• Электронный компас. Что такое электронный компас и как он работает. Лучший компас для туризма

    Электронный компас используется на судах, яхтах, так как имеет определенные преимущества по сравнению с . Основные достоинства заключаются в том, что устройство ищет “истинный Север” и не подвергается магнитному влиянию металлического корпус судна. Электронный компас полезен для навигации в неизвестной местности.

    Информация может передаваться в электронном виде и отображаться в цифровом виде. Данные, полученные от электронного компаса, распределяются репитерами компаса. Репитеры электронного компаса в свою очередь, могут обеспечить аналоговое или цифровое отображение для навигатора и предоставить данные на другое электронное оборудование. Наиболее важное морское оборудование, которое зависит от информации судового электронного компаса - и .

    Устройство может как использовать, так и не использовать сигналы GPS, чтобы определить направление. Наряду с этой функцией, электронные компасы оснащены дополнительными возможностями (например, подключение внешнего дисплея). Устройства совместимы с различным оборудованием судов ( , и другими). Плановое техническое обслуживание: современный электронный компас не требует никакого периодического обслуживания.

    Если вы хотите купить электронный компас, то вы можете обратиться за консультацией к менеджерам компании "Маринэк" по телефонам указанным на сайте, или ознакомиться с особенностями компасов самостоятельно: .

    Когда собираешься на охоту в незнакомую местность, где нет видимых ориентиров, надо обязательно взять с собой компас с картой района. Такая предосторожность нужна в степи и тундре, в горах. Не обойтись без компаса темной ночью, в туманный день и в пургу.

    Какие бывают

    Компас - это прибор, с помощью которого можно ориентироваться на незнакомой местности.

    Компасы бывают:

    • магнитными;
    • жидкостными;
    • электронными.

    Жидкостные

    Самым точным среди всех магнитных считается жидкостный компас. В типичном простом варианте он выглядит в виде «казанка», наполненного водой, в котором на вертикальной оси закреплена картушка из алюминия или бронзы. По разным сторонам картушки имеются прикрепленные магниты.

    В таких устройствах жидкость придает устойчивость стрелке, в устойчивом положении стрелка помогает точно определить показания.

    Планшетные

    Такой прибор представляется в виде планшета, в нем установлена круглая колба с намагниченной стрелкой. Оснащен планшетный компас увеличительным стеклом для удобства рассмотрения шкалы. Специальная жидкость в капсуле обеспечивает устойчивость стрелки во время быстрого передвижения.

    Базовые модели

    Предназначены для начинающих туристов, имеют все нужные компоненты, но нет у них зеркала и регулировки отклонений.

    Многофункциональные

    Они оснащены зеркалом, увеличительным стеклом и другими дополнительными свойствами. Подходят для регулярных походов в глубинке, вдали от маршрутов.

    Магнитные

    Есть несколько видов устройств, с которыми можно определять стороны света.

    Механический

    Он бывает обычным туристическим. Этот вид компаса имеет стрелку с красным концом, надетой на иглу, указывающей на север, где находится самое сильное магнитное поле. С простым магнитным прибором совместно с картой можно точнее установить место расположения разных объектов.

    Для военных

    Он отличается от обычного увеличительной линзой и визирным приспособлением. С таким прибором можно точнее определять направление пути в полевых условиях.

    Геологический

    В этом приборе деление шкалы направления расположены против часовой стрелки. Для определения углов падения слоев пород он оснащен клинометром и полулимбом.

    Гигроскопический

    Гигроскопический компас устанавливают на самолеты и на речные морские суда. Он оснащен гироскопом, благодаря такому устройству, показывает на истинный полюс, а не на магнитный полюс. Этот прибор обладает устойчивостью, поэтому во время раскачки точнее показывает направление.

    Астрономический

    Такой вид можно определить стороны света, ориентируясь на звезды и светила. Недостаток прибора в том, что с ним нельзя работать днем.

    Для спортивного ориентирования

    Какой компас выбрать спортсменам? Они должны уметь пользоваться магнитным компасом и разбираться в топографической карте.

    Поэтомукомпас для спортивного ориентирования должен обладать высокими эксплуатационными характеристиками, такими, как:

    • скоростью и быстротой установки магнитной стрелки;
    • устойчивостью стрелки во время быстрого передвижения спортсменов;
    • удобством пользования, чтобы в руке прибор держался устойчиво;
    • маленьким размером и легкой массой.

