具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

图1是末敏弹线圈-磁阻组合式地磁测姿记录仪的总体设计框图，主要包括传感器模块、电源管理模块5、处理器模块4以及存储器模块6。传感器模块包括线圈式地磁传感器1、磁阻式地磁传感器2以及运算放大器电路3，用于测量末敏弹运动过程中的地磁信息；电源管理模块5包括线性稳压器(LDO)电路、电压转换电路和串联电压基准电路，用于为系统电路提供+3.3V、±5V和+2.5电压源；处理器模块4主要由一个51单片机及其复位电路、USB通信接口电路组成，用于传感器信号的AD采样、与外接Flash存储器进行数据传输以及与PC机进行交互；存储器模块6包括一个非易失型Flash存储器，用于存储微控制器采集的地磁传感器数据。

所述处理器模块包括美国CYGNAL公司生产的C8051F320单片机芯片，所述处理器主要连接通信接口电路、存储器电路以及传感器的运放电路。处理器通过片内AD以一定采样间隔来采集AD转换数据，并以一定时间间隔将数据存储到Flash中；通过USB通讯接口程序与PC机进行交互，PC机使用对应用户软件可以对存储数据进行读取和处理，并将处理后的数据以及标定信息再存储到单片机片内Flash存储器中。

所述USB通讯端口类型采用USB 2.0接口，USB接口程序包括USB驱动程序和USB通讯程序。所述USB驱动程序采用Silicon Laboratories公司提供的USBXpress工具包进行开发，用于PC机对记录仪USB端口的识别，确保USB通讯正常工作。所述USB通讯程序主要包括USB接口初始化程序、USB中断程序以及数据传输程序，用于地磁测姿记录仪与PC机进行信息交互。

图2是所述线圈式地磁传感器1的安装示意图，该地磁传感器由三组线圈组成，分别为A线圈、B线圈和C线圈，三个线圈均由线径为0.8mm的铜漆包线绕制而成。A线圈与末敏弹的弹轴轴线垂直，C线圈与A线圈相互垂直并与末敏弹的弹轴轴线在同一平面内，B线圈与另外两个线圈两两垂直，同时和弹轴轴线在同一平面内。

图3和图4是线性稳压器(LDO)电路，其中图3采用了LM2937IMP-5.0芯片，通过接插件引入外部电压作为输入，输出+5V电压，为地磁传感器、电压转换芯片、运算放大器、串联电压基准芯片以及图4所示LDO提供电压；图4采用了LM2937IMP-3.3芯片，其输入通过两个肖特基二极管分别连接+5V电压以及USB总线电压来实现电源电压选择功能，该芯片输出+3.3V电压，为单片机、复位电路以及存储器芯片提供电压源；图5是电压转换电路，采用了TC7660CPA电压导向芯片，以+5V电压作为输入，为线圈式地磁传感器的运算放大器提供-5V电压；图6是串联基准电路，采用了REF3425芯片，以+5V电压作为输入，为磁阻式地磁传感器的运算放大器提供+2.5的参考电压。

进一步地，所述线性稳压器(LDO)电路包括两个集成芯片U1、U4，三个电容C1、C4、C8，一个电阻R12，两个肖特基二极管D1、D2，所述电容C1的一端与所述集成芯片U1的1号引脚连接，另一端接GND；所述电容C4的正极与所述集成芯片U1的3号引脚连接，负极接GND；所述集成芯片U1的2号引脚和4号引脚接GND；所述肖特基二极管D1的正极接入USB电压，负极与所述集成芯片U4的1号引脚连接；所述肖特基二极管D2的正极接入+5V电压，负极与所述集成芯片U4的1号引脚连接；所述电阻R12的一端与所述肖特基二极管D1的正极连接，另一端接GND；所述电容C8的正极与所述集成芯片U4的3号引脚连接，负极接GND；所述集成芯片U4的2号引脚和4号引脚接GND。所述电压转换电路包括一个集成芯片U7，两个电容C11、C14，所述电容C11的正极与所述集成芯片U7的2号引脚连接，负极与所述集成芯片U4的4号引脚连接；所述电容C14的负极与所述集成芯片U4的5号引脚连接，负极接GND；所述集成芯片U4的3号引脚接GND，8号引脚接入+5V电压。所述串联电压基准电路包括一个集成芯片U8，四个电容C52、C53、C54、C55，所述电容C54、C55的一端与所述集成芯片U8的4号引脚连接，另一端接GND；所述电容C52、C53的一端与所述集成芯片U8的6号引脚连接，另一端接GND；所述集成芯片U8的3号引脚与4号引脚连接，5号引脚与6号引脚连接，1号引脚和2号引脚接GND。

