【CurieNano】对于此板指南针的个人研究 DF创客社区

我一直都想把curie的6-axis跟板上的compass融合一下，问题是这个板上的compass太多bug了。所以我把我对此板compass的研究说一下，希望一些想9轴融合的老哥指点指点。
DFRobot的官方放出来的library是给HMC5883L用的，大家用的时候，出来的数字一定基本上是怪怪的，如果我没猜错的话（至少我是这样）。

经过多番研究，我终于发现了一个东西，我的板上的compass有几个小字：M883。然后经过我多番research，在某个网站上看到的是，如果compass上面是M883的是HMC5883（注意没L）, 如果L883的才是HMC5883L （我暂时没法证明这个说法是对还是错，不过我M883的跟着没L的说明书来弄能运行）。

我的板是CurieNano V2.0，所以有这批的老哥想用compass的话请注意你的compass是写着M883还是L883。你们可以下载看看datasheets：

【CurieNano】对于此板指南针的个人研究图2

(1) HMC5883跟HMC5883L的功能差不多，I2C的地址也一样，但是在Configuration Register A（datasheets的p12）的时候有些不一样。话不多说，放图：
【CurieNano】对于此板指南针的个人研究图1

对于HMC5883来说， CRA6跟CRA5需要是0才能正常工作。对于HMC5883L的话，CRA6跟CRA5可以是00，01，10，11 。所以一旦老哥们用的library是setSamples这个东西的，可能会导致HMC5883没L不工作。

(2) 对于Configuration Register B的时候（datasheets的p13），有L跟没L的CRB7 to CRB0位置都一样，但是他们的range跟gain不一样。
但是这个Gain是给人看的，后面校准的时候我会解释为什么这个gain没卵用，我们自己测gain。

（3）对于Mode Register的话（datasheets的p14），两个差不多，一般都是写入0x00（Continuous-Measurement Mode）。HMC5883L的MR7是给High Speed的I2C用的，所以一般都是关掉的，所以一般有L没L都是写入0x00 。

问题分析完了，那么我就开始使用HMC5883没L了。对于这个CRB这个+/-1.9 Gauss这个range，因为我试了0.9跟1.2这两个range，我的板会返回-4096这些奇怪的数字，一看就知道这个不可以用。从1.9以后的range都没有这样的问题。对于这个问题，我暂时无法解释，datasheet 15页说overflow就是 -4096了。作为老哥，我们需要稳住。

我的setup是这样搞：

#include<Wire.h>
const uint8_t HMC5883 = 0x1E;               //有L没L都是这个地址了
uint8_t outputData[6];           //这个一定要是 unsigned的，有LSB会装在里面，这是一个buffer

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  Wire.begin();
  Wire.beginTransmission(HMC5883);
  Wire.write(0x00);       //Configuration Resgister A
  Wire.write(0b00010100); //30HZ
  Wire.endTransmission();

  Wire.beginTransmission(HMC5883);
  Wire.write(0x01);     //Configuration Resgister B
  Wire.write(0b01000000);       // +/- 1.9Ga Range
  Wire.endTransmission();

  Wire.beginTransmission(HMC5883);
  Wire.write(0x02);     //Mode Register
  Wire.write(0x00);     // Continuous-Measurement Mode
  Wire.endTransmission();   
}


void loop() {
  int16_t x,y,z;           //这里不能直接int。一般int是16位的但是intel这个int好像是32位的，所以用int会把MSB的第一个正负号bit变成数字，这里只能short或int16_t 。


  Wire.beginTransmission(HMC5883);
  Wire.write(0x03);         // 从0x03开始读，参考datasheet p11
  Wire.endTransmission();    
  delay(30);
  Wire.requestFrom(HMC5883, 6);


  if(6 <= Wire.available()) // If the number of bytes available for reading be <=6.
    {
        for(int i=0;i<6;i++)
        {
            outputData=Wire.read();  //Store the data in outputData buffer
        }
    }
    Wire.endTransmission();

    //下面这里看p11啦
    x=outputData[0] << 8 | outputData[1]; //Combine MSB and LSB of X Data output register
    z=outputData[2] << 8 | outputData[3]; //Combine MSB and LSB of Z Data output register
    y=outputData[4] << 8 | outputData[5]; //Combine MSB and LSB of Y Data output register