    Электронные компасы действуют на основе магнезированных датчиков, включаясь при поиске нужных координат в систему спутниковой навигации. Они предназначены только для профессионалов, используют их в основном военнослужащие и представители силовых структур.

    В зависимости от места и цели используются такие виды электронных навигаторов.

    Указывает направление на объект, излучающий радиоволны. Применяют его авиаторы для ориентирования в пространстве во время совершения полетов.

    Он отличается от механического туристического тем, что в нем нет намагниченной стрелки. Компас определяет стороны света по электронным схемам. Он показывает время, встроены в нем разные дополнительные программы, даже видеофильмы.

    GPS и ГЛОНАСС

    Эти навигаторы работают с помощью электронной системы, сигналы для определения точного местоположения и направления они получают с нескольких спутников.

    Приемники GPS считаются высококачественными навигаторами, почти всегда снабжаются электронным компасом. Но GPS-навигаторы не могут работать без аккумулятора, который в самый нужный момент может разрядиться. Следовательно, во время похода не обойтись без магнитного компаса или комплекта запасных батарей.

    GPS приемники, в отличие от магнитных компасов, обладают таким преимуществом: могут оценить текущее местоположение без видимых ориентиров в снежные дни и в туманную погоду. С устройством GPS можно легко установить нужное направление при обходе какого-нибудь препятствия и заново настроить компас по изменённой линии маршрута.

    Критерии выбора

    Выбор компаса зависит от цели: покупают его для охоты, для туристических походов или спортивного ориентирования. Выбирать модель компаса рекомендуется с таким расчетом, чтобы ее можно было использовать в разных ситуациях: во время туристических походов и соревнований по ориентированию.

    Какой компас лучше всего для пеших и вело- туристов?

    При выборе надо взять на заметку некоторые нюансы:

    • Для туристических походов подходят классические модели компасов с градусным делением и с линейкой.
    • Туристы часто пользуются градусными вычислениями и расчётами по азимуту, поэтому линейка и градусный лимб на компасе им необходимы в условиях похода.
    • Для велосипедистов более приемлемый вариант - это GPS навигатор, хотя батарейки у него быстро садятся. Поэтому придется велотуристам взять с собой и классический компас.
    • Для путешествия по воздуху предпочтение надо отдавать электронным навигаторам, так как они многофункциональны, можно определить по ним и высоту, и давление.

    Обзор лучших моделей

    Хороший качественный инвентарь для туристов выпускают шведская компания Silva и финская компания Suunto.

    Подходит для применения на любой местности, является классическим профессиональным прибором для спортивного ориентирования, оснащен системой Spectra, стрелка прибора прямая и широкая, удобная для быстроты считывания показаний.

    Отличается такими особенностями:

    1. Сильным магнитом, стрелка прибора быстро успокаивается.
    2. Прозрачной базовой пластиной с четкой маркировкой
    3. Безопасностью размещения в руке.
    4. Модель Silva 6 Nor Spectra Right можно держать и в правой руке.

    Наручная модель Suunto M-9 отличается удобством многофункциональностью.

    Туристы выбирают его за маленькие размеры и легкий вес, а также точность определения направления. Наручный прибор можно использовать и под водой.

    Хороший прибор американского производства считается самым надежным, пригодным для использования в полевых условиях.

    Корпус из алюминия, обладает особой прочностью, водонепроницаемый. Прибор характеризует повышенная точность определения направления.

    Как ориентироваться по компасу

    Итак, что нужно сделать:

    1. Сначала надо определить ориентир, к которому следует возвратиться, к примеру, это может быть дерево.
    2. Ориентирование начинают с нажатия на специальный фиксатор и освобождения магнитной стрелки.
    3. Взяв прибор и поставив на ладонь горизонтально, надо подождать положения синей стрелки на 0 градусе шкалы, затем поворотом крышки установить ее с прорезью к себе, а мушкой к предмету.
    4. Выбрав направление движения, следует зафиксировать его и запомнить значение угла, называемого «азимутом».
    5. Постоянно сверяясь с направлением, надо начать движение.
    6. После того как дошли до конечной точки передвижения, следует повернуться вокруг своей оси. Это значит, что был сделан поворот вокруг своей оси на 180 градусов. Выходит, что совершили возвращение на начальную точку маршрута.

