Работа с магнитометром HMC5883L

Сегодня будет описание работы одного очень интересного датчика – магнитометра HMC5883L. Как видно из названия этот датчик измеряет магнитное поле, причем делает это в трех осях. Это дает возможность получать трехмерную картину направленности магнитного поля и его величину. А если проще, то с помощью этого датчика можно собрать свой цифровой компас. Интересно как с ним работать? Тогда читаем дальше!

HMC5883L достаточно распространенный и недорогой датчик, для общения с микроконтроллером используется стандартный I²C интерфейс.

Чип выпускается в крошечном 16-и выводном корпусе LPCC размерами 3х3 мм.

Обозначение выводов:

SCL – вход тактирования шины I2C
VDD – вход для подключения питания (кормится эта козявка напряжением в диапазоне 2,16-3,6 вольт)
не используется
S1 – дополнительное питание для портов ввода/вывода. Подключается напрямую к выводу VDDIO
не используется
не используется
не исползуется
SETP – первый вход для подключения керамического конденсатора на 0,22uF
GND – земля
С1 – еще один вход для подключения конденсатора. Электролитичиского или танталового на 4,7uF (другой конец конденсатора подключается к земле)
GND – земля
SETC – второй вход для подключения керамического конденсатора на 0,22uF
VDDIO – вход для подключения напряжения которое будет на портах ввода/вывода
не используется
Выход прерывания, когда данные готовы на этом выводе появляется логическая 1
SDA – линия данных интерфейса I2C

В общем обвязка у сенсора минимальная, всего два конденсатора. Не считая двух pullup резисторов, необходимых для шины I2C. В простейшем случае, когда порты ввода/вывода запитаны напряжением питания схемы и не используется вывод прерывания, схема подключения будет выглядеть так:

Работа по шине I2C

Как и любое устройство, работающее по интерфейсу I2C, датчик имеет свой собственный уникальный адрес для работы. HMC5883L присвоен адрес 0х1E. С восьмым битом записи/чтения адрес будет 0х3D для чтения и 0х3C для записи.

Карта регистров датчика представлена в таблице ниже:

Как видно, для настройки датчика доступны регистры (это те куда мы можем что-то записать) находящиеся на адресах 00 (configuration register A), 01 (configuration register B) и 02 (mode register).

Configuration Register A (CRA)

Первый из доступных, для настройки датчика, регистров. Каждый бит имеет свое имя, для того чтобы было видно с каким еще битом в регистре он связан (например, биты CRA6 и CRA5 имеют общее имя MA1 и MA0 соответственно, так как отвечают за один и тот же параметр)

CRA7 – зарезервированный бит и пока не используется

CRA6|CRA5 – устанавливают число замеров (семплов) перед выдачей результата измерения.

эти биты могут принимать значения: 00 = 1(Default); 01 = 2; 10 = 4; 11 = 8

Пример: чтобы установить 4 семпла записываем в CRA6 единицу, a в CRA5 ноль.

CRA4|CRA3|CRA2 – устанавливают с какой скоростью будут записываться данные в регистры считывания данных (Data Output Registers).

000 – 0,75 Гц

001 – 1,5 Гц

010 – 3 Гц

011 – 7,5 Гц

100 – 15 Гц (дефолтное значение)

101 – 30 Гц

110 – 75 Гц

111 – зарезервировано

Пример: для того чтобы увеличить скорость записи данных до 75 Гц записываем в CRA4 единицу, в CRA3 единицу, в CRA2 ноль.

CRA1|CRA0 – настраивают тип измерения. Тут какие-то технические заморочки с импедансом в магниторезистивной нагрузке датчика в каждой из осей. Не стал разбираться в деталях, оставил значение регистров по умолчанию (00 – нормальный режим измерения) .

Пример: настроим полностью регистр А, установим количество семплов равным 8 , скорость записи данных 3 Гц, нормальный тип измерения. Для этого мы должны отправить в регистр 8 бит данных, в двоичном представлении это будет: &b01101000.

Configuration Register B (CRB)

В регистре B настраивается чувствительность датчика к магнитному полю. За эти установки отвечают биты CRB7|CRB6|CRB5. Остальные 5 бит не используются, но для корректной работы они должны быть забиты нулями.

Зависимость чувствительности (Lsb/Gauss) датчика от установленных битов CRB7|CRB6|CRB5

000 -1370

001 -1090 (дефолтное значение)

010 – 820

011 – 660

100 – 440

101 – 390

110 – 330

111 – 230

Пример: установим максимальную чувствительность датчика, для этого отправим в регистр B бинарное значение &b00000000

Mode Register (MR)

В последнем оставшемся в нашем распоряжении регистре, настраиваются такие параметры как скорость работы на шине I2C и режим работы датчика.