    Serial.print(x);
    Serial.print(" ");
    Serial.print(y);
    Serial.print(" ");
    Serial.println(z);
}
复制代码

上面这个program，我们需要各个方位乱动去尽量把x，y，z的raw data的最大最小拿到（xyz跟你地方的地磁线重叠就可以比较容易拿到，后面会说到不同地方的地磁线）。但是拿到raw data我们怎样用呢。话不多说，先上图：
【CurieNano】对于此板指南针的个人研究图5

这个是compass 的x跟y的plot，如果我plot了z，那么这个就是个球体/椭圆。我们可以看到我这个HMC5883的offset还是比较大的。
那么我们需要做的就是把这个球的圆心放到中间，所以 x_offset = （最大的x+最小的x）/2，y_offset = （最大的y+最小的y）/2，z_offset = （最大的z+最小的z）/2
然后我们把得到的raw data依次减去这些offset就好。

然后我们还需要把这些applied offset的raw data normalized了，因为减去offset以后，这个球/椭圆的圆心在origin了。正常情况下，我xyz轴跟地球磁线正向或反向重叠，我最大x需要跟最大y和最大z是一样得到的数才能说的过去，最小的同理。这些就是我最近一次得到的最大最小xyz （没有减去offset）：

#define MAG0MAX 575
#define MAG0MIN -265

#define MAG1MAX 586
#define MAG1MIN -265

#define MAG2MAX 378
#define MAG2MIN -393
复制代码

可见z的peak-to-peak是771（约等于5883没L的datasheet p13给出的Gain：768），但x跟y的peak-to-peak是800多，所以说datasheet给出的gain没卵用，实际上gain就是xyz三轴的peak-to-peak。所以我要做这样的计算把它们normalize了：

float magOffset[3] = { (MAG0MAX + MAG0MIN) / 2, (MAG1MAX + MAG1MIN) / 2, (MAG2MAX + MAG2MIN) / 2 };
mx = (x-magOffset[0])/(MAG0MAX - MAG0MIN);
my = (y-magOffset[1])/(MAG1MAX - MAG1MIN);
mz = (z-magOffset[2])/(MAG2MAX - MAG2MIN);
复制代码

mx，my，mz就是normalize之后的以gauss为单位的值(这些值不一定是准确的值，但是他们三个是normalize之后的值，就是它们相除的时候会得到准确的比例，yaw就是跟x和y的比例依赖性很高）。

我们得到mx，my，mz，基本上就大功告成啦。

这里要说一下地球的地磁线，因为这东西对compass的影响很大：
【CurieNano】对于此板指南针的个人研究图6

地磁线就是上图那个蓝色的线，Declination只是一个真北跟磁北的区别，我们用compass的原因是我们希望得到一个yaw(heading)的Reference，所以无论是真北或者磁北对heading的References影响不大，因为如果想得到真北，只需要减去declination就好。

但是Inclination对于compass的影响，我可以说是比较大的。因为当compass的Z轴跟这个field正反向重叠的时候，z的值会去到最大或者最小。这个时候x跟y的值会变的很小很小，然后会在0上下浮动。如果x是正，y是负，那么heading就在270-360度之间；如果x是负，y是正，那么heading就是90-180度之间。这就说明指南针失灵了。这个情况就像你在地磁南极或者北极，inclination是+/- 90度，你拿着个指南针平衡于地面，指南针就找不到北了。

Inclination是跟纬度的关系比较大，在赤道，大概是0度，然后广州大概是向下34度。越高纬度越向下。
https://www.ngdc.noaa.gov/geomag-web/#igrfgrid
这个网站能根据你当地的经纬给出declination跟inclination，在magnetic components那里选，然后最后calculate他会给你一个xml文件，里面有D跟I。