    Туристы и путешественники, а также охотники в любой момент могут оказаться в незнакомых местах и потерять направление своего дальнейшего движения. В таких случаях с компасом можно быстро определить местоположение.

    А вот перед тем как выбрать компас, надо изучить их виды, свойства, а также для кого и для каких целей они предназначены.

    Видео

    Как пользоваться компасом в лесу, вы узнаете из нашего видео.

    Добрый день. В мобильные телефоны создатели довольно часто встраивают компас. Но, что это, и для чего он нужен, не все пользователи смартфонов имеют представление. Поэтому, в данной статье, мы постараемся подробнее рассмотреть эту программу телефона, и, если её в вашем устройстве нет, рассмотрим, как её скачать.

    Какие бывают компасы

    Что такое компас, мы все помним из курса школьной географии. Но, давайте более глубоко копнем этот вопрос. Люди придумали различные приборы, которые позволяют понять, где находятся полюса. Главное в этом деле понять, где находится север. Далее, зная расположение северного полюса, можно узнать, где находятся остальные направления света. Зачем нам это нужно? Чтобы не заблудиться на местности. К примеру, в лесу, в поле, или находясь на яхте в море.

    Например, вы в курсе, как определить полюса в лесу, имея в подручных средствах обычную иголку? Нужно аккуратно положить маленькую иголочку на водную плёнку (на водной глади есть тончайшая плёнка, именно по ней бегают долгоножки), или можно просто положить её на маленький листик растения (или небольшой бумаги).

    Сам же лист аккуратно положить на воду в фарфоровой (пластиковой) тарелке (или в луже, если вы в лесу). Итак, один из концов иголки примет направление на север, другой, на юг. Всё очень просто. К чему я это сказал? Данный метод очень может вам помочь, если вы находитесь в незнакомой местности и не знаете направления сторон. У вас нет компаса, но, есть небольшая лужа и обычная иголка! Вам останется только понять, какой именно из концов иголки показывает на север!

    Виды компасов

    Магнитный – всем знакомый компас из школьного курса. Суть его сводится к определению магнитного северного полюса по магнитному полю. Далее, исходя из шкалы прибора, без труда определяются остальные части света.

    Есть очень красивые компасы, носить которые одно удовольствие. Например, купить красивый компас Eyeskey Professional

    вы можете здесь . Доставка бесплатна, вариантов много. Тот, что на картинке, я подарил другу на день рождения. Он заядлый рыбак. От компаса он пришёл в восторг.

    Электромагнитный

    Суть его работы в создании поля из-за движения прибора в пространстве. Его устанавливают в различные транспортные средства, вроде кораблей, самолетов, и прочих механизмов. Тут есть одно условие, чтобы компас начал функционировать, необходимо движение этого механизма. Без движения, не появится электричество, и его величина не покажет нужных данных на приборе.

    Цифровой компас

    Его действие похоже на разновидность обычного классического. Различие в том, что в нем нет стрелки, но есть датчик, использующий магнитное поле. Данные с датчика идут на циферблат. В подобных компасах часто присутствуют прочие возможности. Довольно часто, такие приборы могут замерять шаги, давление. Работать он может как барометр, часы и прочее. Недостаток – окончание заряда батарейки.

    Например, тот, что на скриншоте, является также и барометром. Подробнее о нём по ссылке…

    Радиокомпас

    Для этой разновидности компасов нет нужды в магнитном поле. В связи с тем, что данные поступают прямо со специальных вышек. Раньше, подобный механизм довольно часто применяли в самолётах. Но, в последнее время, от них всё чаще отказываются, так как довольно часты стали различия в информации из-за искажения радиоволн.

    Спутниковый

    Как понятно из названия, данные он получает со специальных спутников. Что интересно, этот вид компаса, показывает направление не на магнитные полюса, а на реальные, географические. Другими словами, он самый точный. Но, есть и недостатки. При плохой погоде, информация может искажаться. Также, информация может быть не точной, если человек находится под землёй.

