Εύκολη βαθμονόμηση μαγνητόμετρου σκληρού και μαλακού σιδήρου: 6 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Εάν το χόμπι σας είναι το RC, τα drones, η ρομποτική, τα ηλεκτρονικά, η επαυξημένη πραγματικότητα ή παρόμοια, αργά ή γρήγορα θα αντιμετωπίσετε το έργο της βαθμονόμησης μαγνητόμετρου. Οποιαδήποτε μονάδα μαγνητόμετρου πρέπει να βαθμονομηθεί, επειδή η μέτρηση του μαγνητικού πεδίου υπόκειται σε ορισμένες στρεβλώσεις. Υπάρχουν δύο είδη αυτών των στρεβλώσεων: οι στρεβλώσεις του σκληρού σιδήρου και οι παραμορφώσεις του μαλακού σιδήρου. Μπορείτε να βρείτε τη θεωρία σχετικά με αυτές τις στρεβλώσεις εδώ. Για να λάβετε τις ακριβείς μετρήσεις, θα πρέπει να βαθμονομήσετε μαγνητόμετρο για παραμορφώσεις σκληρού και μαλακού σιδήρου. Αυτό το διδακτικό περιγράφει τον εύκολο τρόπο να το κάνουμε.

Βήμα 1: Πράγματα που χρειάζεστε

Σκεύη, εξαρτήματα:

• Μονάδα μαγνητόμετρου HMC5883L
• Arduino Mega 2560 σανίδα

*Αλλά μπορείτε εύκολα να υιοθετήσετε αυτό το οδηγό για μια άλλη μονάδα μαγνητόμετρου ή πίνακα arduino.

Λογισμικό:

• MagMaster
• MagViewer

Υλικολογισμικό:

Σκίτσο Arduino

*Αυτό το σκίτσο είναι γραμμένο για τη μονάδα HMC5883L, αλλά μπορείτε εύκολα να το υιοθετήσετε για τη μονάδα σας.

Οι υπολοιποι:

• Χαρτόκουτο
• Breadboard
• Καλώδια

Βήμα 2: Δημιουργία του κουτιού βαθμονόμησης

Για τη διαδικασία βαθμονόμησης θα πρέπει να φτιάξετε το ειδικό κουτί βαθμονόμησης (εικόνα 2.1). Για να το φτιάξω χρησιμοποίησα ένα χάρτινο κουτί, αλλά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα πλαστικό, μια ξύλινη μπάρα ή κάτι άλλο επίσης. Θα πρέπει να ενώσετε τη μονάδα μαγνητόμετρου με το κουτί (για παράδειγμα με κόλλα) όπως φαίνεται στην εικόνα 2.1. Στις όψεις του κουτιού θα πρέπει να σχεδιάσετε το σύστημα συντεταγμένων σύμφωνα με το σύστημα συντεταγμένων της μονάδας μαγνητόμετρου.

Βήμα 3: Ηλεκτρική σύνδεση

Συνδέστε τη μονάδα μαγνητόμετρου και την πλακέτα arduino όπως φαίνεται στην εικόνα 3.1. Σημειώστε ότι η τάση τροφοδοσίας της μονάδας μαγνητόμετρου μπορεί να είναι 3, 3 V (όπως στην περίπτωσή μου με την έκδοση HMC5883L GY-273).

Βήμα 4: Εγκατάσταση του λογισμικού και του υλικολογισμικού

Κατεβάστε το λογισμικό και το υλικολογισμικό εδώ. Αυτό το αρχείο περιέχει αρχεία:

• MagMaster.exe - το πρόγραμμα βαθμονόμησης μαγνητόμετρου
• MagViewer.exe - το πρόγραμμα απεικόνισης των μετρήσεων μαγνητόμετρου
• Arduino_Code - το σκίτσο arduino για τη διαδικασία βαθμονόμησης
• Arduino_Test_Results - το σκίτσο arduino για τον έλεγχο των αποτελεσμάτων βαθμονόμησης
• Arduino_Radius_Stabilisation - το σκίτσο arduino για δοκιμή αποτελεσμάτων βαθμονόμησης με αλγόριθμο σταθεροποίησης ακτίνας σφαίρας
• Αρχεία MagMaster και αρχεία MagViewer - τα αρχεία συστήματος για MagMaster.exe και MagViewer.exe

Αντιγράψτε όλα αυτά τα αρχεία σε οποιονδήποτε φάκελο. Ανεβάστε το σκίτσο "Arduino_Code" στον πίνακα arduino. Αυτό το σκίτσο arduino απαιτεί τη βιβλιοθήκη HMC5883L, αντιγράψτε το φάκελο "HMC5883L" (τοποθετείται στο φάκελο "Arduino_Code") στο φάκελο "C: / Program Files / Arduino / βιβλιοθήκες" πριν από τη μεταφόρτωση σκίτσου.

Βήμα 5: Βαθμονόμηση

Εισαγωγή

Η βαθμονόμηση του μαγνητόμετρου είναι η διαδικασία λήψης της μήτρας μετασχηματισμού και της μεροληψίας.

