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HMC5883L电子罗盘/指南针实现附带校准方法（附STM32 源码）

时间：2021-09-16 03:57:32

HMC5883L电子罗盘/指南针实现，附带校准方法（附STM32 源码）

前言一、寄存器详解1.配置寄存器A2.配置寄存器B3.模式寄存器4.数据寄存器5.状态寄存器6.识别寄存器二、使用步骤1.STM32CubeMX设置2.初始化3.读取原始数据三、校准程序四、方位角计算五、测试结果六、总结七、获取工程源码

前言

HMC5883L是一款高集成的弱磁传感器芯片，带有能使罗盘精度控制在1°-2°的模数转换器。其灵敏度较高，开发难度不高。本文内容是将HMC5883L的XY两轴数据转换成指南针方位角，仅在水平面上使用。

一、寄存器详解

此款芯片的寄存器比较少，使用起来很简单。下面来逐一分析各个寄存器功能。

1.配置寄存器A

CRA7 ：清除后才能使用；CRA6 - CRA5 ：采样平均数，默认8次；CRA4 - CRA2 ：输出速率，在连续测量模式下使用，默认15Hz；CRA1 - CRA0 ：设置XYZ轴正偏压或负偏压，默认00即可。

2.配置寄存器B

CRB7 - CRB5：设置增益位，即多大的值为1高斯，默认1090/高斯，见下图；CRB4 - CRB0：清零

3.模式寄存器

4.数据寄存器

每个轴的数据共16位，存储在两个寄存器（高八位MSB，第八位LSB）。只有把所有寄存器都读取完后，才会清除RDY位和DRDY信号。

5.状态寄存器

6.识别寄存器

用来识别装置。

二、使用步骤

1.STM32CubeMX设置

使用一个I2C、UART和一个IO输入，如下图。

2.初始化

根据以上寄存器设置进行初始化。

void hmc5883l_init(){uint8_t data = 0x70;HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,HMC5883L_ADDER,CONFIGURATION_A, 1, &data, 1,1000); //配置寄存器Adata = 0x20;HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,HMC5883L_ADDER,CONFIGURATION_B, 1, &data, 1,1000); //配置寄存器Bdata = 0x0;HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,HMC5883L_ADDER,HMC5883L_MODE, 1, &data, 1,1000); //配置模式寄存器，连续模式}

3.读取原始数据

void hmc5883l_rawread(float *GaX, float *GaY){uint8_t data[6];HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1,HMC5883L_ADDER, 0x03,1,data,6 , 1000); //连续读取int16_t dxra,dyra;dxra = (data[0] << 8) | data[1]; *GaX = (float)dxra /1090;dyra = (data[4] << 8) | data[5]; *GaY = (float)dyra /1090 ;/*dzra = (data[2] << 8) | data[3];float GaZ = (float)dzra /1090 ;*/}

经过旋转一周测试后，发现X轴的测量值范围是 -0.34 ~ 0.30高斯，Y轴的范围是 -0.6 ~0.12 高斯

三、校准程序

通过以上发现传感器测量的数据并不准确，原因是磁阻传感器属于比较精密的器件，在生产时会产生误差，所以需要进行校准。因为最后转换的是角度值，所以将原始数据进行归一化处理，X,Y轴的测量值都转化为 -1~1的范围内。具体步骤如下:上电后大约20s内将传感器缓慢旋转几周，测得最大值和最小值，然后获得校准值。

uint8_t i=0 ;float GaX,GaY,GaXmax=0,GaXmin=0,GaYmax=0,GaYmin=0;while(i != 100){hmc5883l_rawread(&GaX, &GaY);GaXmax = GaXmax < GaX? GaX:GaXmax;GaXmin = GaXmin > GaX? GaX:GaXmin;GaYmax = GaYmax < GaY? GaY:GaYmax;GaYmin = GaYmin > GaY? GaY:GaYmin;HAL_Delay(200);i++;}*Xoffest = (GaXmax+GaXmin)/2;*Yoffest = (GaYmax+GaYmin)/2;*Kx = 2/(GaXmax-GaXmin);*Ky = 2/(GaXmax-GaXmin);

最后由下列式子得到 -1~1 范围内的最终数值

GaX = (rawGaX - Xoffest) * Kx;GaY = (rawGaY - Yoffest) * Ky;

经过校准后输出，X的取值范围是 -0.98 ~ 1.02 ， Y轴取值范围是-1.08 ~ 1.12。（受环境磁场和测量偏离水平面的误差影响），对于特定一个传感器，可在没有环境磁场干扰情况下测定校准数值，直接应用，不必每次上电后进行校准。

四、方位角计算

方位角的计算公式如下：

但由于测试后发现与手机上的指南针不相符，可能是传感器镜像方位的原因，于是自行修改了计算方法，如下（方法可能不准确，仅供参考）：

if((GaX > 0)&&(GaY > 0)) Magangle = atan(GaY/GaX)*57;else if((GaX > 0)&&(GaY < 0)) Magangle = 360+atan(GaY/GaX)*57;else if((GaX == 0)&&(GaY > 0)) Magangle = 90;else if((GaX == 0)&&(GaY < 0)) Magangle = 270;else if(GaX < 0) Magangle = 180+atan(GaY/GaX)*57;