Honeywell AN219 User Manual
Honeywell
应用说明书-AN219
装有 SiRFstar2t GPS 芯片集的
数字式罗盘参考设计
简介
直到最近，将 GPS 芯片与磁传感器结合起来，形成数字罗盘指
向特性还是一个单纯的电路问题。今天引入 SiRFstar2t 数字处
理器集成电路(IC)后，就有可能进行进一步的电路集成。这一
应用说明书介绍了最新的霍尼韦尔磁传感器产品。这些产品结
合 SiRF 技术 SiRFstar2t 构架，创造出基于 GPS 的导航发动机。
当 GPS 系统的信号受到暂时阻碍时，仍能导航甚至定位。
应用
将 GPS 定位与导航结合在一起的两个普遍应用就是行人导航
系统与车辆远程通信系统。行人导航系统用在手持 GPS 接收器
和无线电话中，当 GPS 卫星接收中断时，完成区位服务（LBS）
和室内导航功能。 车辆远程通信系统利用车辆方向和位置信
息等定位信息来获取供方信息。一般来说，确定了目的地的行
车路线图包括诸如当前的天气、施工改道等最新 LBS 信息和到
达时间交通状况预测。
行人导航
行人导航电路主要适用于低压供电电池，体积小，便于安装在
手机。采用 SiRFstar2t 芯片后，线路板上的 14 位 ADC 通道为
磁传感器信号提供了便利的数字插入指向，以发挥其指向和定
位特性。图 1 为行人导航系统的基本方框图。
位于行人导航系统的中心是主微处理机。这一处理器收集 GPS
的经度和纬度，磁传感器矢量幅值，MEMS（微型机电系统）
加速度计矢量幅值和任何系统状态数据。GPS 接收器通常由天
线、射频（RF）前端电路和解调器部分组成，产生航途基准点
数据流和接收器接收状态。大多数接收器使用两个芯片来转换
自几十颗绕地球旋转的 GPS 卫星的 1227.6MHz 信号（L2 下行
线路）。
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三轴磁 MEMS
传感器 加速度计
图 1
行人导航系统
磁传感器的三条轴线将地球的外层磁场分成了 X、Y、
Z 三个矢量分量。这种磁场的三位表示法需要变为二
维，以形成航向罗盘方位（航向=arctan Y/X）。使用
从三轴 MEMS 加速度计输入的螺旋角和滚动角，倾
角补偿 X’,Y’的值可被转化成航向。磁传感器和
MEMS 加速度计的信号，要用特定用途集成电路
（ASICs）进行信号调节，然后再传送到主微处理机。
磁传感器 ASIC 输出通常是 X、Y、Z 磁性测量的模
拟表示，要求高分辨率数字化，以求获取精确航向输
出。为此，10-16 位模拟/数字转换器（ADC）电路或
被装在 GPS 解调器集成电路（IC）上或被装在主微
处理机上。这样，集成度高，而成本低。在这一特定
应用说明书中，SiRFstar2t 解调器集成电路（IC）为
外部传感器信号输入提供两个 14 位输入。在其它无
线电话芯片中，电话的 RF 解调器可以将 GPS 解调器
和传感器 ADC 输入结合起来。
行人导航的另一个方面是 MEMS 加速度计和加速度
计 ASIC 除了罗盘倾角补偿外，还起到另外一个作用，
即计算原始步数的计步器和计算诸如步进和步向的
应用计步器。
虽然计步对于用户健康是很方便的，但是室内导航依
靠的是利用统计学的知识在步速（或走，或跑，或爬
楼梯）的基础上预测步进。GPS 通过 GPS 航图基准
三轴
点对脚步的每一个变化进行积极的远程追踪，然后再进行步进
预测。步向是统计计步数据的一部分，必须要对其进行分类。
前步、后步、侧步以及楼梯步都可能需要用来追踪人每走一步
引起的位置的变化。
由于无线电话可以放在诸如上衣口袋里，腰带上或是放在手提
包里，所以当电话听筒相对于用户的位置发生改变的时候，必
须不断更新步向。每走一步或每跨一步，就会有一个相应的罗
盘针指向。这样一来，从最后一个 GPS 航图基准点中获取的距
离和指向信息，通过室内航位推测法来进行导航。图 2 是典型
的一个行人在室内走动，手机装在上衣口袋里。
前进方向
由于人体是运动的，
所以人每迈一步，并
不能马上显示其方向。
每往前走一步都
可以估测出相应的
跨距和方向（航向）。
室内
室外
最后一个室外 GPS 航图基准点
图 2
室内行人导航
从上面这幅图我们可以看出，每走一步都会引起方向和位置的
变化。简单的运算使用从近来在航图基准点间的户外走动得出
的固定的跨距，更为复杂的运算则跟踪每时每刻的跨步，并根
据慢走、快走和跑步的步速来调整跨距。
车辆远程通信
远程通信将无线通信与导航装置结合起来，为车上司机或乘客
提供关于车辆的位置和方向信息。虽然逐圈地图和导航是“杀手
级应用”，指示方向允许适当的地图定向和额外的出栈进栈数据
流。远程通信出栈数据是司机或乘客需要的前方信息。加油和
饭店位置、旅游景点和网络内容“数据挖掘”等都是数据出栈的
典型例子。
Honeywell
进栈数据是当方向和位置发生变化时，人们自主或不
自主地发送的以地点为基础的内容。当地公司购买液
晶显示屏（LCD）控制板上的空间，刊登区位广告就
是典型的进栈数据。了解到你的前进方向和喜欢的品
牌后，产品和服务提供商就会据此往你的 LCD 上上
传横幅广告。
这些广告为远程通信服务提供商提供资助，从而用户
就可以免费或低价享受车辆远程通信服务。根据从
CAN-bus 上获得的车辆油量指示表的读数，弹出式广
告会登出你最喜欢的燃料品牌服务站（比如 BP 加油
站），告诉你下一个站点的位置和距离并提供当前燃
料价格和待售产品。图 3 是一个典型的远程通信系统
流程图。
地图信息更新
到达时间
交通状况 位置
未来天气情况 (通过 GPS 的 Lat,Long)
产品或服务的数据挖掘
旅游景点
网络权限
区位广告
航向
(通过罗盘的方向) (平台:轿车,卡车等)
图 3
远程通信系统流程图
远程通信方框图与行人导航图几乎相同，唯一的区别
在于，远程通信方框图中加速度计可以去掉，换成一
个或几个车轮转速传感器，用来计算车轮转数，并根
据当前的位置，估测每转一圈的距离。一般来说，
GPS 安装在车上比安装在室内无线电话上效果要好。
但是，茂密的植物、密封的桥梁、隧道和城市环境（高
楼大厦）会阻碍 GPS 信号的接收。
电路设计
谈到电路的细节问题，建议使用 HMC6042 双轴传感
器和 ASIC，以实现远程通信应用中最佳集成。图 4
是基本电路示意图，图中 SiRF GSP2t 跟踪器引擎 IC，
一端与 GRF2i 射频前端 IC 相连，一端与主机(主处
理器)相连。备用 GSP2t ADC 插脚（ADC2 和 ADC3）
与 HMC6042 X 和 Y 轴输出端插脚相连。除了集成电
路封装件以外，还需要两个 2.2 和 0.22 微法拉的低
ESR 陶瓷电容器，以产生置位脉冲和复位脉冲，来带
动传感器上的置位或重置带，进行定期消磁和偏置补
偿。
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