Hittite HMR3000 Service Manual

HMR3000 数字罗盘模块

用户指南

2003 年 9 月

( 注: 本册中文资料仅供参考,如有错误请以英文原版资料为准 )

1. 概述

Honeywell的HMR3000数字罗盘模块使用磁阻传感器和两轴倾斜传感器来提供航向信息。带有电子常平架的
罗盘即使即使倾达40°，也能给出精确的航向。HMR3000内部全部使用表面贴装元件，不含有任何的移动元
件，所以非常可靠和坚固。这个低功耗、小体积的装置带有非铁磁性金属外壳，便于安装固定在任何一个平
台上。

HMR3000便于使用，极其多样化。允许用户对罗盘的输出进行组态，包括六种NMEA标准信息的组合，改变
磁场计的测量参数以适应不同应用的需要等。

完善的罗盘自动标定程序将修正平台的磁影响。磁场计的宽动态范围 ( ±1G 或 100µT)允许
HMR3000工作在当地较大的磁场下。

2. 开始了解HMR3000

2.1 辨别产品

HMR3000罗盘模块有三种不同的选型:

(1) 带有RS232或RS485接口的电路板
(2) 带有RS232或RS485接口，带有外壳的罗盘模块
(3) 演示装置（只有RS232接口）

在选型(1)中，接口型式清楚地标在线路板上，在选型(2)中，清楚地标在产品标签上。
选型(3)只有RS232接口。

2.2 安装

“”对于演示装置，接口和电源电缆包括在其中（参见 电连接 一节）

对于其它的HMR3000选型，用户自己应按照下表制作带有标准9针母接头电缆。电源只接到第9针或第8针上
。对于多数应用，连接好表 1中所列出的几个管脚就可以了，而第1、4、6和7 针
在HMR3000的工作中执行特定的功能，平时应保持其开路（维持逻辑高电平）

名称 In / Out 针号 说明

TxD/A Out 2 RS232发送 / RS485发送-接收信号
RxD/B In 3 RS232接收 / RS485发送-接收返回

GND In 5 电源和信号的公共地

6 - 15V In 9 未稳压的电源输入

5V In 8 经过稳压的电源输入

HMR3000在平常操作时的管脚定义

注意：在8脚上加的电压不要超过+5.5V，以免对元件造成损坏。

2.3 电连接

HMR3000到计算机RS232口的连接图

未稳压的电源输入

稳压的电源输入

2.4 通讯 - RS232选项

HMR3000与外部的主机通过RS232或RS485的标准，使用简单的ASCII指令字符串进行通讯。主机可通过这
些指令直接操作HMR3000。选择RS232通讯方式，有一个对用户友好的图形接口软件，可用于对罗盘进行直
接操作。

RS232选项

连同罗盘模块提供给客户一套PC演示接口软件，客户可以通过RS232口对HMR3000进行组态。这个软件适
用于与IBM PC兼容的计算机，带有MS Windows 3.11, Windows 95或Windows

97。允许HMR3000和PC机之间通讯，对HMR3000 P组态，接收罗盘的输出，记录和获得罗盘的信息。这个
C演示接口软件还可以演示输入/输出的选项，是学习了解HMR3000 .的重要的工具

2.5 得到HMR3000的输出的数据

当电源和接口电缆连接好，软件在PC机中安装好以后，便可以开始从HMR3000获取罗盘数据了。

在PC演示软件的窗口下双击图标，选择相应的COM口和19200 . (波特率 工厂设定为19200).

,,在屏幕上将会出现信息块 表明微程序语言的版本 出现这一信息块表明安装和连接正确。

在PC演示界面下激活 " Tune Parameters " 的菜单,(从parameter 菜单或使用Tune 按钮).

罗盘处于RUN模式下(连续输出), (没有信号传出 所有输出句子的输出速率在出厂时设置为0).
设定HPR句子的输出速率为825(Tune Page \ Serial Output),现在罗盘可以按每分钟825条句子

的速率输出航向、俯仰和横滚数据。

激活 Display \ View 界面，Display \ Monitor NMEA Sentences 界面来看输出。

Diagnostics \ View Log 是另一种检查罗盘数据的选择。注意要使" Log all messages “ 选择被
激活(在Diagnostics \ Options 菜单中的logging ).一页

注：为使 View \ Interface被激活，应选择一个非零的HPR 信息速率。罗盘显示航向和倾斜的
信息需要快速的处理器（Pentium），以便足够快地响应罗盘的输出。速度较慢的计算机会在罗盘输出和显示
间有较长的延时。所有被选择的NMEA信息将在" Display \ Monitor NMEA Sentences "中被更新。

