Цифровой компас
Изобретение относится к навигационному приборостроению и может быть использовано в спорте, медицине, строительстве и других областях техники. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения расстояний и площадей. Компас содержит генератор 1 пилообразного тока, магниточувствительный датчик 2, компараторы 3, 8, 11, 16. В состав компаса входят также счетчики импульсов 6, 14, регистры 7, 15, триггеры 9, 17, 19. Вычислитель 20 осуществляет обработку поступающих данных, результаты вычислений поступают на индикатор 21. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН ш4 0 01 С 17/32 г >t " "ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
Ъ 1 (21 ) 4374621/24-10 (22) 08.02.88 (46) 15.10.89. Бюл. У 38 (72) В.С.Колотыркин (53) 513.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
11 1219922, кл. G Ol С 22/00, 1984.
Авторское свидетельство СССР
В 581371, кл. G 01 С !7/32, 1975. (54) ЦИФРОВОЙ КОМПАС (57) Изобретение относится к навигационному приборостроению и может быть использовано в спорте, медици„„80„„1515050 A 1
2 не, строительстве и других областях техники. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей sa счет измерения расстояний и площадей.
Компас содержит генератор 1 пилообразного тока, магниточувствительный датчик 2, компараторы 3, 8, 11, 16.
В состав компаса входят также счетчики 6, 14 импульсов, регистры 7, 15, триггеры 9, 17, 19; Вычислитель 20 осуществляет обработку поступающих данных, результаты поступают на индикатор 21. 2 ил.
1515050
Изобретение относится к навигационному приборостроению и может быть применено на подвижных объектах, ориентируемых по магнитному полю земли в спорте, медицине, строительстве и других областях техники, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей цифрового компаса . за счет одновременного 10 измерения расстояний и площадей.
На фиг.1 изображена структурная схема цифрового компаса; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие работу цифрового компаса. 15
Цифровой компас состоит из последовательно соединенных управляемого генератора 1 пилообразного тока, магниточувствительного датчика 2, горизонтально расположенного в кардан- 20 ном подвесе и выполненного в виде двух ортогонально установленных элементов Холла, -первого компаратора.
3, первого элемента ИЛИ 4, гервого преобразователя 5 фаза-интервал, 25 первого счетчика 6, первого регистра
7, последовательно соединенных второго компаратора 8 и первого триггера
9. Кроме того, цифровой компас содержит формирователь 10 импульсов, по- 30 следовательно соединенные третий компаратор 11, второй элемент Р 1И !2, второй преобразователь 13 фаза-интервал, второй счетчик 14, второй ре гистр 15, последовательно соециненные 35 четвертый компаратор 16 и второй триггер 17, последовательно соединенные
I датчик 18 пути, третий триггер 19, вычислитель 20 и индикатор 21.
Цифровой компас работает следующим 4О образом.
Разрешающий импульс с вычислителя
20 (фиг.2а) обнуляет все счетчики и триггеры и запускает управляемый re- 45 нератор 1 пилообразного тока, который возбуждает магниточувствнтельный датчик 2 (фиг.2б). В зависимости от напряженности и направления магнитнсго поля выходное напряжение иа выходе магниточувствительного датчика
2 (фиг.2в) определяется соотношением (!) где Š— ЭДС Холла, мВ;
Н „ — постоянная Холла, зависящая от типа полупроводникового материала;
j., — управляющий ток, мА;
В, — индукция магнитного поля, т .л1
h — толщина пластины, мм.
Если принять вектор напряженности магнитного поля за единицу, то проекции вектора по .осям координат Х и Y будут равны синусу и косинусу угла между вектором напряженности магнитного поля и осью абсцисс декартовой системы координат, Вычисление синуса и косинуса производится по двум идентичным каналам Х и Y. Рассмотрим работу канала Y В зависимости от полярности напряжения с первого выхода магниточувствительного датчика 2 работает или первый (фиг.2г), или второй (фиг.2д) компаратор, с выхода которого перепад напряжения поступает на вход первого элемента ИЛИ 4 (фиг.2е и фиг.2з), фаза перепада на выходе которого определяется моментом совпадения пилообразного напряжения с выхода магниточувствительного датчика 2 (фиг.2в) и опорного напряжения на одном иэ компараторов 3 или 8, устанавливаемых в процессе настройки.
Перепад напряжения с выхода первого элемента ИЛИ 4 поступает на первый вход первого преобразователя 5 фаза-интервал (фиг.1), с выхода которога импульсы поступают на счетный вход первого счетчика 6 (фиг.1). Амплитуда проекции вектора напряженности магнитного поля на ось Y преобразуется в первом преобразователе 5 фаза-интервал (фиг.1) во временной интервал, заполненный счетными импульсами. Начало этого временного интервала определяется моментом совпадения напряжений на одном иэ компараторов 3 или 8 (фиг.1), а конец временного интервала определяется передним фронтом импульса формирователя импульсов 10.
На выходе первого счетчика 6 образуется цифровой код, численно равный синусу угла между вектором напряженности магнитного поля и осью
ОХ и значению ординаты Д Y.