    Именно данный вид компасов, совместно с цифровыми, встраивают в телефоны и различные планшеты. Сигналы они принимают прямо со спутников. Сейчас в большинстве смартфонов, данный вид компаса встроен по умолчанию. Другими словами, скачивать его с различных сервисов нет нужды. Достаточно войти в настройки, и активировать данную функцию.

    Также, этот компас часто неразрывно связан с навигатором в телефоне. Если у вас в сотовом присутствует навигатор, то, разумеется, есть и компас.

    Если же в вашем телефоне отсутствует данная программа, скачать компас бесплатно, можно, с play.google.com . На снимке вы видите Compass Galaxy.

    Если вас данная модель не устраивает, на этой же странице есть другие варианты телефонного компаса. Выбирайте тот, который вам больше приглянулся.

    Важно: — Я не знаю, какая у вас модель телефона. Но, чтобы работал компас в телефоне, необходимо, чтобы в вашем гаджете была установлена функция магнитного датчика. Если её нет, то, необходимо подключится к геолокации GPS. Или, другими словами, подключить магнитный гироскоп. Разумеется, если это позволяет модель вашего телефона, о чем вы можете узнать из его инструкции. Успехов!

    Каждый, кто пробовал ставить на своего робота электронный компас задавался таким вопросом: а как, собственно, получить из этого прибора некую виртуальную стрелку, которая бы показывала на север? Если мы подключим к Ардуино самый популярный датчик HMC5883L, то получим поток чисел, которые ведут себя странным образом при его вращении. Что делать с этими данным? Попробуем разобраться, ведь полноценная навигация робота без компаса невозможна.
    Во первых, устройство, которое часто называют компасом на самом деле является магнитометром. Магнитометр — это прибор, который измеряет напряженность магнитного поля. Все современные электронные магнитометры изготавливаются по технологии МЭМС и позволяют проводить измерения сразу по трем перпендикулярным осям. Так вот тот поток чисел, которые выдает прибор — это на самом деле проекции магнитного поля на три оси в системе координат магнитометра. Такой же формат данных имеют и другие устройства, используемые для позиционирования и навигации: акселерометр и гиротахометр (он же гироскоп). На рисунке изображен простой случай, когда компас расположен горизонтально поверхности земли на экваторе. Красной стрелкой отмечено направление к северному полюсу. Пунктиром отмечены проекции этой стрелки на соответствующие оси. Казалось бы, вот оно! Катет равен катету на тангенс противолежащего угла. Для того чтобы получить угол направления придется взять арктангенс отношения катетов: H = atan(X/Y) Если мы проведем эти несложные вычисления, мы действительно получим какой-то результат. Жаль только, что мы всё еще не получим верный ответ, ведь мы не учли кучу факторов:

    1. Смещение и искажение вектора магнитного поля Земли, вследствие внешних воздействий.
    2. Влияние тангажа и крена на показания компаса.
    3. Разница между географическим и магнитным полюсами — магнитное склонение.
    В этой статье мы займемся изучением этих проблем и узнаем способы их решения. Но для начала посмотрим на показания магнитометра своими глазами. Для этого нам потребуется их как-то визуализировать.

