来越不可或缺的工具，同时，人们对于汽车的管理也提出了更高的要求。 目前，这样快速有效而且智能化的管理汽车是当今一大难关，尤其是道路交通问题。车 辆越是集中的地方交通压力越大，所以这一矛盾在城市尤其是大城市表现的尤为明显， 俨然成为如今全球各大都市的一大烦恼，可以肯定的是当下全球任何一个国家都不敢保 证本国己经完全根治道路交通问题1。中国发展迅速，加快了公路等基本设施建设率，成为如今全球建设速度第一的国家， 与此同时也是道路交通需求增长第一的国家，但是中国对公路建设的自动化和智能化的 研发应用都相对落后。2010年以后，随着私家车拥有量的飞速提高，因此引起了日益严 重的道路交通问题，运用以往的手段对车辆进行实时智能高效的管理变得难上加难2-3。在这种背景下，智能交通系统（ITS-Intelligent Transportation Systems) 4应运而生， 应用这种概念对车辆进行管理是一种趋势。事实上，智能交通系统包含了两大部分：智 能交通和智能运输，智能交通系统是综合研究了最新的计算机通信技术、检测技术、智 能控制技术以及运筹学等相关技术，并将其应用在道路交通安全、车辆检测和生活服务 等许多地方，通过使操作者、公路和汽车之间的关联更加紧密，来完成一种具有实时性、 稳定性和准确性的高级交通系统，最后实现完全自动化的道路交通管理系统5-6。1.2常用车辆检测技术简介车辆检测技术作为智能交通系统的重要组成部分之一，有许多相关专业和技术：传 感器应用及检测技术、智能控制技术、图像处理技术、计算机人工智能、电力电子应用 技术、识别技术、远距离无线通信技术等。车辆检测准确是一切后续算法的基础，只有 稳定准确的检测出车辆信息才能有效的计算车流量、判别车型等。车辆检测就是应用传 感器对车辆的磁场、图像等信息的检测通过算法来计算进车辆的行驶速度、车辆的质量 和大小、道路的占用率、车辆的间距等7。在已经投入使用的车辆检测系统中，检测设 备用来检测车辆的基本状态信息，如车辆周围的磁场等；信号处理设备将前面得到的基 本数据统一变换为电信号；数据处理设备应用处理器的有关硬件和软件，例如单片机和 C语言将电信号根据需要再次变换为需要得到的道路参数。其中比较普遍的道路参数 有：车速，车型，车辆之间的行驶距离，行驶方向，道路占用率，车辆的质量和大小以 及其他参数。数据处理设备也可包含在检测装置中，利用装置的串口进行数据发送，同 时也可不包含在检测装置中，成为独立的采集设备，应用有线或无线放入传输方式与检第一章绪论测装置进行通信，实现独自完成数据传输的任务。现在，车辆检测系统中经常使用的有微波及超声波检测技术、图像采集识别技术、 感应线圈等8-9。以上这些测量技术根据放置的位置分成两部分：侵入式检测（Intrusive Detection)和非侵入式检测（Non-intrusive Detection)。侵入式检测技术有：环形线圈和 电磁感应；非侵入式检测技术比较多，日常使用比较广泛，有以微波和超声波为主的声 波检测技术、应用计算机视觉的图像处理技术、红外线为主的光波检测技术和将几种检 测技术联合应用的新型检测技术。感应线圈这类侵入式传感器在安装时需要挖开道路表面将其放置在地表以下，这样 会破坏路面，虽然这类设备的使用已经非常常见了，但是由于其安装会破坏路面，给道 路带来损害，这样既缩短了道路的使用时间又在路道维护或更换传感器时还要再次破坏 路面，其被非侵入式装置所代替已成为必然趋势。针对侵入式装置破坏路面这一严重缺陷人们提出了非侵入式装置。通常来说，安装 非侵入式传感器的过程中不会影响道路的正常使用，而且它检测结果的准确率和精度也 都比较高。一项近期的报告说明：这种不需要破坏路面的非侵入式传感器的检测结果基 本反映了其所检测道路的交通流参数。相对而言它们的缺点也比较明显就是受环境因素 影响比较大，譬如当天气刮6级以上大风的时候，波会受到风力影响出行漂移，微波和 超声波这类波传感器检测就会出现错误；同样大雾天气对于摄像头的影响严重，影响分 辨率，视频图像检测会造成误检；灰尘等固体颗粒物比价多的工厂或出现冰雾的天气会 导致红外一类的光波传感器无法正常工作。