Высокоскоростной режим работы I2C (3400 кГц) устанавливается записью в бит MR7 единицы.

MD1|MD0 устанавливают режим работы датчика:

00 – режим непрерывного измерения.

01 – режим единичного измерения (в этом режиме датчик работает умолчанию). После измерения и записи результата в регистр вывода данных датчик уходит в режим ожидания (Idle)

10 – погружает датчикв режим ожидания. Потребление в этом режиме падает до 2 мкА

11 – также погружает датчик в режим ожидания.

Пример: установим высокоскоростное соединение датчика с микроконтроллером на скорости 3400кГц и запустим режим непрерывного измерения. Для этого запишем в регистр бинарное значение &b10000000.

Измеренные по трем осям данные забираются из соответствующих регистров, для каждой из осей данные состоят из двух байт – старшего и младшего. Для получения результата их необходимо сложить, но это уже очевидные вещи поэтому приступим непосредственно к коду и железу.

Для того чтобы самостоятельно не паять эту букашку купил на ebay вот такую готовую платку:

Обошлась она мне в 5$ и помимо минимально необходимой обвязки содержит стабилизатор питания и схему преобразователя уровней. Поэтому эту платку можно подключать к 5-и вольтовой схеме без опаски спалить сенсор.

Подключается плата с датчиком напрямую к микроконтроллеру, подтягивающие резисторы ставить не нужно, они уже имеются на плате:

Исходник в Bascom-AVR для работы с датчиком HMC5883L. В программе данные полученные с датчика (значение магнитного поля на каждой из осей и рассчитанный угол относительно севера) отправляются в терминал.

$regfile = “m8def.dat”

$crystal = 8000000

$hwstack = 64

$swstack = 64

$framesize = 150

$baud = 9600

‘переменные и констаннты

Dim Hmc_x As Integer

Dim Hmc_xl As Byte At Hmc_x + 0 Overlay

Dim Hmc_xh As Byte At Hmc_x + 1 Overlay

Dim Hmc_y As Integer

Dim Hmc_yl As Byte At Hmc_y + 0 Overlay

Dim Hmc_yh As Byte At Hmc_y + 1 Overlay

Dim Hmc_z As Integer

Dim Hmc_zl As Byte At Hmc_z + 0 Overlay

Dim Hmc_zh As Byte At Hmc_z + 1 Overlay

Dim X As Single

Dim Y As Single

Dim Z As Single

Dim Angle As Single

Dim Angle_str As String * 6

Const Hmc_w = &H3C ‘адрес датчика + бит записи

Const Hmc_r = &H3D ‘адрес датчика + бит чтения

‘конфигурация I2C

Config Scl = Portc.0 ‘линия тактовых импульсов

Config Sda = Portc.1 ‘линия данных

I2cinit

Gosub Hmc_setup

‘ГЛАВНЫЙ ЦИКЛ

Gosub Hmc_read

X = Hmc_x

Y = Hmc_y

Z = Hmc_z

Angle = Atn2(y , X)

Angle = Angle * 57.2957795 ‘ (180 / 3.141592)

Angle = Angle + 180

Angle_str = Fusing(angle , “#.#”)

Angle_str = Angle_str + “°”

‘выводим данные в терминал

Print “x: ” ; X ; ” “;

Print “y: ” ; Y ; ” “;

Print “z: ” ; Z ; ” “;

Print “Angle: ” ; Angle_str

Print

Waitms 500

Loop

End

‘инициализация магнитометра и его настройка

Hmc_setup:

I2cstart

I2cwbyte Hmc_w

I2cwbyte &H00 ‘записываем с нулевого адреса

I2cwbyte &B01011000 ‘регистр А. 4 сэмпла, 75Гц, нормальный режим

I2cwbyte &H00100000 ‘регистр B.усиление 1090 (по умолчанию)

I2cwbyte &H00000000 ‘устанавливаем режим постоянного измерения

I2cstop

Return

‘чтение данных

Hmc_read:

I2cstart

I2cwbyte Hmc_w

I2cwbyte &H03 ‘начинаем читать данные с регистра хранения данных

I2cstart

I2cwbyte Hmc_r

I2crbyte Hmc_xh , Ack ‘читаем старший байт x

I2crbyte Hmc_xl , Ack ‘читаем младший байт x

I2crbyte Hmc_zh , Ack ‘читаем старший байт z

I2crbyte Hmc_zl , Ack ‘читаем младший байт z

I2crbyte Hmc_yh , Ack ‘читаем старший байт y

I2crbyte Hmc_yl , Nack ‘читаем младший байт y

I2cstop

Return

А так выглядят данные отправленные в терминал

Документация на датчик HMC5883L (PDF)

Взято с: avrproject.ru

схемопедия

Каталог электронных схем

Работа с магнитометром HMC5883L

Написать коментарий