HMR3000的输出可以被改变为包括所有六个NMEA句子或六个句子中的任意部分，每个句子可有自己的速率
。用户可以使用"Capture Mode "来捕获一段信息到某一文件中，( Diagnostics \ Options ) 菜单
用户还可以通过PC演示界面软件修改HMR3000的测量参数。

2.6 HMR3000的组态

下面是一些可以在安装时和经常地访问的基本参数。控制磁场计操作、航向输出和报警阈值等的高级参数将
在”组态参数”(Configuration Parameters section)一节中叙述。

2.7 使用PC演示界面

激活 Tune Parameters 的按钮进行组态. (下表为安装时和经常访问的参数)
功能 参数 / 说明 位于 范围

磁偏角

Declination

磁偏角
磁北和地理北的夹角。在磁航向

General page ± 0 - 180 °

± 0 - 3200 mils

上加上磁偏角得到航向真值

输出信息和速率

Output Message
and Rate

Data Filters
航向输出

Heading Output

偏向角
Deviation

HDG，HDT，XDR，HPR，RCD，
CCD的NMEA句子输出速率(单位是每
分钟句子数目)

TC1和TC2
用于IIR 1 2滤波器 和 的连续的时间常数
L和S

非线性滤波器的平滑系数

偏向角
罗盘的正向方向和平台的正向方向的

Serial Output page 没有或所有

0 - 1200 / min

数据滤波器

0 - 255
1 = 72 ms

0<S<1
L = 整数 >1
L = 0 表示不执行
L < 256

General page ± 0 - 180 °

± 0 - 3200 mils

夹角。在罗盘的指向上加上偏向角得
到平台的指向

2.8 通讯 - RS485选项

D

V

带有RS485接口的HMR3000 .的操作和组态通过主机的直接命令输入来完成 图2为HMR3000和计算机的连接
图。

HMR3000罗盘模块的RS485接口为半双工，即发射和接收电路使用同一对传输线。HMR3000必须禁止它的
发射器允许接收来自主机的字符。如果罗盘工作在" Run" , ,的模式下 例如产生重复 的输出 那么" Run / Stop
"(6) (“的插脚 第 号插脚 在主机试图发送命令前应强制其为低电平 见 ” )硬件 中断 一节的叙述 。

当在你的运载工具或平台上安装HMR3000时，为获得最佳特性，需遵守下列规则：

位置： HMR3000 .使 尽可能远离任何可能产生磁场的地点和铁磁性的金属物体 HMR3000内部的磁传感器具有
较大的磁场范围( ± 1G 或 ± 100 µT ),而地球最大的磁场为0.65G( 65uT),所以在大

对交流或直流电流产生的变化的磁场进行补偿。

水平：HMR3000 , ,带有电子常平架 所以不需使罗盘完全水平 但是为获得最大的倾斜变化范围，当运载工具或

向转化为运载工具或平台的磁方向或真值方向。

ROP句子，如果磁场状态指示 或 ，则降低磁场计增益。见HPR信息的叙述和磁场计报警和警告阈值的说明。

例子： HPR输出带有磁场报警或警告条件
$PTNTHPR,218.7,N.P.1.5,N,0.8,N ** hh <cr><lf> N表明正常状态

$PTNTHPR,218.7,O.1.5,N,0.8,N ** hh <cr><lf> O表明磁场值高位警告(High warning)
$PTNTHPR,P.1.5,N,0.8,N ** hh <cr><lf> P表明磁场值高位报警(High alarm)

所有的磁罗盘必须标定，来补偿地磁场外的其它磁场，以获得精确的航向。地磁场外的磁场是由主平台产生
的，因此与罗盘的安装位置有关。通过执行一个简单的程序，HMR3000可以补偿
诸如硬铁磁场的静态环境磁场，经标定程序发现的磁场分量对于罗盘的特定的位置和方向是有效的。如果罗
盘改变了安装位置或平台的磁特性发生了变化，罗盘需重新标定，否则会产生航向误差。

罗盘的标定是依照制造厂商规定的标定步骤来完成的。在这一过程中罗盘为补偿算法收集数据。这一标定过
程的目的是对于主平台系统在许多可能的方向下的磁场分量进行采样。将主平台系统旋转360度或使其行驶一
个圆圈(如果主平台是车辆的话),,可使罗盘对它所在的磁场环境进行采样。