综上所述，侵入式检测和非侵入式检测优缺点都比较明显，所有有的道路在选取检 测方式的时候会将它们联合应用突出优点，弱化缺点，为保证取得更加精确的检测结果。根据上文所涉及的这些检测技术，表1.1几种检测技术的优缺点中进行了一些对比:表1.1几种检测技术的优缺点检测技术优点缺点感应线圈1、如今已经非常成熟2、能够适用于大面积广泛应用3、能够检测常用的交通数据（车流量， 公路使用率，车辆行驶速度等）4、高频激励模型可以提供车辆分类的 功能1、安装时必须破坏路面，缩短道路使 用时间2、检查和维修麻烦，期间道路需要停 止使用3、在目标检测机一般得放置数个传感 器4、系统应用的稳定性和准确性受到交 通压力和温度变化因素的制约磁力计101、同感应线圈比较，受道路使用压力 的影响更小2、能够应用射频识别发送和接收数据5、安装时必须破坏路面，缩短道路使 用时间6、检查和维修麻烦，期间道路需要停 止使用1、测试区域小微波雷达111、通常状况下，大风大雾等不好的气 候环境下可以正常使用2、能够直接检测出车辆的行驶速度3、适用于车道比较多的道路1、天线的传输宽度和传输波形要方便 实用2、多普勒传感器只能检测运动，对于 静止不动的车辆无法检测红外1、可以精确地检测车辆的摆放地点、 行驶速度和车型等参数2、适用于车道比较多的道路3、能够通过多区域测量车速1、受烟雾、雨雪等天气影响大，下雨 雪或雾霾天气，传感器灵敏度受到 极大影响超声波1、适用于车道比较多的道路1、温度骤升或骤降会使检测结果出现 偏差2、幅值比较大的周期性方波会减小其 对公路使用率的检测能力，特别是、 还在高速行驶中的汽车声音1、对于车速的激増有良好的检测能力2、适用于车道比较多的道路1、低温会影响数据的准确性，冬夏测 量有明显差别2、不适合在车速较慢检测时视频图像 处理12-131、开始同时检测数个地段和车道2、易于修改或増加检测区域3、可以提供大量的检测数据4、利用多个摄像头可进行大范围的检 测1、天气或环境变化（例如影子）会影 响检测结果2、安装高度有要求3、大风天气对其影响较大4、功能强大的同时造成了高额的花 费，不适合低成本的检测表1.1详尽的阐述了这些测量装置的适合使用的路段，以及使用它们的优缺点。本 文使用AMR地磁传感器制作的车辆信息采集装置不仅外观小方便安装而且不易变形， 不会影响测量，这样就使得平时的维护变得方便易行。又由于AMR磁阻传感器的检测 原理是通过其内部的铁磁性物质磁场的变化来反应地磁场的变化，因此磁阻传感器几乎 不会受到天气变化因素的影响。对于车道不多的道路，AMR磁阻传感器就能够当做非 侵入式车辆检测器使用，而且灵活性方面其也比环形感应线圈要灵活许多。因此本文重 点研究了主要就基于AMR磁阻传感器的车辆信息采集系统。1.3基于AMR传感器的车辆检测技术研究现状基于AMR传感器的地磁场检测装置可以完美的解决上文提到的以往车辆检测技术 的问题，所以现在许多国家都在对其进行深入研究，希望开发出更好的地磁场检测装置。 这种探测器应用AMR传感器作检测器件，汽车通过安装有AMR传感器的路段时，会 引起车辆周边区域地球磁场的改变，地磁场的改变能够在AMR传感器的检测输出中反 映出来。环形线圈能够检测车辆的存着与否，一个磁阻传感器同意能够完成，多个AMR 磁阻传感器配合使用能够完成对车辆行驶速度、车辆类型等的测量。近年来，我国以及许多国外的机构都开始将AMR磁阻传感器在智能交通系统中的 车辆检测器中使用，探究并对比AMR磁阻传感器与巨磁阻传感器，比较它们的性能差 异，并探索测量精度与传感器安装位置的联系和检测精度与单轴多轴的联系，比较它们 的测量结果，最后提出最优方案和相关道路数据的计算方法。1.3.1国内研究现状经过30多年的研究，如今我国磁传感器发展迅速，除了巨磁阻传感器还有明显的 不足外，其它常见的磁传感器已然追上了外国的步伐，无论产品质量还是检测的精确度 与国外的都不相上下。例如在国内各个电子器件商店出售的霍尔元件和磁阻元件，我国 生产的与国外进口的无论哪一方面都几乎不存在差异。