Magnetometro calibration a forma di calibrazione

Nei telefoni cellulari e in altri dispositivi che utilizzano una bussola elettronica a 3 assi, un movimento a forma di ∞ / 8 / S viene utilizzato per calibrare il magnetometro come mostrato in questi video .

Perché viene eseguito questo movimento, qual è la teoria e qualcuno può dare qualche esempio di codice C per implementarlo?

Devi passare attraverso un'altra mia domanda simile contenente maggiori informazioni.

Alcune informazioni aggiuntive per questa particolare domanda: La piattaforma è AtMega32 a 8 bit, utilizzando AVR Studio 5.

Fino ad ora ho provato: ho provato a dividere la media per 2 dei valori vettoriali del magnetometro creando la forma. Il pensiero potrebbe aiutare nel calcolo degli offset. Penso in qualche modo come le due parti / lati identici della forma stiano cancellando il campo magnetico terrestre e producendo i valori di offset. Potrei sbagliarmi. Ma in particolare per la calibrazione basata sulla forma, questo è dove sono attualmente. Penso che la calibrazione funzioni in questo modo. L'idea è di scoprire che funziona in questo modo?

Ok il codice con cui posso calcolare gli offset e successivamente sottrarre semplicemente quelli dal vettore magnetico 3D Raw. Potrei sbagliarmi totalmente e non avere spiegazioni su come funzioni. Vedendo dopo il video e i dati tracciati sulla sfera, in qualche modo ha accelerato il mio pensiero e ho usato quel pensiero su una forma di equazione. B)

Codice:

Le funzioni Read_accl();e Read_magnato(1);stanno leggendo i dati del sensore. Spero che il codice sia autoesplicativo. Sperando che il saggio ppl lo userà sicuramente in modi molto migliori. : \

void InfinityShapedCallibration()
{
    unsigned char ProcessStarted = 0;
    unsigned long cnt = 0; 

    while (1)
    {

            Read_accl();

            // Keep reading Acc data
            // Detect Horizontal position
            // Detect Upside down position
            // Then detect the Horizontal position again.
            // Meanwhile an infinity shaped movement will be created.
            // Sum up all the data, divide by the count, divide by 2 .
            // !We've offsets.          

                if (ProcessStarted!=3)
                {
                //
                    //USART_Transmit_String("\r");
                    //rprintfFloat(4, g_structAccelerometerData.accx_RAW);
                    //USART_Transmit_String(",");
                    //rprintfFloat(4, g_structAccelerometerData.accy_RAW);
                    //USART_Transmit_String(",");
                    //rprintfFloat(4, g_structAccelerometerData.accz_RAW);

                }


            if (
             abs( g_structAccelerometerData.accx_RAW) < 100 
            && abs(g_structAccelerometerData.accy_RAW) < 100 
            && g_structAccelerometerData.accz_RAW < -350 
            && ProcessStarted != 2 && ProcessStarted != 3 && ProcessStarted != 1 )
            {
                ProcessStarted = 1; 
            }   

            if (ProcessStarted==1)
            { 

            Read_magnato(1);

                structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_X += g_structMegnetometerData.magx_RAW;
                structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_Y += g_structMegnetometerData.magy_RAW;
                structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_Z += g_structMegnetometerData.magz_RAW;

                cnt++;

            }               
                if ( g_structAccelerometerData.accz_RAW > 350 
                && ProcessStarted==1)
                {
                    ProcessStarted = 2; 
                }

                if ( g_structAccelerometerData.accz_RAW < -350 
                && ProcessStarted == 2 )
                {
                    ProcessStarted=3; 
                    structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_X /= cnt;
                    structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_X /= 2;

                    structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_Y /= cnt;
                    structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_Y /= 2;

                    structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_Z /= cnt;
                    structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_Z /= 2;  

                    UpdateOFFSETDATAinEEPROM();  

                    break;

                } 
    }   
} 

Dopo aver ottenuto questi offset li ho usati come segue:

void main()
{
...

Read_magnato(1);
        g_structMegnetometerData.magx_RAW -= structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_X ;
        g_structMegnetometerData.magy_RAW -= structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_Y ;
        g_structMegnetometerData.magz_RAW -= structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_Z ;
...
}

Come ho già detto.

