Магнитометр / компас: инструкция, схемы и примеры использования

Используйте магнитометр для определения углов между собственными осями сенсора X, Y, Z и силовыми линиями магнитного поля Земли. Отсюда второе имя модуля — электронный компас для определения азимута.

Магнитометр в обзоре IMU-модуля.

В качестве мозга для считывания показаний с датчика рассмотрим платформу из серии Arduino, например, Uno.

На аппаратном уровне инерционный модуль общается с управляющей электроникой по шине I²C. Но не переживайте о битах и байтах: используйте библиотеку TroykaIMU и на выходе получите готовы данные.

Подключите магнитометр к пинам питания и шины I²C — SDA и SCL платформы Arduino Uno. Для коммуникации используйте соединительные провода «мама-папа».

Для быстрой сборки и отладки устройства возьмите плату расширения Troyka Shield, которая одевается сверху на Arduino Uno методом бутерброда. Для коммуникации используйте трёхпроводной шлейф «мама-мама», который идёт в комплекте с датчиком.

С Troyka Slot Shield провода не понадобятся вовсе.

В качестве примера выведем в Serial-порт значения напряженности магнитного поля по осям X, Y, Z.

magnetometer-read-data.ino

// Библиотека для работы с модулями IMU
#include <TroykaIMU.h>
 
// Создаём объект для работы с магнитометром/компасом
Compass compass;
 
void setup() {
    // Открываем последовательный порт
    Serial.begin(9600);
    // Выводим сообщение о начале инициализации
    Serial.println("Compass begin");
    // Инициализируем компас
    compass.begin();
    // Выводим сообщение об удачной инициализации
    Serial.println("Initialization completed");
}
 
void loop() {
    // Выводим напряженность магнитного поля в Гауссах по оси X
    Serial.print(compass.readMagneticGaussX());
    Serial.print("\t\t");
    // Выводим напряженность магнитного поля в Гауссах по оси Y
    Serial.print(compass.readMagneticGaussY());
    Serial.print("\t\t");
    // Выводим напряженность магнитного поля в Гауссах по оси Z
    Serial.print(compass.readMagneticGaussZ());
    Serial.println();
    delay(100);
}

В качестве мозга для считывания показаний с датчика рассмотрим платформы из серии Espruino, например, Iskra JS.

Подключите магнитометр к пинам питания и шины I²C — SDA и SCL платформы Iskra JS. Для коммуникации используйте соединительные провода «мама-папа».

Для быстрой сборки и отладки устройства возьмите плату расширения Troyka Shield, которая одевается сверху на Iskra JS методом бутерброда. Для коммуникации используйте трёхпроводной шлейф «мама-мама», который идёт в комплекте с датчиком. </WRAP>

С Troyka Slot Shield провода не понадобятся вовсе.

В качестве примера выведем в консоль значения азимута.

magnetometer-compass-read-data.js

В качестве мозга для считывания показаний с датчика рассмотрим одноплатные компьютеры Raspberry Pi, например, Raspberry Pi 4.

Подключите магнитометр к пинам SDA и SCL шины I²C компьютера Raspberry Pi.

Для быстрой сборки и отладки устройства возьмите плату расширения Troyka Cap, которая надевается сверху на малину методом бутерброда.

1. Подготовь Raspberry Pi
2. Включите шину I²C

А написать пример кода для Raspberry Pi оставим вам домашним заданием.

Магнитометр выполнен на чипе LIS3MDL и представляет собой миниатюрный датчик магнитного поля в трёхмерном пространстве, разработанный по технологии MEMS от компании STMicroelectronics. Адрес устройства по умолчанию равен 0x1С, но может быть изменен на 0x1E. Подробности читайте в разделе смена адреса модуля.

Линейный понижающий регулятор напряжения NCP698SQ33T1G обеспечивает питание MEMS-чипа и других компонентов сенсора. Диапазон входного напряжения от 3,3 до 5 вольт. Выходное напряжение 3,3 В с максимальным выходным током 150 мА.

Преобразователь логических уровней PCA9306DCT необходим для сопряжения датчика с разными напряжениями логических уровней от 3,3 до 5 вольт. Другими словами сенсор совместим как с 3,3 вольтовыми платами, например, Raspberry Pi, так и с 5 вольтовыми — Arduino Uno.

Датчик подключается к управляющей электронике через две группы Troyka-контактов:

• Питание (V) — соедините с рабочим напряжением микроконтроллера.
• Земля (G) — соедините с землёй микроконтроллера.
• Сигнальный (D) — пин данных шины I²C. Подключите к пину SDA микроконтроллера.
• Сигнальный (C) — пин тактирования шины I²C. Подключите к пину SCL микроконтроллера.

Иногда в проекте необходимо использовать несколько магнитометров. Для этого на модуле предусмотрены контактная площадка. Для смена адреса капните каплей припоя на отведённую контактную площадку.

• MEMS-датчик: магнитометр LIS3MDL
• Интерфейс: I²C
• I²C-адрес:
  • без перемычки: 0x1C
  • с перемычкой: 0x1E
• Максимальная чувствительность: 1,46×10-4 Гс
• Диапазон измерений: ±4/ ±8/ ±12/ ±16 Гс
• Напряжение питания: 3,3–5 В
• Потребляемый ток: до 10 мА
• Размеры: 25,4×25,4×10,1 мм

• Магнитометр в магазине
• Векторное изображение датчика
• Калибровка компаса
• Библиотека для Arduino
• Datasheet на магнитометр ST LIS3MDL