Makeblcok電子模組手冊 - 電子羅盤模組

Me Compass

1、概 述
電子羅盤模組可以檢測周圍的磁場強度，可應用於使運動的裝置或設備轉動到指定的方向等，比如安裝在小車上，可以控制小車轉動到指定方向或沿著指定方向行走。模組上具有用於校準的按鍵和指示燈，當模組周圍的機械結構或模組的安裝位置（方向）發生改變時，用戶可以通過下載 Makeblock提供的程式並操作按鍵來進行校準，以使得模組在新的環境下能準確測量出角度值。這也是本模組相比于其他商家同類型產品的優勢之一。該本 模組介面是白色色標，說明是I2C通信模式，需要連接到主機板上帶有白色標識的連接埠。
 
2、技術規格
l        工作電壓：5V DC
l        解析度：5 mil gauss
l        磁場動態範圍：±1到±8 gauss
l        電子羅盤精度：可精確到1°到2°
l        信號模式：I2C通信
l        工作溫度：-30到85℃
l        模組尺寸：52 x 24 x 18 mm (長x寬x高)
 
3、功能特性
l        模組的白色區域是與金屬梁接觸的參考區域；
l        模組有兩種工作模式：測量模式→藍燈常亮，校準模式→藍燈閃爍；
l        在通電後第一次使用模組時需要校準模組；
l        具有反接保護，電源反接不會損壞IC。
l        支援Arduino IDE程式設計, 並且提供運行庫來簡化程式設計；
l        支援mBlock圖形化程式設計，適合全年齡用戶；
l        使用RJ25介面連線方便；
l        模組化安裝，相容樂高系列；
l        配有接頭支援絕大多數Arduino系列主控板。
 
4、引腳定義
電子羅盤模組有六個針腳的接頭,每個針腳的功能如下表(表1)：

序號
1
2
3
4
5
​6

引腳
GND
VCC
SDA
SCL
RDY
KEY

             功能  
地線  
電源線  
I2C資料介面  
I2C時鐘介面  
檢測資料是否已採集  
檢測校準按鈕是否按下

                  表1. 6-Pin 接口功能

5、接線方式
l        RJ25連接
由於電子羅盤模組介面是白色色標，當使用RJ25介面時，需要連接到主控板上帶有白色色標的連接埠。以Makeblock Orion為例，可以連接到3，4，6，7，8 號連接埠，如圖(圖1)：

圖1. 電子羅盤模組與 Makeblock Orion連接

l        杜邦線連接
當使用杜邦線連接到Arduino Uno主機板時，模組SCL、SDA引腳需要連接到 I2C介面，即連接到A5、A4介面如下圖(圖2)所示：

圖2. 電子羅盤模組與 Arduino UNO 連接圖

l       Arduino程式設計
如果使用Arduino程式設計，需要調用庫Makeblock-Library-master 來控制電子羅盤模組
本程式通過Arduino程式設計

#include "MeOrion.h"
#include <Wire.h>
#include <SoftwareSerial.h>
MeCompass myCompass(PORT_4);
#define LED_PIN 13
void setup()
{     
Serial.begin(9600);     
Serial.println("Initializing I2C devices...");     
myCompass.init();     
Serial.println("Testing device connections...");     
Serial.println(myCompass.testConnection() ? "HMC5883L connection successful" : "HMC5883L connection failed");
}
void loop()
{     
int16_t head_X, head_Y, head_Z;     
double angle_number = 0;     
​  
  head_X = Compass.getHeadingX();
  head_Y = Compass.getHeadingY();
  head_Z = Compass.getHeadingZ();

angle_number = myCompass.getAngle();     
Serial.println(angle_number, 1);     
delay(500);
}

電子羅盤模組函數功能清單

                                      函數
init(void)
bool testConnection(void)
double getAngle(void)
int16_t getHeadingX(void)
int16_t  getHeadingY(void)
int16_t  getHeadingZ(void)
void  getHeading(int16_t *x, int16_t *y, int16_t *z)

                               功能
電子羅盤初始化函數
模組連接檢測函數
獲取角度測量值
獲取X軸磁場測量值
獲取Y軸磁場測量值
獲取Z軸磁場測量值
同時獲取X、Y、Z軸磁場測量值

​6、注意事項
電子羅盤模組對其周圍磁場的變化比較敏感。模組周圍的機械結構發生變化或改變模組的方向，都有可能使模組周圍的磁場發生改變，從而使模組的測量結果有不同程度的偏差。這時，需要對模組進行校準一下，使得模組在當前的環境能夠準確的測量出角度值。
模組的校準流程如下：
（1）將模組正確連接到Makeblock主控板，接通電源，並下載我們提供的任意一個電子羅盤的常式；
（2）按住模組上的按鍵不放，直到模組上的藍色指示燈不斷地閃爍後，才鬆開按鍵；
（3）在藍色指示燈閃爍的過程中，將模組（連同與其連接的機械結構）在你需要應用電子羅盤的平面上旋轉一周以上，最好能比較平穩地旋轉；
（4）完成旋轉操作後，再按一下模組上的按鍵退出校準流程，模組上的藍色指示燈保持常亮；
備註：
模組有兩種工作模式：測量模式→藍燈常亮， 校準模式→藍燈閃爍；
若模組在當前環境下校準過一次，斷電重啟後不需要再校準；
模組在不需要校準的情況下，請不要按模組上的按鍵，否則會使之前的校準操作無效；
在校準過程中，須將模組（連同與其連接的機械結構）旋轉一周以上，否則會校準無效。
 
7、原理解析
傳統指南針用一根被磁化的磁鍼來感應地球磁場，地球磁場與磁鍼之間的磁力時磁鍼轉動，直至磁鍼的兩端分別指向地球的磁南極與磁北極。電子羅盤也一樣，只不過把磁鍼換成了磁阻感測器，然後將感受到的地磁資訊轉換為數位信號輸出給使用者使用。
三軸電子羅盤由三軸磁阻感測器、雙軸傾角感測器和MCU構成。三軸磁阻感測器用來測量地球磁場，傾角感測器是在磁力儀非水準狀態時進行補償；MCU處理磁力 儀和傾角感測器的信號以及資料輸出和軟鐵、硬鐵補償。三個互相垂直的磁阻感測器，每個軸向上的感測器檢測在該方向上的地磁場強度。感測器產生的模擬輸出信 號進行放大後送入MCU進行處理。