    1. Визуализация показаний магнитометра

    Как известно, одна картинка лучше тысячи слов. Поэтому, для большей наглядности, воспользуемся 3D-редактором для визуализации показаний магнитометра. Для этих целей, можно использовать SketchUp с плагином «cloud» (http://rhin.crai.archi.fr/rld/plugin_details.php?id=678) Указанный плагин позволяет загружать в SketchUp массивы точек из файла вида: 212 -321 -515 211 -320 -515 209 -318 -514 213 -319 -516 Разделителем может быть символ табуляции, пробел, точка с запятой и т.п. Всё это указывается в настройках плагина. Там же можно попросить склеить все точки треугольниками, что в нашем случае не требуется. Самый простой способ сохранить показания магнитометра — передавать их через COM-порт на персональный компьютер в монитор последовательного порта, с последующим сохранением их в текстовый файл. Второй способ — подключить к Ардуино SD карту и записывать данные магнитометра в файл на SD карте. Разобравшись с записью данных и с импортом их в SketchUp, попробуем теперь провести эксперимент. Будем вращать магнитометр вокруг оси Z, а управляющая программа в это время будет записывать показания датчика каждые 100 мс. Всего будет записано 500 точек. Результат этого эксперимента приведен ниже:
    Что можно сказать, глядя на этот рисунок? Во-первых, видно, что ось Z действительно была зафиксирована — все точки расположены, более или менее, в плоскости XY. Во-вторых, плоскость XY немного наклонена, что может быть вызвано либо наклоном моего стола, либо наклоном магнитного поля Земли 🙂 Теперь взглянем на эту же картину сверху:
    Первое, что бросается в глаза — центр координат находится совсем не в центре очерченного круга! Скорее всего, измеряемое магнитное поле чем-то «сдвинуто» в сторону. Причем это «что-то» имеет напряженность, выше оной у естественного поля Земли. Второе наблюдение — круг немного вытянут в высоту, что указывает уже на более серьезные проблемы, о которых мы поговорим ниже. А что получится, если вращать компас вокруг всех осей одновременно? Правильно, получится не круг, а сфера (точнее сфероид). Вот такая сфера получилась у меня:
    Дополнительно к основным 500 точкам сферы, добавлены еще три массива, по 500 точек в каждом. Каждая из добавленных групп точек отвечает за вращение магнитометра вокруг фиксированной оси. Так, нижний круг получен вращением прибора вокруг оси Z. Круг справа — вращением вокруг оси Y. Наконец, плотное кольцо точек слева отвечает за вращение магнитометра вокруг оси X. Почему эти круги не опоясывают шар по экватору, читаем ниже.

    2. Магнитное наклонение

    На самом деле, последний рисунок может показаться немного странным. Почему будучи в горизонтальном состоянии, датчик показывает почти максимальное значение по оси Z?? Ситуация повторяется если мы наклоним прибор, например, осью X вниз — опять получим максимальное значение (левый круг). Получается, что на датчик постоянно действует поле направленное сквозь датчик вниз к поверхности земли! Ничего необычного в этом на самом деле нет. Эта особенность магнитного поля земли называется магнитным наклонением . На экваторе поле направлено параллельно земле. В южном полушарии — вверх от земли под некоторым углом. А в северном полушарии, как мы уже наблюдали — вниз. Смотрим картинку.
    Магнитное наклонение никак не помешает нам пользоваться компасом, поэтому не будем о нем особо задумываться, а просто примем к сведению это интересный факт. Теперь же перейдем, непосредственно к проблемам.

    2.1. Искажения магнитного поля: Hard & Soft Iron

    В зарубежной литературе, искажения магнитного поля принято делить на две группы: Hard Iron и Soft Iron. Ниже приведена картинка, иллюстрирующая суть этих искажений.
    Hard Iron Даю справку. Интенсивность магнитного поля земли сильно зависит от земных координат, в которых оно измеряется. Например, в Кейп Тауне (Южная Африка) поле составляет около 0.256 Гс (Гаусс), а в Нью-Йорке в два раза больше — 0.52 Гс. В целом по планете, интенсивность магнитного поля варьируется в диапазоне от 0.25 Гс до 0.65 Гс. Для сравнения, поле обычного магнитика на холодильник составляет 50 Гс, — это в сто раз больше чем магнитное поле в Нью Йорке!! Понятно, что чуткий магнитометр может легко запутаться, если рядом с ним возникнет один из таких магнитов. На квадрокоптере, конечно, таких магнитиков нет, но зато есть куда более мощные редкоземельные магниты вентильных двигателей, а еще электронные цепи контроллера, провода питания и аккумуляторная батарея. Такие источники паразитного магнитного поля называют Hard Iron. Воздействуя на магнитометр, они придают некоторое смещение измеряемым значениям. Посмотрим, имеются ли Hard Iron искажения у нашей сферы. Проекция точек сферы на плоскость XY, выглядит следующим образом:
    Видно, что облако точек имеет некоторое заметное смещение по оси Y влево. По оси Z смещение практически отсутствует. Ликвидировать такое искажение очень просто: достаточно увеличить или уменьшить получаемые от прибора значения на величину смещения. Например, калибровка Hard Iron для оси Y будет иметь вид: Ycal_hard = Y — Ybias где Ycal_hard — калиброванное значение; Y — исходное значение; Ybias — величина смещения. Чтобы вычислить Ybias нам потребуется зафиксировать максимальное и минимальное значение Y, а затем воспользоваться простым выражением: Ybias = (Ymin-Ymax)/2 — Ymin где Ybias — искомая величина смещения; Ymin — минимальное значение оси Y; Ymax — максимальное значение оси Y. Soft Iron В отличие от Hard Iron, искажение типа Soft носит куда более коварный характер. Опять же, проследим этот вид воздействия на собранных ранее данных. Для этого, обратим внимание на то, что шар на картинке сверху, и не шар вовсе. Его проекция на ось YZ немного сплющена сверху, и слегка повернута против часовой стрелки. Вызваны эти искажения, наличием ферромагнитных материалов рядом с датчиком. Таким материалом является металлическая рама квадрокоптера, корпус двигателя, проводка, или даже металлические болты крепления. Исправить ситуацию со сплющенностью поможет умножение показаний датчика на некоторый множитель: Ycal_soft = Y * Yscale где Ycal_hard — калиброванное значение; Y — исходное значение; Yscale — коэффициент масштабирования. Для того чтобы найти все коэффициенты (для X,Y и Z) необходимо выявить ось с наибольшей разностью между максимальным и минимальным значением, и затем воспользоваться формулой: Yscale = (Amax-Amin)/(Ymax-Ymin) где Yscale — искомый коэффициент искажения по оси Y; Amax — максимальное значение на некоторой оси; Amin — минимальное значение на некоторой оси; Ymax — максимальное значение на оси Y; Ymin — минимальное значение на оси Y. Другая проблема, из-за которой сфера оказалась повернутой, устраняется чуть сложнее. Однако, вклад такого искажения в общую ошибку измерения достаточно мал, и мы не будем подробно расписывать способ его «ручного» нивелирования.