Για να λάβετε τις βαθμονομημένες μετρήσεις του μαγνητικού πεδίου, θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε αυτές τις μήτρες μετασχηματισμού και προκατάληψη στο πρόγραμμά σας. Στον αλγόριθμό σας θα πρέπει να εφαρμόσετε την προκατάληψη στο διάνυσμα μη βαθμονομημένων δεδομένων μαγνητόμετρου (συντεταγμένες Χ, Υ, Ζ) και στη συνέχεια να πολλαπλασιάσετε τον πίνακα μετασχηματισμού με αυτό το διάνυσμα που προκύπτει (εικόνα 5.4). Μπορείτε να βρείτε τον αλγόριθμο C αυτών των υπολογισμών στα σκίτσα "Arduino_Test_Results" και "Arduino_Radius_Stabilization".

Διαδικασία βαθμονόμησης

Εκτελέστε το MagMaster.exe και επιλέξτε τη σειριακή θύρα της πλακέτας arduino. Οι πράσινες συμβολοσειρές στο παράθυρο του προγράμματος υποδεικνύουν τις συντεταγμένες του διανύσματος μαγνητόμετρου (εικόνα 5.1).

Τοποθετήστε τη μονάδα μαγνητόμετρου (πλαίσιο βαθμονόμησης με προσαρτημένη μονάδα μαγνητόμετρου) όπως φαίνεται στην εικόνα 5.2.1 και κάντε κλικ στο κουμπί "Σημείο 0" της ομαδοθήκης "Axis X+". Σημειώστε ότι το κουτί βαθμονόμησης δεν είναι ακίνητο σε σχέση με το σταθερό οριζόντιο επίπεδο. Στη συνέχεια, τοποθετήστε το μαγνητόμετρο όπως φαίνεται στην εικόνα 5.2.2 και κάντε κλικ στο κουμπί "Σημείο 180" του ομαδικού πλαισίου "Axis X+" και ούτω καθεξής. Θα πρέπει να το κάνετε με τον ακόλουθο τρόπο (δείτε επίσης την εικόνα 5.3):

• Εικόνα 5.2.1: "Σημείο 0", "Άξονας X+"
• Εικόνα 5.2.2: "Σημείο 180", "Άξονας X+"
• Εικόνα 5.2.3: "Σημείο 0", "Άξονας X-"
• Εικόνα 5.2.4: "Σημείο 180", "Άξονας X-"
• Εικόνα 5.2.5: "Σημείο 0", "Άξονας Υ+"
• Εικόνα 5.2.6: "Σημείο 180", "Άξονας Υ+"
• Εικόνα 5.2.7: "Σημείο 0", "Άξονας Υ-"
• Εικόνα 5.2.8: "Σημείο 180", "Άξονας Υ-"
• Εικόνα 5.2.9: "Σημείο 0", "Άξονας Z+"
• Εικόνα 5.2.10: "Σημείο 180", "Άξονας Z+"
• Εικόνα 5.2.11: "Σημείο 0", "Άξονας Ζ-"
• Εικόνα 5.2.12: "Σημείο 180", "Άξονας Ζ-"

Πρέπει να γεμίσετε τον πίνακα. Στη συνέχεια, κάντε κλικ στην επιλογή "Υπολογισμός μήτρας μετασχηματισμού και μεροληψίας" και λάβετε τη μήτρα μετασχηματισμού και την προκατάληψη (εικόνα 5.3).

Ο πίνακας μετασχηματισμού και η προκατάληψη έχουν γίνει! Η βαθμονόμηση ολοκληρώθηκε!

Βήμα 6: Δοκιμή και οπτικοποίηση

Οπτικοποίηση των μη βαθμονομημένων μετρήσεων

Ανεβάστε το σκίτσο "Arduino_Code" στον πίνακα arduino. Εκτελέστε το MagViewer.exe, επιλέξτε τη σειριακή θύρα της πλακέτας arduino (ο ρυθμός έντασης της σειριακής θύρας πρέπει να είναι 9600 bps) και κάντε κλικ στην επιλογή "Εκτέλεση MagViewer". Τώρα μπορείτε να δείτε τις συντεταγμένες του διανύσματος δεδομένων μαγνητόμετρου σε τρισδιάστατο χώρο σε πραγματικό χρόνο (εικόνα 6.1, βίντεο 6.1, 6.2). Αυτές οι μετρήσεις δεν είναι βαθμονομημένες.

Η βαθμονομημένη απεικόνιση μετρήσεων

Επεξεργαστείτε το σκίτσο "Arduino_Radius_Stabilization", αντικαταστήστε την προεπιλεγμένη μήτρα μετασχηματισμού και δεδομένα πόλωσης με τα δεδομένα που έχετε λάβει κατά τη βαθμονόμηση (μήτρα μετασχηματισμού και προκατάληψη). Ανεβάστε το σκίτσο "Arduino_Radius_Stabilization" στον πίνακα arduino. Εκτελέστε το MagViewer.exe, επιλέξτε σειριακή θύρα (η συχνότητα είναι 9600 bps), κάντε κλικ στην επιλογή "Εκτέλεση MagViewer". Τώρα μπορείτε να δείτε τις βαθμονομημένες μετρήσεις σε τρισδιάστατο χώρο σε πραγματικό χρόνο (εικόνα 6.2, βίντεο 6.3, 6.4).

Χρησιμοποιώντας αυτά τα σκίτσα μπορείτε εύκολα να γράψετε τον αλγόριθμο για το έργο μαγνητόμετρου σας με βαθμονομημένες μετρήσεις!