آموزش راه اندازی ماژول قطب نما با نمایشگر OLED برد آردوینو

در پست‌های قبلی به آموزش راه‌‌اندازی ماژول قطب‌نمای HMC5883 gy-271 به همراه نمایش آن بر روی LCD کاراکتری با استفاه از کتابخانه Adafruit_HMC5883_Unifiedپرداختیم. در این قسمت  به آموزش راه‌اندازی ماژول HMC5883 gy-271 با استفاده از کتابخانه compass به همراه نمایش جهت ناوربری بر روی OLED  می‌پردازیم. در ادامه با مرجع تخصصی آردوینو ، دیجی اسپارک همراه باشید.gy271 HMC8358  یک قطب نمای سه محوره دیجیتال است که میتواند شدت میدان مغناطیسی را تا ۸+/- گائوس با دقت ۵ میلی گائوس اندازه گیری کند. توسط ماژول HMC5883 میتوان زاویه خود را نسبت به محور ها با دقت ۱ الی ۲ درجه محاسبه نمود. از ماژول HMC5883 GY271 میتوان در سیستم ناوبری اتوماتیک ، سیستم های جهت یابی ربات استفاده نمود .

ماژول HMC5883 gy-271

ماژول HMC5883 یک سنسور قطب‌نما ۳ محوره (۳-axis magnetometer) است که برای اندازه‌گیری شدت میدان مغناطیسی در سه جهت مختصاتی (شمال-جنوب، شرق-غرب و بالا-پایین) استفاده می‌شود. این ماژول از یک تراشه‌ی حسگری با نام Honeywell HMC5883 استفاده می‌کند که از ماهواره‌های مصنوعی و سایر سیستم‌های موقعیت‌یابی مانند GPS و GLONASS برای تعیین جهت استفاده می‌شود. این ماژول با کمک تراشه‌ها و مدارات مجتمع دیگر کنترل و ارتباط با میکروکنترلرها و سیستم‌های دیگر را آسان می‌کند.با استفاده از ماژول HMC5883 یا GY-271، می‌توانید جهت‌یابی و اندازه‌گیری جهت با دقت بالا را در پروژه‌های مختلفی مانند رباتیک، هواپیماهای بدون سرنشین (درون)، ردیابی جهت و غیره به‌کار ببرید. این ماژول‌ها به عنوان یکی از عناصر مهم در ردیابی مسیر و جهت‌یابی در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مشخصات ماژول قطب‌نمایgy-271

مشخصات فنی ماژول HMC5883 (GY-271) به شرح زیر است:

• نوع سنسور: Magnetometer (قطب‌نما) ۳ محوره
• تراشه‌ی سنسور: Honeywell HMC5883
• ولتاژ کاری: ۳٫۳ ولت یا ۵ ولت (قابل تنظیم)
• رابط ارتباطی: I2C (TWI)
• دقت اندازه‌گیری: ۱٫۰ میلی‌تسلا (mT) یا ۰٫۱ گوس (Gauss)
• محدوده‌ی اندازه‌گیری: ±۱٫۳ تسلا تا ±۸٫۱ تسلا (به طور پیش‌فرض ±۱٫۳ تسلا)
• قابلیت کالیبراسیون دیجیتال
• دمای کاری: -۴۰ درجه سانتی‌گراد تا +۸۵ درجه سانتی‌گراد
• سرعت انتقال داده‌ها در رابط I2C: حداکثر ۴۰۰ کیلوهرتز
• واحد اندازه‌گیری: تسلا (Tesla) یا گوس (Gauss)
• اندازه‌ی ماژول: ۱۴٫۵ میلی‌متر در ۱۸٫۵ میلی‌متر
• سیستم‌عامل‌های پشتیبانی‌شده: اندروید، آردوینو، رزبری‌پای و سیستم‌های دیگر با اتصال I2C

• پروتکل ارتباطی I2C
• دارای دقت ۱ تا ۲ درجه
• ADC داخلی ۱۲ بیتی
• دیتاریت ۱۶۰ هرتز
• اندازه گیری ۸ تا ۸- شدت میدان مغناطیسی