北京科技大学的李胜希和于广华研制成功了三轴车辆检测器和所需的信号处理电 路，并数次做实验验证，最终得出结论：车辆从检测器正上通过，此时检测输出信号最 大，这样就能够用其测量车辆的存着与否；车辆从检测器的各个不同方向通过，此时检 测输出信号变化不一，因此能够用其测量车辆的行驶方向14。中国计量学院的曹喆等人和浙江大学的刘泓针对ATDA算法的缺陷，提出了一种基 于K-Means分类和状态机检测的综合检测算法15。此算法不用提前预设阈值，因此也 就不必考虑地磁场漂移的影响；由于基于状态机的检测算法都存着滞后性，所以其能够 测量到车速较慢的车辆和车型较长的车辆；此算法具有运算量小、运算快速、鲁棒性好、 精度高等优点。1.3.2国外研究现状美国加州大学Berkeley分校进行的PATH项目应用无线传感器取代了以往使用的地 感应线圈对车辆信息进行测量，同时最先提出自适应阈值车辆检测算法，正确率高达 97%以上。实验时在任何一条道路的任意一个检测点都要安装2-4个传感器，在任意节 点都能够测量出通过这一车道的车辆。对于智能交通系统，有许多车道，这就给传感器 节点布置、网络架构构建带来很多不必要的麻烦，特别是在车流繁忙的时路段，状态机 会进入一个循环，此时就不能正常工作了16。韩国的Kang等人运用KMZ51对车辆进行测量，针对磁传感器敏感轴的安装方向 进行试验，分析敏感轴安装方向以及传感器与车辆的距离对测量结果的影响，进一步分 析车型不一的车在通过时电信号的特征。但是，这种方案过于简单，测量次数不多，仅 仅是粗略的分析了车辆通过传感器时的信号变化，还需要深入试验17。1.4本文主要研究内容本文利用AMR磁阻传感器对车辆信息的测量解决交通问题，例如：对车辆有无的 检测检测出道路占用率，改变信号灯时间缓解压车问题；对车速的测量检验是否超速。 本文利用AMR磁阻传感器这些特点，针对交通问题设计了一套自动化程序高又便宜实 用的车辆信息采集系统。主要研究内容如下：一、对磁传感器理论和横轴误差进行了深入的研究由于受到地球的自转等多种外部因素的干扰，三轴各向异性磁阻（AMR)传感器存 在横轴效应，使检测时刻变化，这对于应用AMR传感器检测的精确度影响极大。针对 AMR磁阻传感器的横轴误差，本文对磁传感器理论和横轴误差进行了深入研究，通过 理论分析与公式推导，提出提出一种旋转补偿法来补偿横轴误差。通过数据对比，旋转 补偿法的精度比非旋转补偿法的精度提高了将近一倍。二、基于AMR传感器的车辆信息采集系统硬件设计-3 -第二章磁阻传感器的横轴效应基于AMR传感器的车辆信息采集系统硬件组成：主要由检测模块、电源模块、串 口通信模块、单片机控制电路和无线通信模块组成。其中，检测模块选用AMR磁阻传 感器HMC5883L，检测磁场的变化情况；单片机控制电路芯片选取STC89C52型号的单 片机，读取传感器HMC5883L的数据，根据需求进行相应的数据处理；无线通信模块 利用天线可以进行中远距离数据传输，然后应用串口通信模块传输给上位机。三、对常见的车辆检测算法进行了研究，提出三中间状态机检测新算法对常见的车辆检测算法进行了研究，如固定阈值算法、基于小波变化的固定阈值车 辆检测算法、自适应阀值的状态机算法，对影响车辆检测效果的主要因素进行了讨论， 提出三中间状态机检测新算法和双传感器节点车速检测新算法，给出了系统的程序设 计：包括读取AMR磁阻传感器的数据、车速检测算法和车辆有无检测算法设计。-7-第二章磁阻传感器的横轴效应在绪论中介绍了几种检测技术的优缺点，其中磁传感器能够适应大范围广泛应用、 能够提供基本的交通参数等许多优点，但是对于磁传感器来说，地磁场的变化以及能影 响到地磁场变化的因素都是影响其测量结果的原因，横轴效应就是其中之一。本章对磁 阻传感器进行了深入研宄与分析，提出了一种旋转补偿法对横轴效应进行补偿。数据对 比表明，旋转补偿法的精度比非旋转补偿法的精度提高了将近一倍。2.1磁阻传感器磁阻传感器是一种以磁性材料的磁阻效应为依据完成的，将磁场变化转变为电压变 化的传感器。