Calibração fácil do magnetômetro de ferro duro e macio: 6 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Se o seu hobby é RC, drones, robótica, eletrônica, realidade aumentada ou similar, então mais cedo ou mais tarde você se encontrará com a tarefa de calibração do magnetômetro. Qualquer módulo de magnetômetro deve ser calibrado, pois a medição do campo magnético está sujeita a algumas distorções. Existem dois tipos dessas distorções: as distorções do ferro duro e as distorções do ferro macio. A teoria sobre essas distorções você pode encontrar aqui. Para obter medições precisas, você deve calibrar o magnetômetro para distorções de ferro duro e macio. Este instrutível descreve a maneira fácil de fazer isso.

Etapa 1: Coisas que você precisa

Hardware:

• Módulo magnetômetro HMC5883L
• Placa Arduino Mega 2560

* Mas você pode facilmente adotar isso instrutível para outro módulo de magnetômetro ou placa Arduino.

Programas:

• MagMaster
• MagViewer

Firmware:

Arduino Sketch

* Este esboço foi escrito para o módulo HMC5883L, mas você pode adotá-lo facilmente para o seu módulo.

Outros:

• Caixa de papel
• Tábua de pão
• Fios

Etapa 2: Fazendo a caixa de calibração

Para o processo de calibração deve-se fazer a caixa especial de calibração (figura 2.1). Para fazer isso usei uma caixa de papel, mas você pode usar uma de plástico, uma barra de madeira ou outra coisa também. Você deve unir o módulo do magnetômetro com a caixa (por exemplo, com cola) conforme mostrado na figura 2.1. Nas faces da caixa, você deve desenhar o sistema de coordenadas de acordo com o sistema de coordenadas do módulo magnetômetro.

Etapa 3: Conexão Elétrica

Conecte o módulo magnetômetro e a placa arduino conforme mostrado na figura 3.1. Observe que a tensão de alimentação do módulo de magnetômetro pode ser de 3, 3 V (como no meu caso com a versão HMC5883L GY-273).

Etapa 4: Instalando o software e o firmware

Baixe o software e o firmware aqui. Este arquivo contém os arquivos:

• MagMaster.exe - o programa de calibração do magnetômetro
• MagViewer.exe - o programa de visualização de medições de magnetômetro
• Arduino_Code - o esboço do arduino para o processo de calibração
• Arduino_Test_Results - o esboço do arduino para testar os resultados da calibração
• Arduino_Radius_Stabilisation - o esboço do Arduino para testar resultados de calibração com algoritmo de estabilização de raio de esfera
• Arquivos MagMaster e Arquivos MagViewer - os arquivos de sistema para MagMaster.exe e MagViewer.exe

Copie todos esses arquivos para qualquer pasta. Faça upload do esboço "Arduino_Code" para a placa arduino. Este esboço do arduino requer a biblioteca HMC5883L, copie a pasta "HMC5883L" (colocada na pasta "Arduino_Code") para a pasta "C: / Arquivos de programas / Arduino / bibliotecas" antes de fazer o upload do esboço.

Etapa 5: Calibração

Introdução

A calibração do magnetômetro é o processo de obtenção da matriz de transformação e polarização.

Para obter as medições calibradas do campo magnético, você deve usar essas matrizes de transformação e polarização em seu programa. Em seu algoritmo, você deve aplicar a polarização ao vetor de dados do magnetômetro não calibrado (coordenadas X, Y, Z) e, em seguida, multiplicar a matriz de transformação por este vetor resultante (figura 5.4). O algoritmo C desses cálculos você pode encontrar nos esboços "Arduino_Test_Results" e "Arduino_Radius_Stabilization".

Processo de calibração

Execute MagMaster.exe e selecione a porta serial da placa arduino. As cordas verdes na janela do programa indicam as coordenadas do vetor do magnetômetro (figura 5.1).

Coloque o módulo de magnetômetro (caixa de calibração com módulo de magnetômetro conectado) conforme mostrado na figura 5.2.1 e clique no botão "Ponto 0" da caixa de grupo "Eixo X +". Observe que a caixa de calibração não é estacionária em relação ao plano horizontal fixo. Em seguida, posicione o magnetômetro conforme mostrado na figura 5.2.2 e clique no botão "Ponto 180" da caixa de grupo "Eixo X +" e assim por diante. Você deve fazer da seguinte maneira (veja a figura 5.3 também):

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

Você deve preencher a mesa. Depois disso, clique em "Calculate Transformation Matrix and Bias" e obtenha a matriz de transformação e bias (figura 5.3).

A matriz de transformação e o viés são obtidos! A calibração está concluída!

Etapa 6: Teste e Visualização

A visualização de medições não calibradas

Faça upload do esboço "Arduino_Code" para a placa arduino. Execute o MagViewer.exe, selecione a porta serial da placa arduino (a taxa de ruído da porta serial deve ser 9600 bps) e clique em "Executar MagViewer". Agora você pode ver as coordenadas do vetor de dados do magnetômetro no espaço 3D em tempo real (figura 6.1, vídeo 6.1, 6.2). Essas medições não são calibradas.

A visualização das medições calibradas

Edite o esboço "Arduino_Radius_Stabilization", substitua a matriz de transformação padrão e os dados de polarização pelos dados obtidos durante a calibração (sua matriz de transformação e polarização). Faça upload do esboço "Arduino_Radius_Stabilization" para a placa arduino. Execute o MagViewer.exe, selecione a porta serial (a taxa de boud é 9600 bps), clique em "Executar MagViewer". Agora você pode ver as medições calibradas no espaço 3D em tempo real (figura 6.2, vídeo 6.3, 6.4).

Usando esses esboços, você pode escrever facilmente o algoritmo para seu projeto de magnetômetro com medições calibradas!