سخت‌افزار مورد نیاز

آردوینو Uno

ماژول قطب نمای HMC5883 gy 271

ماژول OLED I2C

روش تست و راه اندازی HMC5883

برای نمایش جهت ناوبری از ماژول OLED I2C استفاده شده است که آموزش‌ها و کتابخانه آن در لینک زیر موجود می‌باشد:

آموزش  ماژول نمایشگر OLED I2C در آردوینو بخش اول

در این آموزش از کتابخانه compass استفاده شده است که می‌توایند آن را از لینک زیر دانلود نمایید.

دانلود کتابخانه compass.h

توسط این کتابخانه می‌توان زوایه‌ی هر محور را نسبت به قطب شمال جغرافیایی اندازه‌گیری نمود.شمال جغرافیایی جهت قطب شمال جغرافیایی محلی است که محور گردش زمین سطح آن‌را قطع می‌کند. هر نقطه‌ای در سطح زمین که امتداد مستقیم آن به قطب شمال جغرافیایی برسد، شمال جغرافیایی یا شمال حقیقی یا شمال واقعی نامیده می‌شود. همه خطوط طول جغرافیایی، خطوط شمال واقعی هستند.شمال جغرافیایی در مقابل قطب مغناطیسی شمال به‌کار می‌رود. بنابراین شمال حقیقی زمین از جهتی که قطب‌نماهای معمولی نشان می‌دهند، مقداری فاصله دارد.زاویه بین شمال حقیقی و شمال مغناطیسی، «میل مغناطیسی» نامیده می‌شود. برخی نقشه‌ها تفاوت شمال حقیقی و شمال مغناطیسی را مشخص می‌کنند.قطب‌نمای ژیروسکوپی بر خلاف قطب‌نماهای عادی  همواره جهت شمال حقیقی را نشان می‌دهد، نه شمال مغناطیس را؛ زیرا به مغناطیس وابستگی ندارد.

محور مغناطیسی زمین با محور جغرافیایی آن (محور چرخش زمین) به طور کامل موازی نیست. در نتیجه خواندن یک قطب‌نما تا حدودی از شمال جغرافیایی انحراف دارد. این انحراف که با مکان تغییر می‌کند وردش مغناطیسی یا میل مغناطیسی نامیده می‌شود.میل مغناطیسی، در هر نقطه از زمین، زاویه بین شمال حقیقی و شمال مغناطیسی در آن نقطه است؛ یعنی زاویهٔ بین سمتی که عقربهٔ قطب‌نما نشان می‌دهد، و سمت شمال جغرافیایی. برخی از منابع مختلف میل مغناطیسی را «وردش مغناطیسی» هم می‌نامند که درست است. برخی هم به اشتباه آن را انحراف مغناطیسی گفته‌اند، ولی این واژه، برای انحراف ناچیز عقربهٔ قطب‌نما در اثر عوامل محیطی (مانند وسایل آهنی و منابع الکتریکی و غیره) است و هیچ ارتباطی با زاویه میل مغناطیسی در یک محل ندارد.

برای بدست آوردن جهت شمال مغناطیسی ابتدا باید میل مغناطیسی را  بر اساس مراحل زیر بدست آوردیم. برای پیدا کردن میل مغناطیسی می‌بایست ابتدا وارد سایت زیر شویم.

http://www.magnetic-declination.com/

در این سایت مقدار فیلد Magnetic declination برابر میل مغناطیسی می‌باشد.

در عکس بالا شما دو عدد °۳ و همچنین ’۴۹ را مشاهده میکنید. عدد ۴۹ بر پایه ی واحد دقیقه‌ی قوسی(هر دقیقه قوسی معادل  یک شصتم یک درجه است) می‌باشد و باید آن را به درجه تبدیل کنید و به عدد ۳ اضافه کنید.