После окончания пилообразного импульса управляемого генератора 1 пилообразного тока запускается формирователь 10 импульсов, передний фронт импульса которого переписывает информацию с первого счетчика 6 в первый регистр 7. Сюда же в мпадший разряд записывается логическая единица с выхода первого триггера 9
l 5050
При прекращении движения цифрового компаса относительно земли или при повороте на месте, с выхода датчика 18 пути импульсов не будет и триггер 19 останется в нулевом состоянии. Тогда через время Тв, определяемое частотой поступления импульсов от датчика пути 18. вычислитель
20 со своего первого выхода принудительно запускает угравляемый генератор 1 пилообразного тока, обнуляет все счетчики и триггеры н цикл пов20 торяется, Вычислитель 20 вычисляет следуюшие функции:
Для определения магнитного курса:
BY (I чегп. )
ЛХ 0
Arctg ---, BY 3 О, dX
Arctg — — + 180, АХ (О, (II и III четв. );
BX BY ОХ 0
+ З60 О О (I . тв )
Ех
90, 1ХО, ВУ> О
270, а Х = О, ДУ (0
О, BX >i О, BY = О ось Х, (2) (4) 1 = ш где
4О (I IV четв.)
Arctg — + 180, 74Х т О (II четв,)
АгсСд 4 " + 360 7 4Х„ О 4 и 4Уе (III четв.)
14у. 24х„с о
ЫХ„ 74Y„< О
90, Е4Х„О, Z О, ЕЬХ„Ъ О, У4У, «О) ось Х q 1< -v l= (s) ось у ось Х (фиг.2л), который запускается перепадом с выхода второго компаратора 8 (фиг.2д), Цифровой код числа BY с выхода первого регистра 7 считывается вычислителем 20. Аналогично работает и канал Х. Датчик 18 пути формирует после каждого отрезка пути импульс, запускающий третий триггер 19, логический уровень которого запускает программу вычислителя 20 (фиг.l, фиг.2п и фиг.2р). Через время dt, определяемое программой, вычислитель 20 с первого выхода выдает импульс, запускающий управляемый генератор 1 пилообразного тока и обнуляющий ьсе счетчики и триггеры. Через время Х„, опрецеляемое длительностью пилообразного импульса генератора 1 пилообразного тока, импульс с выхода формирователя 10 запускает вычислитель 20 для выполнения программы вычислений„ Через Для определения пройденного расстояния: 1, =шп (3) где п — количество отсчетов датчика пути; ш — масштабный коэффициент, зависящий от конструкции датчика пути. Для определения кратчайшего расстояния от исходной точки: 6 время Т, зависящее от времени выполнения программы вычислений вычислителем 20, на индикатор 21 выдаются результаты вычислений со второго выхода вычислителя 20. K d.(д - сумма проекций на ось Ох ;> Йf сумма проекций на ось ох ш — масштабный коэффициент. Для определения направления кратчайшего расстояния от исходной точки: (I четв.) 4у, 4Х О AArrcctg --- в йХ, 4У, О {II и Ш четв,) Arctg „„ + 180, 4Х i O 4Yò (IV четв. ) Arctg — — + 360 4ут 4Х .О 4Х 4У (О 90, 4Н««0,4Y >01 О,4Х >О, 4У,- О) 1515050 Для определения площади по замкнутому контуру: S -! 2 И .. ЬХ.+ —, =) а „„7j, (6) 7 dY сумма предыдущих ординат при наличии путевых координат; ЬХ „„- последующая ордината; дХ, — последующая абсцисса. где Использование цифрового компаса позволяет определять направление движения, кратчайшее и пройденное расстояния от исходной точки и площадь при обходе контуров. Формула и з о б р е т е н и я Цифровой компас, содержащий магниточувствительный датчик, формирователь импульсов, последовательно соединенные элемент ИЛИ, преобразователь фаза-интервал, счетчик, о т — 25 л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей sa счет измерения расстояний и площадей, в него введены управляемый генератор пилообразного тока, четыре компаратора, два регистра, три триггера, последовательно соединенные второй элемент ИЛИ, второй преобразователь фаза-интервал, второй счетчик, а также датчик пути, вычислитель, индикатор, причем выход генератора пилообразного тока соединен с входами магниточувствительного датчика и формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого и второго преобразователей фаза-интервал, с первыми входами вычислителя, первого и второго регистров, выходы которых соединены соответственно с второй и третьей группами входов вычислителя„ первый выход которого соединен с входами управляемого генератора пилообразного тока, с обнуляющими входами первого и второго счетчиков и с обнуляющими входами первого, второго и третьего триггеров, первый выход магниточувствительного датчика соединен с входом первого и второго компараторов, второй выход магниточувствительного датчика соединен с входами третьего и четвертого компараторов, выход первого компаратора соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход второго компаратора соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ и с входом первого триггера, выход которого соединен с вторым входом первого регистра, выход третьего компаратора соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход четвертого компаратора соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и с входом второго триггера, выход которого соединен с вторым входом второго регистра, выходы первого и второго счетчиков соединены соответственно с третьими входами первого и второго регистров, датчик . пути соединен с входом третьего триггера, выход которого соединен с четвертым входом вычислителя, второй выход которого соединен с входом индикатора. > 5! 5050 Редактор А.Ревин Заказ 6215/40 Тираж б83 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Составитель В,Ярыч Техред Л.Олийнык Корректор A-Обручар