Лесно калибриране на магнитометър с твърд и мек желязо: 6 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Ако вашето хоби е RC, дронове, роботика, електроника, подобряване на реалността или подобно, тогава рано или късно ще се сблъскате със задачата за калибриране на магнитометъра. Всеки магнитометров модул трябва да бъде калибриран, тъй като измерването на магнитното поле е подложено на някои изкривявания. Има два вида тези изкривявания: изкривявания от твърдо желязо и изкривявания от меко желязо. Теорията за тези изкривявания можете да намерите тук. За да получите точните измервания, трябва да калибрирате магнитометъра за изкривявания от твърдо и меко желязо. Тази инструкция описва лесния начин как да го направите.

Стъпка 1: Необходими неща

Хардуер:

• HMC5883L магнитометър модул
• Arduino Mega 2560 платка

*Но можете лесно да приемете тази инструкция за друг магнитометров модул или платка arduino.

Софтуер:

• MagMaster
• MagViewer

Фърмуер:

Скица на Arduino

*Тази скица е написана за модула HMC5883L, но можете лесно да я приемете за вашия модул.

Други:

• Картонена кутия
• Платка
• Проводници

Стъпка 2: Изработка на калибриращата кутия

За процеса на калибриране трябва да направите специалната калибрираща кутия (снимка 2.1). За да направя това, използвах хартиена кутия, но можете да използвате и пластмасова, дървена пръчка или нещо друго. Трябва да свържете модула на магнитометъра с кутията (например с лепило), както е показано на снимката 2.1. На лицата на кутията трябва да нарисувате координатната система според координатната система на модула на магнитометъра.

Стъпка 3: Електрическа връзка

Свържете модула на магнитометъра и платката arduino, както е показано на снимката 3.1. Обърнете внимание, че захранващото напрежение на магнитометърния модул може да бъде 3, 3 V (както в моя случай с версия HMC5883L GY-273).

Стъпка 4: Инсталиране на софтуера и фърмуера

Изтеглете софтуера и фърмуера тук. Този архив съдържа файлове:

• MagMaster.exe - програма за калибриране на магнитометъра
• MagViewer.exe - програма за визуализация на измерванията на магнитометъра
• Arduino_Code - скицата на arduino за процеса на калибриране
• Arduino_Test_Results - скицата на arduino за тестване на резултатите от калибрирането
• Arduino_Radius_Stabilisation - скицата на arduino за тестване на резултатите от калибрирането с алгоритъм за стабилизиране на радиуса на сферата
• MagMaster файлове и MagViewer файлове - системните файлове за MagMaster.exe и MagViewer.exe

Копирайте всички тези файлове във всяка папка. Качете скицата "Arduino_Code" на дъската на arduino. Тази скица на arduino изисква библиотеката HMC5883L, копирайте папката "HMC5883L" (поставена в папката "Arduino_Code") в папката "C: / Program Files / Arduino / libraries" преди качването на скица.

Стъпка 5: Калибриране

Въведение

Калибрирането на магнитометъра е процесът на получаване на трансформационната матрица и отклонение.

За да получите калибрираните измервания на магнитното поле, трябва да използвате тези трансформационни матрици и отклонения във вашата програма. Във вашия алгоритъм трябва да приложите отклонението към вектора на некалибрирани данни от магнитометър (координати X, Y, Z) и след това да умножите трансформационната матрица с този получен вектор (снимка 5.4). Алгоритъмът C на тези изчисления можете да намерите в скици "Arduino_Test_Results" и "Arduino_Radius_Stabilization".

Процес на калибриране

Стартирайте MagMaster.exe и изберете серийния порт на платката arduino. Зелените низове в прозореца на програмата показват координатите на вектора на магнитометъра (снимка 5.1).

Поставете модула на магнитометъра (калибрираща кутия с прикрепен модул на магнитометър), както е показано на снимката 5.2.1 и щракнете върху бутона „Точка 0“на груповата кутия „Ос X+“. Имайте предвид, че калибриращата кутия не е неподвижна спрямо фиксираната хоризонтална равнина. След това поставете магнитометъра, както е показано на снимката 5.2.2 и щракнете върху бутона „Точка 180“на груповата кутия „Ос X+“и така нататък. Трябва да направите по следния начин (вижте и снимка 5.3):

• Снимка 5.2.1: "Точка 0", "Ос X+"
• Снимка 5.2.2: "Точка 180", "Оста X+"
• Снимка 5.2.3: "Точка 0", "Оста X-"
• Снимка 5.2.4: "Точка 180", "Оста X-"
• Снимка 5.2.5: "Точка 0", "Оста Y+"
• Снимка 5.2.6: "Точка 180", "Оста Y+"
• Снимка 5.2.7: "Точка 0", "Оста Y-"
• Снимка 5.2.8: "Точка 180", "Оста Y-"
• Снимка 5.2.9: „Точка 0“, „Ос Z+“
• Снимка 5.2.10: "Точка 180", "Ос Z+"
• Снимка 5.2.11: "Точка 0", "Оста Z-"
• Снимка 5.2.12: "Точка 180", "Оста Z-"

Трябва да попълните таблицата. След това щракнете върху „Изчисляване на трансформационната матрица и отклонение“и получете матрицата на трансформацията и отклонението (снимка 5.3).

Матрицата на трансформация и отклонение са получени! Калибрирането е завършено!

Стъпка 6: Тестване и визуализация

Визуализация на некалибрирани измервания

Качете скицата "Arduino_Code" на дъската на arduino. Стартирайте MagViewer.exe, изберете серийния порт на платката arduino (скоростта на предаване на серийния порт трябва да бъде 9600 bps) и щракнете върху "Run MagViewer". Сега можете да видите координатите на вектора на данните от магнитометъра в 3D пространство в реално време (снимка 6.1, видео 6.1, 6.2). Тези измервания не са калибрирани.

Визуализация на калибрираните измервания

Редактирайте скицата "Arduino_Radius_Stabilization", заменете матрицата за трансформация по подразбиране и данните за отклонение с вашите, получени по време на калибриращите данни (вашата матрица на трансформация и отклонение). Качете скицата "Arduino_Radius_Stabilization" на дъската на arduino. Стартирайте MagViewer.exe, изберете сериен порт (скоростта на предаване е 9600 bps), щракнете върху "Run MagViewer". Сега можете да видите калибрираните измервания в 3D пространство в реално време (снимка 6.2, видео 6.3, 6.4).

С помощта на тези скици можете лесно да напишете алгоритъма за вашия магнитометров проект с калибрирани измервания!