磁阻传感器根据其生成机理的不同和磁阻效应的不同分为以下五种：AMR 传感器、GMR传感器、超巨磁阻效应传感器、一般磁阻效应传感器和隧道磁电阻效应 传感器。2.1.1磁阻效应磁场M方向(a)无外界磁场时磁场M方向(b)有外界磁场时 图2.1磁阻效应磁阻传感器主要应用磁性物质的磁阻效应制成。所谓磁阻效应如图2.1所示，是指 若给金属、合金或半导体材料的薄片施加一电流1(此时磁场M方向如图2.1 (a)所示）， 并外加一个电流垂直或平行的磁场，则如图2.1 (b)所示，磁场M方向受外磁场影响 改变，其电阻值就增加。通常磁电阻效应来源于磁场对电子的洛伦兹力，该力使载流子 运动偏离原轨道或产生螺旋运动，电子碰撞几率增加，电阻增大18。当存在外部磁场，有些载流子受到的洛伦兹力大于电场力，这些载流子就会偏向洛 伦兹力的方向；这部分载流子从一个电极运动到另一个电极所经过的路程就变长了，因 此电阻率增加了。当温度固定不变，此时磁阻大小与B2成正比（B:磁感应强度）。若 金属、合金或半导体材料在最简易的状况下，即只有电子导电，则其得到的磁阻效应方 程如公式（2-1)所示：pB =r(i + Km2 B2)(2-1)式中当磁感强度为b时的电阻率； p0 无磁场下的电阻率； m 电子迀移率；B 磁感应强度。当电阻率变化量为Dp = pB - p0时，电阻率相对变化为公式2-2:Dp/p0 = 0.273m2 B2 = Km2 B2(2-2)由此可见，当外界磁场大小不变时，m越大的物质的磁阻效应也就越明显。若物质 中只有一种载流子存在，那此时的磁阻效应完全能够忽略不计，这时霍尔效应最为明显。 当物质同时含有空穴和电子两种载流子，其磁阻效应很强。另外，磁阻效应还跟磁敏电 阻的外形紧密相连。和磁敏电阻外形相关的磁阻效应被人们称之为几何磁阻效应。2.1.2磁阻传感器HMC5883L本文以Honeywell公司生产的HMC5883L19为例，它是一个表面贴装的高度集成的 模块，其自带数字接口的弱磁传感器芯片，常用于地磁场的检测。1、HMC5883L的工作原理HMC5883L采用Honeywell各向异性磁阻（AMR)技术，其在技术上有一定的优势。这类AMR传感器具有在轴向高灵敏度和线性高精度的特点，其能用于测量地球磁 场的方向和大小，比较大的测量范围也是它的一大优势，几mGs到8Gs (高斯gauss, 简写Gs),这在一般的小磁场小成本的测量中已经是非常精确了。磁阻传感器HMC5883L实物图如图2.2所示，是一个三轴各向异性磁阻传感器，它 运用了一些辅助电路的帮助来检测磁场变化。输入端放置一电源，惠斯通电桥能够使传 感器量测轴方向上的任意入射磁场经过惠斯通电桥作用变换并以差分电压的形式输出。 惠斯通电桥如图2.3所示，包含四个镍铁导磁合金材料的电阻，当无外加磁场时，惠斯 通电桥上的四个电阻阻值相同，此时输出电压等于零，电桥为平衡状态，电压输出为零。 当环境存在偏置磁场时，相对放置的一对电阻的磁化方向朝着电流方向转动，使得电阻 阻值变大，其余相对放置的一对电阻的磁化方向背向电流转动，从而使得电阻阻值变小， 电桥的输出是一个随着外磁场的变化而变化的差分电压信号。图2.2磁阻传感器HMC5883L实物图图2.3惠斯通电桥2、HMC5883L的芯片接口HMC5883L引脚图如图2.4所示，HMC5883L是一个16引脚的芯片，表2.1 HMC5883L引脚功能描述：引脚1和16分别为串行时钟I2C总线主/从时钟和数据；引 脚4连接引脚13 IO电源供应；引脚2为电源，引脚9和11为接地；引脚10是存储电 容器（C1)连接，引脚12是S/R电容器（C2)连接-驱动端，引脚8则为置位/复位带 正-S/R电容（C2)连接；引脚15是数据准备，中断引脚，内部被拉高，选项为连接， 当数据位于输出寄存器上时会在低电位上停250 y s。