    2.2. Автоматическая калибровка

    Надо сказать, получение вручную точных минимальных и максимальных показаний магнитометра задача не из простых. Для этой процедуры, как минимум, потребуется специальный стенд, в котором можно фиксировать одну из осей прибора. Гораздо проще воспользоваться автоматическим алгоритмом калибровки. Суть этого метода состоит в аппроксимации облака полученных точек элипсоидом. Другими словами, мы подбираем параметры элипсоида таким образом, чтобы он максимально точно совпадал с нашим облаком точек, построенных на основе показаний магнитометра. Из подобранных таким образом параметров, мы сможем добыть величину смещения, коэффициенты масштаба и коэффициенты для ортогонализации осей. В интернете можно найти несколько программ, пригодных для этого. Например, MagCal, или еще одна — Magneto. В отличие от MagCal, в Magneto рассчитанные параметры выводятся в готовом к использованию виде, без необходимости дополнительных преобразований. Именно этой программой мы и воспользуемся. Главная и единственная форма программы выглядит следующим образом:
    В поле «Raw magnetic measurements» выбираем файл с исходными данными. В поле «Norm of Magnetic or Gravitational field» вводим величину магнитного поля Земли в точке нашей дислокации. Учитывая, что этот параметр никак не влияет на угол отклонения стрелки нашего виртуального компаса, я поставил значение 1090, что соответствует значению 1 Гаусс. Затем жмем кнопку Calibrate и получаем:
    1. значения смещения по всем трем осям: Combined bias (b);
    2. и матрицу масштаба и ортогонализации: Correction for combined scale factors, misalignments and soft iron (A-1).
    С помощью волшебной матрицы мы ликвидируем сплющенность нашего облака и устраним его легкое вращение. Общая формула калибровки выглядит следующим образом: Vcal = A-1 * (V — Vbias) где Vcal — вектор калиброванных значение магнитометра для трех осей; A-1 — матрица масштаба и ортогонализации; Vbias — вектор смещения по трем осям.

