Facile calibrazione del magnetometro in ferro duro e morbido: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Se il tuo hobby è RC, droni, robotica, elettronica, realtà aumentata o simili, prima o poi ti incontrerai con il compito di calibrazione del magnetometro. Qualsiasi modulo magnetometro deve essere calibrato, perché la misurazione del campo magnetico è soggetta ad alcune distorsioni. Ci sono due tipi di queste distorsioni: le distorsioni del ferro duro e le distorsioni del ferro dolce. La teoria su queste distorsioni la puoi trovare qui. Per ottenere misurazioni accurate è necessario calibrare il magnetometro per le distorsioni del ferro duro e dolce. Questo istruibile descrive il modo semplice per farlo.

Passaggio 1: cose di cui hai bisogno

Hardware:

• Modulo magnetometro HMC5883L
• Scheda Arduino Mega 2560

* Ma puoi facilmente adottare questo istruibile per un altro modulo magnetometro o scheda arduino.

Software:

• MagMaster
• MagViewer

Firmware:

Arduino Sketch

*Questo schizzo è scritto per il modulo HMC5883L, ma puoi facilmente adottarlo per il tuo modulo.

Altri:

• Scatola di carta
• tagliere
• fili

Passaggio 2: creazione della scatola di calibrazione

Per il processo di calibrazione è necessario realizzare l'apposita scatola di calibrazione (figura 2.1). Per fare questo ho usato una scatola di carta, ma puoi usare anche una di plastica, una barra di legno o qualcos'altro. È necessario unire il modulo magnetometro con la scatola (ad esempio con la colla) come mostrato nella figura 2.1. Sulle facce della scatola dovresti disegnare il sistema di coordinate secondo il sistema di coordinate del modulo magnetometro.

Passaggio 3: collegamento elettrico

Collegare il modulo magnetometro e la scheda arduino come mostrato in figura 3.1. Si noti che la tensione di alimentazione del modulo magnetometro può essere 3, 3 V (come nel mio caso con la versione HMC5883L GY-273).

Passaggio 4: installazione del software e del firmware

Scarica il software e il firmware qui. Questo archivio contiene i file:

• MagMaster.exe - il programma di calibrazione del magnetometro
• MagViewer.exe - il programma di visualizzazione delle misure del magnetometro
• Arduino_Code - lo sketch di arduino per il processo di calibrazione
• Arduino_Test_Results - lo sketch di arduino per testare i risultati della calibrazione
• Arduino_Radius_Stabilisation - lo sketch di arduino per testare i risultati della calibrazione con l'algoritmo di stabilizzazione del raggio della sfera
• File MagMaster e File MagViewer: i file di sistema per MagMaster.exe e MagViewer.exe

Copia tutti questi file in qualsiasi cartella. Carica lo schizzo "Arduino_Code" sulla scheda arduino. Questo sketch arduino richiede la libreria HMC5883L, copia la cartella "HMC5883L" (posizionata nella cartella "Arduino_Code") nella cartella "C:\Program Files\Arduino\libraries" prima di caricare lo sketch.

Passaggio 5: calibrazione

introduzione

La calibrazione del magnetometro è il processo per ottenere la matrice di trasformazione e il bias.

Per ottenere le misurazioni calibrate del campo magnetico dovresti usare queste matrici di trasformazione e bias nel tuo programma. Nel tuo algoritmo dovresti applicare il bias al vettore dei dati del magnetometro non calibrato (coordinate X, Y, Z) e quindi moltiplicare la matrice di trasformazione per questo vettore risultante (figura 5.4). L'algoritmo C di questi calcoli si trova negli sketch "Arduino_Test_Results" e "Arduino_Radius_Stabilization".

Processo di calibrazione

Esegui MagMaster.exe e seleziona la porta seriale della scheda arduino. Le stringhe verdi nella finestra del programma indicano le coordinate del vettore magnetometro (figura 5.1).

Posizionare il modulo magnetometro (scatola di calibrazione con modulo magnetometro collegato) come mostrato nella figura 5.2.1 e fare clic sul pulsante "Punto 0" del riquadro "Asse X+". Si noti che la scatola di calibrazione non è stazionaria rispetto al piano orizzontale fisso. Quindi posizionare il magnetometro come mostrato nella figura 5.2.2 e fare clic sul pulsante "Punto 180" del riquadro "Asse X+" e così via. Dovresti fare nel modo seguente (vedi anche la figura 5.3):

• Figura 5.2.1: "Punto 0", "Asse X+"
• Figura 5.2.2: "Punto 180", "Asse X+"
• Figura 5.2.3: "Punto 0", "Asse X-"
• Figura 5.2.4: "Punto 180", "Asse X-"
• Figura 5.2.5: "Punto 0", "Asse Y+"
• Figura 5.2.6: "Punto 180", "Asse Y+"
• Figura 5.2.7: "Punto 0", "Asse Y-"
• Figura 5.2.8: "Punto 180", "Asse Y-"
• Figura 5.2.9: "Punto 0", "Asse Z+"
• Figura 5.2.10: "Punto 180", "Asse Z+"
• Figura 5.2.11: "Punto 0", "Asse Z-"
• Figura 5.2.12: "Punto 180", "Asse Z-"

Dovresti riempire la tabella. Successivamente, fai clic su "Calcola matrice di trasformazione e bias" e ottieni la matrice di trasformazione e il bias (figura 5.3).

La matrice di trasformazione e il pregiudizio sono ottenuti! La calibrazione è completa!

Passaggio 6: test e visualizzazione

La visualizzazione delle misure non calibrate

Carica lo schizzo "Arduino_Code" sulla scheda arduino. Esegui MagViewer.exe, seleziona la porta seriale della scheda arduino (il boud rate della porta seraial dovrebbe essere 9600 bps) e fai clic su "Esegui MagViewer". Ora puoi vedere le coordinate del vettore dati del magnetometro nello spazio 3D in tempo reale (figura 6.1, video 6.1, 6.2). Queste misurazioni non sono calibrate.

La visualizzazione delle misurazioni calibrate

Modifica lo schizzo "Arduino_Radius_Stabilization", sostituisci la matrice di trasformazione predefinita e i dati di bias con i dati ottenuti durante la calibrazione (la tua matrice di trasformazione e bias). Carica lo schizzo "Arduino_Radius_Stabilization" sulla scheda arduino. Esegui MagViewer.exe, seleziona la porta seriale (il boud rate è 9600 bps), fai clic su "Esegui MagViewer". Ora puoi vedere le misurazioni calibrate nello spazio 3D in tempo reale (figura 6.2, video 6.3, 6.4).

Usando questi schizzi puoi facilmente scrivere l'algoritmo per il tuo progetto di magnetometro con misurazioni calibrate!