在calibration的时候，应该避免compass靠近高电流的电线，因为那个磁场会影响compass的reading。

Last: 对于老哥想用9轴的数据去得到一个很好的AHRS，如果用Madgwick的filter的话，记得把指南针的的坐标跟curie的坐标对齐（mx变成my，my变成-mx），然后在把他们放进 function。
这个是我对curie的Reference Axes的猜测（望老哥指正，curie里面的是BMI160），HMC5883的Reference Axes是对的（根据datasheet）：
【CurieNano】对于此板指南针的个人研究图7

9轴的Madgwick或者是Mahony filter的code我就不放上来了，用update（9个东西）取代 updateIMU（6个东西）。

其实Arduino里面的库可以搜索AHRS，它会显示三个result。三个src我都看过，adafruit那个比较完善，里面有Madgwick跟Mahony，然后这个Mahony还可以设置sample的frequency （在库里直接搜索ahrs得到的mahony不能设置frequency，直接默认512hz）。你们还可以试试两个filter有什么不同。

这个放个code给老哥们得到最大最小的xyz，不要靠近高电流的地方，这个程序会不断记录你知道现在为止最大或最小的xyz：

#include<Wire.h>

const uint8_t HMC5883 = 0x1E;
uint8_t outputData[6];

int16_t maxmagx = 0;
int16_t minmagx = 0;
int16_t maxmagy = 0;
int16_t minmagy = 0;
int16_t maxmagz = 0;
int16_t minmagz = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  Wire.begin();
  Wire.beginTransmission(HMC5883);
  Wire.write(0x00);       //Configuration Resgister A
  Wire.write(0b00010100); //30HZ
  Wire.endTransmission();

  Wire.beginTransmission(HMC5883);
  Wire.write(0x01);
  Wire.write(0b01000000);
  Wire.endTransmission();

  Wire.beginTransmission(HMC5883);
  Wire.write(0x02);
  Wire.write(0x00);
  Wire.endTransmission();   
}

void loop() {
  int16_t x,y,z;


  Wire.beginTransmission(HMC5883);
  Wire.write(0x03);
  Wire.endTransmission();    
  delay(30);
  Wire.requestFrom(HMC5883, 6);


  if(6 <= Wire.available()) // If the number of bytes available for reading be <=6.
    {
        for(int i=0;i<6;i++)
        {
<i style="background-color: initial;">            outputData=Wire.read();  //Store the data in outputData buffer
        }
    }
    Wire.endTransmission();

    x=outputData[0] << 8 | outputData[1]; //Combine MSB and LSB of X Data output register
    z=outputData[2] << 8 | outputData[3]; //Combine MSB and LSB of Z Data output register
    y=outputData[4] << 8 | outputData[5]; //Combine MSB and LSB of Y Data output register

    if (x > maxmagx) maxmagx = x;
    else if (x < minmagx) minmagx = x;

    if (y > maxmagy) maxmagy = y;
    else if (y < minmagy) minmagy = y;

    if (z > maxmagz) maxmagz = z;
    else if (z < minmagz) minmagz = z;

    Serial.print("Orientation: ");
    Serial.print(maxmagx);
    Serial.print(" ");
    Serial.print(minmagx);
    Serial.print(" ");
    Serial.print(maxmagy);
    Serial.print(" ");
    Serial.print(minmagy);
    Serial.print(" ");
    Serial.print(maxmagz);
    Serial.print(" ");
    Serial.println(minmagz);
}</i>
复制代码

我看论坛有个老哥搞蓝牙跟6轴的，然后想搞9轴，我希望我这个文章可以帮到你。对于您抖动的情况，那个setgyrorate跟setAccelxxxxxRate可以把它弄到50，filter.begin(50) 然后下面microsPerReading = 1000000 / 50。如果你想快速roll跟pitch，可以把那个setxxxxrange调高，下图。不过在convertRaw的方程里面你要把相应的数字放进去。

[讨论]【CurieNano】对于此板指南针的个人研究 精华

[讨论] 【CurieNano】对于此板指南针的个人研究

pATAq 版主 来自手机

Lingo 初级技师 楼主|

Lay 学徒 来自手机

硬件清单

楼主的其它帖子

[讨论]【CurieNano】对于此板指南针的个人研究精华

pATAq 版主来自手机

Lingo 初级技师
楼主|

Lay 学徒来自手机