    3. Влияние наклона магнитометра на вычисляемое направление

    На очереди проблема номер два. В начале статьи мы уже попробовали вычислить угол между севером и стрелкой компаса. Для этого годится простая формула: H = atan(Y/X) где H — угол отклонения стрелки компаса от северного направления; X,Y — калиброванные значения магнитометра. Представим теперь, что мы фиксируем ось X строго по направлению к северу, и начинаем вращать датчик вокруг этой оси (придаем крен). Получается, что проекция поля на ось X остается неизменной, а вот проекция на Y меняется. Согласно формуле, стрелка компаса будет показывать либо на северо-запад, либо на северо-восток, в зависимости от того, в какую сторону делаем крен. Это и есть, заявленная в начале статьи, вторая проблема электронного компаса. Решить проблему поможет геометрия. Нам нужно всего лишь повернуть магнитный вектор в систему координат, заданную инклинометром. Для этого, поочередно перемножим две матрицы косинусов на вектор: Vcal2 = Ry*Rx*Vcal где Vcal — магнитный вектор, очищенный от Hard и Soft искажений; Rx и Ry — матрицы поворота вокруг осей X и Y; Vcal2 — магнитный вектор, очищенный от влияния крена и тангажа. Пригодная для программы контроллера формула будет иметь вид: Xcal2 = Xcal*cos(pitch) + Ycal*sin(roll)*sin(pitch) + Zcal*cos(roll)*sin(pitch) Ycal2 = Ycal*cos(roll) — Zcal*sin(roll) H = atan2(-Ycal2, Xcal2) где roll и pitch — наклоны вокруг осей X и Y; Xcal,Ycal,Zcal — вектор магнитометра (Vcal); Ycal2, Ycal2 — калиброванные значения магнитометра (Zcal2 не считаем — он нам не пригодится); H — угол между севером и стрелкой компаса. (О том, кто такой atan2 можно узнать тут: http://en.wikipedia.org/wiki/Atan2)

    3. Разница между географическим и магнитным полюсом

    После того как мы получили более или менее точный угол отклонения стрелки компаса от северного направления, пришло время устранить еще одну проблему. Дело в том, что магнитный и географический полюсы на нашей планете, сильно различаются, в зависимости от того, где мы производим измерение. Другими словами, «север» на который показывает ваш походный компас, совсем не тот север где льды и,белые медведи. Для нивелирования этих различий, к показаниям датчика необходимо прибавить (или вычесть) определенный угол, называемый магнитным склонением. Например, в Екатеринбурге магнитное склонение имеет величину +14 градусов, а значит измеренные показания магнитометра следует уменьшить на эти же 14 градусов. Для того чтобы выяснить магнитное склонение в ваших координатах, можно воспользоваться специальным ресурсом: http://magnetic-declination.com/

    Заключение

    В заключении несколько советов по навигации с помощью магнитометра.
    1. Калибровка должна проводиться именно в тех условиях, в которых беспилотник будет совершать реальный полет.
    2. Магнитометр лучше выносить из корпуса робота на штанге. Так на него будет влиять меньше шумов.
    3. Для вычисления направления лучше использовать связку компас + гироскоп. При этом их показания смешиваются по определенному правилу (data fusion).
    4. Если речь идет о летательном аппарате с большой курсовой скоростью, рекомендуется использовать связку компас + гироскоп + GPS.

    Я не очень хорош в нахождении мест и определении направлений, но умею читать карты и компас. В наше время навигация при помощи GPS очень популярна и у вас может возникнуть вопрос: зачем мне нужен компас? Итак, я люблю гаджеты и если я смогу сделать что-то сам, то использование такого устройства будет радовать меня намного больше. Поэтому я и решил рассказать вам как сделать компас своими руками.

    Я начал с базовой функции, показывающей угол наклона и поворота цифрового магнитометра на ЖК-дисплее, но на микроконтроллере осталось множество неиспользованных аналоговых и цифровых пинов (я использовал совместимый с Ардуино JeonLab mini). Поэтому я подключил к нему цифровой датчик температуры и фототранзистор, подстраивающий яркость подсветки дисплея (одиночный светодиод).

    После этого на контроллере осталось еще несколько свободных пинов и у меня есть планы по добавлению дополнительных датчиков, например наружный термометр, устройство анти-вор и т.д.

    Картинка в начальной части этой инструкции иллюстрирует устройство в полной сборке и установленное поверх зеркала заднего вида автомобиля. Девайс отображает направление, наклон и температуру в салоне.