第二章磁阻传感器的横轴效应表2.1 HMC5883L引脚功能描述引脚名称功能描述1SCL串行时钟-I2C总线主/从时钟2VDD电源（2.16V-3.6V)3NC无连接4S1连接VDDIO5NC无连接6NC无连接7NC无连接8SETP置位/复位带正-S/R电容（C2)连接9GND电源接地10C1存储电容器（C1)连接11GND电源接地12SETCS/R电容器（C2)连接-驱动端13VDDIOIO电源供应（1.7V-VDD)14NC无连接15DRDY数据准备，中断引脚。内部被拉高。选项为连接，当数据位于输出寄存 器上时会在低电位上停250 us16SDA串行数据-I2C总线主/从数据3、HMC5883L的工作模式为了更好地适应各种测量场合，为HMC5883L设计了三种工作模式：连续检测模 式、一次检测模式和空闲模式：1) 连续检测模式连续检测模式适用于需要连续不间断、要求高实时性的场合。当为连续检测模式时， 根据需求确定循环速度，并进行连续的检测，不断更新数据并输出寄存器。若需要的话， 能够从数据输出寄存器重新读取数据，需要注意的是，一旦主机无法确保在下一次检测 结束之前能够访问数据寄存器，那么数据寄存器中的原有数据将被检测的最新数据所替 代。为了保留检测之间的电流，此装置被置于一个近似空闲模式的状态，但是此时的模 式寄存器并未有任何变化，即MDn位没有变化。处于连续检测模式时，配置寄存器A 的设置会影响数据输出速率（比特DOn)，测量配置（bits MSn)，和增益（bits GNn)。 所有寄存器在连续检测模式中保留数值。2) 单次检测模式这是预设的供电模式。在单次检测模式，此装置只进行一次检测，然后根据检测到的数据更新输出数据寄存器。检测结束并更新完输出数据寄存器之后，设置MDn bits， 此装置被置于闲置模式，同时模式寄存器也变成闲置模式。处于单次检测模式时，配置 寄存器的设置影响测量配置(bits MSn)。在单次检测模式中所有寄存器保留数值。3) 空闲模式空闲模式下，装置能够通过I2C总线进行访问，但是此时的主要电源能耗已经被禁 用了，如ADC，放大器，传感器偏置电流，而且不仅限于此。在空闲模式下所有寄存 器保留数值。空闲模式为HMC5883L尽可能的减少了能耗。2.2横轴效应的产生2.2.1横轴误差在AMR传感器中，存在着一个问题20，其源自传感器在垂直于其灵敏轴方向被施 加一定的加速度或者倾斜一定的角度，就叫做横轴误差。测量期间也许会遇到许多问题， 例如周围磁场的改变，都会产生横轴误差。本章通过对横轴效应的理论分析和磁能相关 公式的推导，针对AMR传感器提出一种有效的方法来补偿横轴误差。该方法不依赖于 其他工具来提供测量磁场。2.2.2磁化矢量灵敏轴MA#AMR传感器内部由镍铁合金层组成，当出现一个强大的磁场领域时，所有镍铁合 金层内的磁场方向会受到其影响，与其方向保持一致。这个独特的磁化领域，可以归结 为一个矢量，称之为磁化矢量A。AMR传感器中的磁化矢量和外磁场矢量如图2.5所 示，其中是各向异性轴，是灵敏轴，A为磁化矢量，由于传感器的输出取决于磁 化矢量与各向异性轴之间的角度j21，此时定义的矢量是指不存在外磁场干扰时。 当出现如图2.5中所示的传感器周围的外磁场矢量#，它会影响磁化矢量，改变磁化矢 量角j，使它产生一定的偏转。j、i向异性轴图2.5 AMR传感器中的磁化矢量与外磁场矢量 铁磁层的磁场能量，可以写成公式（2-3):-#-第二章磁阻传感器的横轴效应E = /2m0MsHkSn j -+ HxC0Sj)(2-3)K.是饱和磁化是各向异性常数2K.,Ms :是各向异性域 是外部磁场分量公式（2-3)表示了外磁场和角度供对整体磁场能量的影响。公式（2-3)中：QE_dj0(2-4)磁性材料的各向异性能量取决于磁晶体内部磁化矢量的方向。这种能量指的是磁晶 体中，不受外界影响而形成的那些磁化的能量。其中，角度0由最小磁能给出：由公式（2-3)和公式（2-4)可以得到以下方程:(2-5)Hk sin j cos j = Hy cos j - Hx sin j假设j Hx, Hy，则公式（2-8)可以被简化为:此处，a是一个影响传感器敏感度的参数:HyVout = aHyHk + Hx(2-10)Hk + Hx根据对AMR传感器的原