۴۹÷۶۰=۰٫۸۱۶۶۶۶۶

۳+۰٫۸۱۶۶۶۶=۳٫۸۱۶۶۶۶۶۶

کد آردوینو

کد را کپی و در نرم افزار آردوینو اجرا کنید. قبل از آپلود کتابخانه ها را نصب کنید.

#include "U8glib.h"
#include <Wire.h>
#include "compass.h"

U8GLIB_SSD1306_128X64 u8g(U8G_I2C_OPT_NONE | U8G_I2C_OPT_DEV_0);

#define Task_t 10
int dt = 0;
unsigned long t;



void setup()
{
 Serial.begin(9600);
 Wire.begin();
 compass_offset_calibration(1);
 compass_init(0);
}

void loop() {

 t = millis();

 float load;

 compass_scalled_reading();

 Serial.print("x = ");
 Serial.println(compass_x_scalled);
 Serial.print("y = ");
 Serial.println(compass_y_scalled);
 Serial.print("z = ");
 Serial.println(compass_z_scalled);

 compass_heading();

 //اضافه کردن میل مغناطیسی به شمال جغرافیایی برای بدست آوردن مقدار شمال مغناطیسی
 bearing += 3.81666666666;
 Serial.print("Heading angle = ");
 Serial.print(bearing);
 Serial.println(" Degree");

 dt = millis() - t;
 load = (float)dt / (Task_t / 100);
 Serial.print("Load on processor = ");
 Serial.print(load);
 Serial.println("%");

 u8g.firstPage();
 do {
 draw();
 } while (u8g.nextPage());

 delay(100);
}

//تابع رسم
void draw(void) {
 static int armLength = 20;
 static int cx = 64;
 static int cy = 20;
 int armX, armY;

 //convert degree to radian
 float bearingRad = bearing / 57.2957795;
 armX = armLength * cos(bearingRad);
 armY = -armLength * sin(bearingRad);

 u8g.setFont(u8g_font_unifont);
 u8g.setPrintPos(5, 28);
 u8g.print("N");
 u8g.setPrintPos(0, 60);
 u8g.print(" ");
 u8g.setPrintPos(70, 60);
 u8g.print(bearing);

 u8g.drawLine(cx, cy, cx - armX, cy - armY);
 u8g.drawCircle(cx, cy, armLength, U8G_DRAW_ALL);


}

تحلیل کد آردوینو

compass_offset_calibration(int select)

این تابع برای کالیبراسیون ماژول قطب‌نما استفاده می‌شود.این تابع می‌تواند ۴ مقدار زیر را بپذیرد:

select=1

در این حالت میزان خطا کالبیره می‌شود.

select=2

در این حالت میزان انحراف از محورها کالیبره می‌شود.

select=3

در این حالت میزان انحراف از محور‌ها و همچنین درصد خطا کالیبره می‌شود.

select=any

در این حالت عمل کالیبراسیون انجام نمی‌شود.

compass_init(int gain)

به وسیله این تابع میزان دقت اندازه‌گیری مشخص می‌شود.این تابع می‌تواند مقادیر زیر را دریافت کند:

gain=0: max scale = 0.73 gauss
gain=1: max scale = 0.92 gauss
gain=2: max scale = 1.22 gauss
gain=3: max scale = 1.52 gauss
gain=4: max scale = 2.27 gauss
gain=5: max scale = 2.56 gauss
gain=6: max scale = 3.03 gauss
gain=7: max scale = 4.35 gauss

 compass_scalled_reading()

به وسیله‌ی این تابع مقدار اندازه گیری شده در راستای سه محور x , y و z بروزرسانی می‌شود و مقادیر آن‌ها را در متغیرهایی به نام  compass_x_scalled ، compass_y_scalled و  compass_z_scalled می‌ریزد.

 compass_heading()

به وسیله‌ی این تابع علاوه بر بروزرسانی سه مقدار اندازه گیری شده در راستای سه محور x, y و z ، مقدار زاویه‌ی ماژول نسبت به شمال جغرافیایی را بروزرسانی می‌کند و مقدار آن را در متغیری به نام bearing می‌ریزد.