图7是线圈式地磁传感器1的运放电路，每路信号通过两个AD620运算放大器级联来进行放大处理，首先地磁传感器的输出连接到一个运算放大器的正输入端，通过电阻来设置放大增益，放大后的信号作为下一个运算放大器的输入，实现两级放大，最后将输出端连接到处理器的AD采样通道；图8是磁阻式地磁传感器2的运放电路，传感器输出的差分信号分别输入至INA819的正负输入端，运算放大器的输出端连接处理器的AD采样通道。

进一步地，所述AD620运放电路包括两个集成芯片U9和U6，三个电容C13、C10、C16，四个电阻R4、R5、R8、R10，所述电容C13的一端与所述集成芯片U9的2号引脚、GND连接，另一端与所述集成芯片U9的3号引脚、线圈式地磁传感器的输出端连接；所述电阻R10的一端与所述集成芯片U9的1号引脚连接，另一端与所述集成芯片U9的8号引脚连接；所述集成芯片U9的7号引脚接入+5V电压，4号引脚接入-5V电压；所述电容C10的一端与所述集成芯片U9的6号引脚、所述集成芯片U6的3号引脚连接，另一端与所述集成芯片U6的2号引脚、GND连接；所述电阻R5的一端与所述集成芯片U6的1号引脚连接，另一端与所述集成芯片U6的8号引脚连接；所述集成芯片U6的7号引脚接入+5V电压，4号引脚接入-5V电压；所述电阻R8的一端与所述集成芯片U6的6号引脚连接，另一端与所述电容C16的正极连接；所述电阻R4的一端接入+3.3V电压，另一端与所述电容C16的正极连接；所述电容C16的正极与处理器的AD通道引脚连接，负极接GND。所述INA819运放电路包括一个集成芯片U14，一个电阻R16，两个电容C72、C73，所述电阻R16的一端与所述集成芯片U14的2号引脚连接，另一端与所述集成芯片U14的3号引脚连接；所述电容C72的一端接GND，另一端接入+5电压并与所述集成芯片U14的8号引脚连接；所述电容C73的一端接入+2.5V电压并与所述集成芯片U14的6号引脚连接。另一端接GND并与所述集成芯片U14的5号引脚连接；所述集成芯片U14的7号引脚与处理器的AD通道引脚连接。

图9是MCU主程序示意框图，MCU主程序包括实时测量以及数据采集两种工作模式。在实时测量模式中，处理器以一定采样间隔对传感器数据进行采集，并以一定时间间隔将数据存储到Flash中；在数据采集模式中，当记录仪系统与PC机软件建立联接并接收到读取数据命令时，记录仪系统通过USB通信接口程序向PC机软件发送数据。

本发明线圈式地磁传感器测量范围宽、抗干扰能力强，成本低廉并且适用于高速旋转弹中的地磁测量，通过与磁阻式地磁传感器组合设计，解决了线圈式地磁传感器无法在静态环境中工作的问题，同时避免了磁阻传感器容易受干扰的缺点，增强了地磁测姿记录仪的可靠性。

图10是USB通讯接口程序示意图，通过USBXpress开发包中支持C8051F320设备USB通讯的API函数以及相应的固件库文件对USB通讯接口程序进行设计，USB通讯接口程序包括USB通讯程序和USB驱动程序。USB通讯程序包括USB接口初始化程序、USB中断程序以及USB数据传输程序，USB接口初始化程序用于初始化USB端口及其时钟，以及检测PC机发送的指令；USB中断程序用于在记录仪设备发送数据达到规定数量时以及PC机写入数据时触发进入中断服务函数；USB数据传输程序用于PC机读取记录仪测量数据以及保存PC机上用户软件处理后的数据。USB驱动程序由USBXpress开发包提供，通过API函数来调用动态链接库文件来完成通讯程序与驱动程序之间的通信，实现PC机与处理器之间的数据通讯。

以上仅为本发明专利的优选实施例，并不用于限制本发明专利，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明设计构思的前提下，可以对本发明进行若干改进与替换，这些改进与替换均落入本发明保护范围之内。