ST集成傳感器方案實現(xiàn)電子羅盤功能

圖10 LSM303DLH典型應(yīng)用電路圖

4. 鐵磁場干擾及校準(zhǔn)

電子指南針主要是通過感知地球磁場的存在來計算磁北極的方向。然而由于地球磁場在一般情況下只有微弱的0.5高斯，而一個普通的手機(jī)喇叭當(dāng)相距2厘米時仍會有大約4高斯的磁場，一個手機(jī)馬達(dá)在相距2厘米時會有大約6高斯的磁場，這一特點使得針對電子設(shè)備表面地球磁場的測量很容易受到電子設(shè)備本身的干擾。

磁場干擾是指由于具有磁性物質(zhì)或者可以影響局部磁場強(qiáng)度的物質(zhì)存在，使得磁傳感器所放置位置上的地球磁場發(fā)生了偏差。如圖11所示，在磁傳感器的XYZ 坐標(biāo)系中，綠色的圓表示地球磁場矢量繞z軸圓周轉(zhuǎn)動過程中在XY平面內(nèi)的投影軌跡，再沒有外界任何磁場干擾的情況下，此軌跡將會是一個標(biāo)準(zhǔn)的以O(shè)(0,0)為中心的圓。當(dāng)存在外界磁場干擾的情況時，測量得到的磁場強(qiáng)度矢量α將為該點地球磁場β與干擾磁場γ的矢量和。記作：

圖11 磁傳感器XY坐標(biāo)以及磁力線投影軌跡

一般可以認(rèn)為，干擾磁場γ在該點可以視為一個恒定的矢量。有很多因素可以造成磁場的干擾，如擺放在電路板上的馬達(dá)和喇叭，還有含有鐵鎳鈷等金屬的材料如屏蔽罩，螺絲，電阻， LCD背板以及外殼等等。同樣根據(jù)安培定律有電流通過的導(dǎo)線也會產(chǎn)生磁場，如圖12。

圖12 電流對磁場產(chǎn)生的影響

為了校準(zhǔn)這些來自電路板的磁場干擾，主要的工作就是通過計算將γ求出。

4.1 平面校準(zhǔn)方法

針對XY軸的校準(zhǔn)，將配備有磁傳感器的設(shè)備在XY平面內(nèi)自轉(zhuǎn)，如圖11，等價于將地球磁場矢量繞著過點O(γx,γy)垂直于XY平面的法線旋轉(zhuǎn)， 而紅色的圓為磁場矢量在旋轉(zhuǎn)過程中在XY平面內(nèi)投影的軌跡。這可以找到圓心的位置為((Xmax + Xmin)/2, (Ymax + Ymin)/2). 同樣將設(shè)備在XZ平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)可以得到地球磁場在XZ平面上的軌跡圓，這可以求出三維空間中的磁場干擾矢量γ(γx, γy, γz).

4.2 立體8字校準(zhǔn)方法

一般情況下，當(dāng)帶有傳感器的設(shè)備在空中各個方向旋轉(zhuǎn)時，測量值組成的空間幾何結(jié)構(gòu)實際上是一個圓球，所有的采樣點都落在這個球的表面上，如圖13所示，這一點同兩維平面內(nèi)投影得到的圓類似。

圖13 地球磁場空間旋轉(zhuǎn)后在傳感器空間坐標(biāo)內(nèi)得到球體

這種情況下，可以通過足夠的樣本點求出圓心O(γx, γy, γz), 即固定磁場干擾矢量的大小及方向。公式如下：

8字校準(zhǔn)法要求用戶使用需要校準(zhǔn)的設(shè)備在空中做8字晃動，原則上盡量多的讓設(shè)備法線方向指向空間的所有8個象限，如圖14所示。

4.2 十面校準(zhǔn)方法
同樣，通過以下10面校準(zhǔn)方法，也可以達(dá)到校準(zhǔn)的目的。

如圖16所示，經(jīng)過10面校準(zhǔn)方法之后，同樣可以采樣到以上所述球體表面的部分軌跡，從而推導(dǎo)出球心的位置，即固定磁場干擾矢量的大小及方向。