RS-232

TD
RD
GD

图 2 RS485 和计算机的连接

2.9 安装

: 方向 罗盘的正向可以和平台的正向成任意夹角。使用偏向角( Deviation ) 参数将罗盘的磁方

2.10

标定

RS-232 to RS-485
B&B Electronics #485TBLE

SD
Control
Echo off

2 RD
3 TD
7 GD

VAC

,多数平台上传感器不会饱和 罗盘内部的标定和补偿程序可以有效地补偿附加在地磁场上的静态磁场，但不能

,平台处于正常工作位置时 罗盘应安装成水平状态。

: HMR3000调节磁场计的增益 用户可以调节 的磁场计增 ,HP益 以便在安装时获得最优的特性，对罗盘组态输出

Shield 1
TD(A) 2
TD(B) 3
RD(A) 4
RD(B) 5
GND 6
+12V 7

+12VDC

RS-485

(B) 2
(A) 3

GND 5
Pwr 9

DB9 socket
connector

RS-485

GND
+12

HMR3000的标定既可以使用插入的标定方法（Built-in Calibration Method ），也可以使
用PC演示软件，两者标定的结果是一样的。

插入的标定方法 ( Built-in Calibration Method , 这种方法用于当硬铁磁场较小时)

这一方法使用迭代的过程来计算硬铁偏置.通常情况下275次迭代可以得出满意的结果.标定的过程一直继续直
到达到这一迭代次数.将HMR3000置于标定模式下
(发给命令:#F33.4=0*51<CR><lf> )
缓慢地转动平台两周，在平台允许范围内尽可能多地变化俯仰和横滚角度.通常这一过程需进行2分钟.
通过命令 #I26C?*31<CR><lf> 来检查迭代次数.HMR3000将回答 #nnnn*hh<CR><lf>
信息，其中nnnn为迭代次数. 如果该值小于275，继续进行标定过程直到该值达到275为止。
在这一过程的最后发出指令 ( #F2FE.2=1*67<CR><lf> ) 将结果存于EEPROM中. 将罗盘返回操作模式.
（发给指令： #F33.4=1*50<CR><lf>）

PC演示软件界面的方法 PC Demo Interface Software Method
三维标定 3D Calibration：

当硬铁磁场较大时，建议使用这一方法。PC演示界面将在标定过程中收集磁场矢量信息并进行分析，以找出
硬铁偏置量。

在PC演示软件下，进入Diagnostics ，然后进入 Perform 3D Calibration 菜单.

在Hard Iron一页,激活"Read Data",可看见"Total Valid Readings"(收集的数据点的个数) 在上升。

如果没有,可退出 Calibration一页,转到 Diagnotics \ Options \ Calibration,选择 "Real Time Data from Unit "

缓慢地转动平台两周，在平台允许范围内尽可能多地变化俯仰和横滚角度。通常这一过程需进行2分钟。

在这一过程的最后，点击" Stop" “和 Compute”,一旦计算结束,点击"Apply"将硬铁偏置数据存入罗盘。

如果在标定过程中没有进行足够的倾斜的变化，对于Zoffset的计算可能不可靠。这时Zoffset将显示为红字,并
且相应的检查框内是空的。用户可以检查这个框内的值。

Z轴参考方法 (Z Reference Method):

在某些应用中倾斜主平台是不可能的，通过使用Z轴参考方法可以大致估计出Zoffset的值。这一方法是直接比
较无干扰点的地磁场Z轴分量和主平台的Z轴分量。

这一过程包括两步：

步骤1: 在标定点附近收集Z轴参考值，远离大的钢铁物体。
激活 Diagnostics \ Capture \ Clear Z Reference
点击 Read Data
保持罗盘大致水平,在获得10至20个读数后点击Stop “，再点击 Apply"，将新的Z轴参考值存入EEPROM。

步骤2: 将罗盘安装到主平台上，进行普通的三维标定(如前所述). Z轴磁场的偏置值将被计算出来，最接近
的值下面会用一个交叉的符号表示出来。

标定的质量(Goodness of Calibration)

在每次标定结束时，PC演示软件将会计算和报告出一个变化的数字，这个数字越小表明标定的质量越高。如
果这个数字大于40，表明需要重新选择罗盘的安装位置。

3. HMR3000操作详述

3.1 概述

HMR3000由三轴磁阻传感器和一个充有液体的两轴倾斜传感器组成。产生倾斜补偿的航向数据。单片机控制
传感器的测量时序，所有控制HMR3000操作的参数存储在EEPROM中。HMR3000输出句子的格式符合航海
通讯的NMEA 0813标准。HMR3000有四种操作模式：