Легкая калибровка магнитометра из твердого и мягкого железа: 6 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

Если ваше хобби - дистанционное управление, дроны, робототехника, электроника, дополненная реальность или что-то подобное, то рано или поздно вы столкнетесь с задачей калибровки магнитометра. Любой модуль магнитометра должен быть откалиброван, так как измерение магнитного поля подвержено некоторым искажениям. Есть два вида этих искажений: искажения твердого железа и искажения мягкого железа. Теорию этих искажений вы можете найти здесь. Чтобы получить точные измерения, вам следует откалибровать магнитометр на предмет деформации твердого и мягкого железа. Это руководство описывает простой способ, как это сделать.

Шаг 1. Что вам нужно

Аппаратное обеспечение:

• Модуль магнитометра HMC5883L
• Плата Arduino Mega 2560

* Но вы можете легко адаптировать эту инструкцию для другого модуля магнитометра или платы Arduino.

Программное обеспечение:

• MagMaster
• MagViewer

Прошивка:

Эскиз Arduino

* Этот скетч написан для модуля HMC5883L, но вы можете легко адаптировать его для своего модуля.

Другие:

• Картонная коробка
• Макетная плата
• Провода

Шаг 2: Изготовление калибровочного бокса

Для процесса калибровки необходимо изготовить специальный калибровочный бокс (рисунок 2.1). Для этого я использовал бумажную коробку, но вы можете использовать пластиковую, деревянную планку или что-нибудь еще. Соедините модуль магнитометра с коробкой (например, с помощью клея), как показано на рисунке 2.1. На гранях коробки следует нарисовать систему координат в соответствии с системой координат модуля магнитометра.

Шаг 3: электрическое подключение

Подключите модуль магнитометра и плату Arduino, как показано на рисунке 3.1. Обратите внимание, что напряжение питания модуля магнитометра может составлять 3,3 В (как в моем случае с версией HMC5883L GY-273).

Шаг 4: Установка программного обеспечения и прошивки

Загрузите программное обеспечение и прошивку здесь. В этом архиве находятся файлы:

• MagMaster.exe - программа калибровки магнитометра
• MagViewer.exe - программа визуализации измерений магнитометра
• Arduino_Code - скетч Arduino для процесса калибровки
• Arduino_Test_Results - скетч arduino для тестирования результатов калибровки
• Arduino_Radius_Stabilisation - скетч Arduino для тестирования результатов калибровки с алгоритмом стабилизации радиуса сферы
• Файлы MagMaster и файлы MagViewer - системные файлы для MagMaster.exe и MagViewer.exe.

Скопируйте все эти файлы в любую папку. Загрузите скетч "Arduino_Code" на плату Arduino. Для этого скетча Arduino требуется библиотека HMC5883L, скопируйте папку «HMC5883L» (помещенную в папку «Arduino_Code») в папку «C: / Program Files / Arduino / libraries» перед загрузкой скетча.

Шаг 5: Калибровка

Вступление

Калибровка магнитометра - это процесс получения матрицы преобразования и смещения.

Чтобы получить калиброванные измерения магнитного поля, вы должны использовать эту матрицу преобразования и смещение в своей программе. В своем алгоритме вы должны применить смещение к вектору некалиброванных данных магнитометра (координаты X, Y, Z), а затем умножить матрицу преобразования на этот результирующий вектор (рисунок 5.4). Алгоритм этих вычислений на языке C вы можете найти в набросках «Arduino_Test_Results» и «Arduino_Radius_Stabilization».

Процесс калибровки

Запустите MagMaster.exe и выберите последовательный порт платы Arduino. Зелеными полосками в окне программы показаны координаты вектора магнитометра (рисунок 5.1).

Поместите модуль магнитометра (калибровочная коробка с прикрепленным модулем магнитометра), как показано на рисунке 5.2.1, и нажмите кнопку «Точка 0» в групповом поле «Ось X +». Обратите внимание, что калибровочная коробка не является неподвижной относительно фиксированной горизонтальной плоскости. Затем поместите магнитометр, как показано на рисунке 5.2.2, и нажмите кнопку «Точка 180» группового окна «Ось X +» и так далее. Делать это нужно следующим образом (см. Также рисунок 5.3):

• Рисунок 5.2.1: «Точка 0», «Ось X +»
• Рисунок 5.2.2: «Точка 180», «Ось X +»
• Рисунок 5.2.3: «Точка 0», «Ось X-»
• Рисунок 5.2.4: «Точка 180», «Ось X-»
• Рисунок 5.2.5: «Точка 0», «Ось Y +»
• Рисунок 5.2.6: «Точка 180», «Ось Y +»
• Рисунок 5.2.7: «Точка 0», «Ось Y-»
• Рисунок 5.2.8: «Точка 180», «Ось Y-»
• Рисунок 5.2.9: «Точка 0», «Ось Z +»
• Рисунок 5.2.10: «Точка 180», «Ось Z +»
• Рисунок 5.2.11: «Точка 0», «Ось Z-»
• Рисунок 5.2.12: «Точка 180», «Ось Z-»

Вам следует заполнить таблицу. После этого нажмите «Рассчитать матрицу преобразования и смещение» и получите матрицу преобразования и смещение (рисунок 5.3).

Получены матрица преобразования и смещение! Калибровка завершена!

Шаг 6: Тестирование и визуализация

Визуализация некалиброванных измерений

Загрузите скетч "Arduino_Code" на плату Arduino. Запустите MagViewer.exe, выберите последовательный порт платы arduino (скорость передачи последовательного порта должна быть 9600 бит / с) и нажмите «Запустить MagViewer». Теперь вы можете видеть координаты вектора данных магнитометра в трехмерном пространстве в реальном времени (рисунок 6.1, видео 6.1, 6.2). Эти измерения не откалиброваны.

Визуализация откалиброванных измерений

Отредактируйте эскиз «Arduino_Radius_Stabilization», замените матрицу преобразования по умолчанию и данные смещения вашими данными, полученными во время калибровки (ваша матрица преобразования и смещение). Загрузите скетч "Arduino_Radius_Stabilization" на плату Arduino. Запустите MagViewer.exe, выберите последовательный порт (скорость передачи 9600 бит / с), нажмите «Запустить MagViewer». Теперь вы можете видеть откалиброванные измерения в трехмерном пространстве в реальном времени (рисунок 6.2, видео 6.3, 6.4).

Используя эти эскизы, вы можете легко написать алгоритм для вашего проекта магнитометра с откалиброванными измерениями!