Il modello a forma di 8 / S viene utilizzato per calibrare i magnetometri nei telefoni cellulari e in altri dispositivi.

sfondo

I tipici magnetometri dell'era del telefono cellulare misurano l'intensità del campo magnetico lungo tre assi ortogonali, ad esempio:

$\textbf{m} = m_x\boldsymbol{\hat{\imath}} + m_y\boldsymbol{\hat{\jmath}} + m_z\boldsymbol{\hat{k}}$

Con la grandezza del campo data da,

$\|\textbf{m}\| = \sqrt{m_x^2 +m_y^2 + m_z^2}$

e l'angolo di rotazione di ciascun asse come

$\theta_k = \cos^{-1} \frac{m_k}{ \| \textbf{m} \| }, \text{ where } k \in [x,y,z]$

Calibrazione

Poiché il campo magenetico della terra è relativamente costante, anche l'ampiezza del campo as misurato dal magnetometro dovrebbe essere costante, indipendentemente dall'orientamento del sensore. cioè se si volesse ruotare il sensore attorno e tracciare , m y , m z in 3D, i percorsi dovrebbero tracciare la superficie di una sfera con raggio costante.$m_x$$m_y$$m_z$

Idealmente dovrebbe apparire qualcosa del genere:

Tuttavia a causa di effetti di ferro duro e morbido e altre distorsioni, finisce per apparire come una sfera deformata:

Questo perché l'ampiezza del campo magnetico misurata dal sensore sta cambiando con l'orientamento. Il risultato è che la direzione del campo magnetico quando calcolata secondo le formule precedenti è diversa dalla direzione reale.

La calibrazione deve essere eseguita per regolare ciascuna delle letture dei tre assi in modo tale che l'ampiezza sia costante indipendentemente dall'orientamento: è possibile considerarlo come la sfera deformata deve essere deformata in una sfera perfetta. La nota sull'applicazione LSM303 contiene molte istruzioni dettagliate su come eseguire questa operazione.

E per quanto riguarda il modello di figura 8 !?

L'esecuzione del modello della figura 8 "traccia" parte della sfera deformata sopra. Dalle coordinate ottenute è possibile stimare la deformazione della sfera e ottenere i coefficienti di calibrazione. Un buon modello è quello che traccia attraverso la più ampia gamma di orientamenti e quindi stima la massima deviazione dalla vera magnitudine costante.

Per stimare la forma della sfera deformata, è possibile utilizzare il raccordo ellittico dei minimi quadrati . La nota sull'applicazione LSM303 contiene anche informazioni al riguardo.

Un metodo semplice per una calibrazione di base

Secondo la nota dell'app se non si assume alcuna distorsione del ferro dolce, la sfera deformata non verrà inclinata. Pertanto può essere possibile un metodo semplice per una calibrazione di base:

• Trova il valore massimo e minimo per ciascun asse e ottieni l'intervallo 1/2 e il punto zero

$r_k = \tfrac{1}{2} (\max(m_k) - \min(m_k))$

$z_k = \max(m_k) - r_k$

• Spostare e ridimensionare ogni misura dell'asse

$m_k' = \frac{m_k - z_k}{r_k}$

• $m_k'$

Questo si basa sul codice trovato qui.

Risolvere usando i minimi quadrati

Di seguito è mostrato il codice MATLAB da risolvere usando i minimi quadrati. Il codice assume una variabile in magcui le colonne sono i valori xyz.

H = [mag(:,1), mag(:,2), mag(:,3), - mag(:,2).^2, - mag(:,3).^2, ones(size(mag(:,1)))];
w = mag(:,1).^2;
X = (H'*H)\H'*w;
offX = X(1)/2;
offY = X(2)/(2*X(4));
offZ = X(3)/(2*X(5));
temp = X(6) + offX^2 + X(4)*offY^2 + X(5)*offZ^2;
scaleX = sqrt(temp);
scaleY = sqrt(temp / X(4));
scaleZ= sqrt(temp / X(5));

Per eseguire una calibrazione dinamica della figura 8, è possibile eseguire la routine dei minimi quadrati con ogni nuova lettura e terminare quando si sono stabilizzati i fattori di offset e scala.

Campo magnetico terrestre

Nota, il campo magnetico terrestre di solito non è parallelo alla superficie e potrebbe esserci un grande componente verso il basso.