    Шаг 1: Список компонентов


    • LCD: 16×2 HD44780 LCD (белый текст на синем фоне): это очень популярный дисплей, который легко найти и купить.
    • JeonLab mini v1.3 : это недорогая плата, совместимая с Arduino. На рынке существует несколько небольших плат, совместимых с Arduino, так что просто выберите ту, которую можно спрятать за экранчиком.
    • Цифровой компас: MAG3110 (купил готовый на Ebay): я пробовал другой цифровой компас пару лет назад и мне не удалось его запустить, а эту модель удалось легко запрограммировать. Всё будет объяснено более детально далее в статье.
    • Датчик температуры TMP36 : взгляните на спецификацию с сайта Digikey. Он очень прост в использовании.
    • Фототранзистор LTR-4206E : Я уверен, что любой другой ИК-фототранзистор будет работать не хуже.
    • Регулятор 7805: Вы знаете для чего он нужен. Зарядка автомобиля и напряжение равны примерно 13.8-14.4V, тогда как нам для работы контроллера и монитора нужно 5V.
    • Резисторы и конденсаторы (смотрите схему)
    • Штекер для автомобильного зарядника
    • Плата прототипирования
    • Кнопка-выключатель (нормально открытый, normal open, N.O.) для калибровки магнитометра
    • Цельный медный провод (1мм в диаметре) для крепления девайса
    • Стяжки для кабеля

    Шаг 2: Схема устройства

    JeonLab mini v1.3 — это Ардуино с минимумом функционала. Для загрузки программы понадобится USB-интерфейс FTDI, который нужен лишь для загрузки кода и последовательной коммуникации.

    Подключение дисплея хорошо объяснено в документации к библиотеке на странице руководства к Arduino , для удобства я лишь изменил распиновку. Помните, что вам также нужно изменить пины и в коде программы. Одна важная вещь, о которой стоит сказать — анод светодиодной подсветки дисплея подключен не к V, а к цифровому пину 5, который поддерживает широтно-импульсную модуляцию (ШИМ, pulse-width modulation, PWM), что позволяет управлять яркостью подсветки дисплея.

    У датчика температуры TMP36 есть три ножки — V, сигнал и GND. Я соединил сигнальную ножку с одним из аналоговых входов JeonLab mini. Смотрите программу Ардуино в следующем шаге, чтобы понять, как рассчитывается температура по датчику.

    Фототранзистор имеет две ножки — положительную и отрицательную. Вы можете держать резистор между отрицательным проводом и GND до тех пор, пока получаете корректные значения в темноте (я тестировал девайс на рассвете) и при ярком освещении (в этом случае вам не нужно ничего измерять, так как мы и так будем получать максимальные значения). Яркость, измеренная этим фототранзистором, используется для регулировки яркости светодиода подсветки дисплея.

    Файлы

    Шаг 3: Предварительные тесты и рассёт курса

    Прежде всего, я собрал и протестировал дисплей, JeonLab mini и магнетометр MAG3110 на макетной плате. У магнетометра есть трёхосевой датчик, но, так как дороги в местности, где я живу, относительно ровные, я решил не заморачиваться со сложными формулами и просто вычислять угол направления при помощи ATAN осей X и Y — всё работает достаточно хорошо.

    Сила и направление магнитного поля отличаются от места к месту. Для точного измерения электронного компаса и карты вам нужно знать магнитное отклонение (разница между севером компаса и настоящим географическим севером). В моем коде я не вычитал и не добавлял отклонение, но если в вашем местоположении оно очень большое, вы можете добавить его, чтобы компенсировать разницу.

    По предварительным испытаниям я определил максимальные и минимальные значения осей X и Y, представляющие север и юг, но значения распределены по углу неравномерно. Другими словами, центральное значение не представляет восток или запад. Это, как мне известно, обыкновенно для всех полупроводниковых магнитометров, если в них нет встроенных алгоритмов компенсации. Чтобы правильно считывать направление (приблизительно), я обнаружил, что если вы знаете значения для севера и юга для каждой оси, X и Y, то достаточно просто вычислить ATAN разностей текущего значения и средние значения X и Y дадут вам угол направления (см. скетч Arduino в следующем шаге), и всё будет отлично работать. Это не идеальный способ вычисления направления, но мы и не говорим о точности до десятых долей. Я ездил с компасом в своём автомобиле около недели и результаты оказались вполне удовлетворительными.

    Шаг 4: Скетч Ардуино

    Файлы

    Шаг 5: Сборка электронных компонентов




    Шаг 6: Собираем из проволки каркас







    Читать еще: