ST集成傳感器方案實(shí)現電子羅盤(pán)功能

圖10 LSM303DLH典型應用電路圖

4. 鐵磁場(chǎng)干擾及校準

電子指南針主要是通過(guò)感知地球磁場(chǎng)的存在來(lái)計算磁北極的方向。然而由于地球磁場(chǎng)在一般情況下只有微弱的0.5高斯，而一個(gè)普通的手機喇叭當相距2厘米時(shí)仍會(huì )有大約4高斯的磁場(chǎng)，一個(gè)手機馬達在相距2厘米時(shí)會(huì )有大約6高斯的磁場(chǎng)，這一特點(diǎn)使得針對電子設備表面地球磁場(chǎng)的測量很容易受到電子設備本身的干擾。

磁場(chǎng)干擾是指由于具有磁性物質(zhì)或者可以影響局部磁場(chǎng)強度的物質(zhì)存在，使得磁傳感器所放置位置上的地球磁場(chǎng)發(fā)生了偏差。如圖11所示，在磁傳感器的XYZ 坐標系中，綠色的圓表示地球磁場(chǎng)矢量繞z軸圓周轉動(dòng)過(guò)程中在XY平面內的投影軌跡，再沒(méi)有外界任何磁場(chǎng)干擾的情況下，此軌跡將會(huì )是一個(gè)標準的以O(0,0)為中心的圓。當存在外界磁場(chǎng)干擾的情況時(shí)，測量得到的磁場(chǎng)強度矢量α將為該點(diǎn)地球磁場(chǎng)β與干擾磁場(chǎng)γ的矢量和。記作：

圖11 磁傳感器XY坐標以及磁力線(xiàn)投影軌跡

一般可以認為，干擾磁場(chǎng)γ在該點(diǎn)可以視為一個(gè)恒定的矢量。有很多因素可以造成磁場(chǎng)的干擾，如擺放在電路板上的馬達和喇叭，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。同樣根據安培定律有電流通過(guò)的導線(xiàn)也會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng)，如圖12。

圖12 電流對磁場(chǎng)產(chǎn)生的影響

為了校準這些來(lái)自電路板的磁場(chǎng)干擾，主要的工作就是通過(guò)計算將γ求出。

4.1 平面校準方法

針對XY軸的校準，將配備有磁傳感器的設備在XY平面內自轉，如圖11，等價(jià)于將地球磁場(chǎng)矢量繞著(zhù)過(guò)點(diǎn)O(γx,γy)垂直于XY平面的法線(xiàn)旋轉， 而紅色的圓為磁場(chǎng)矢量在旋轉過(guò)程中在XY平面內投影的軌跡。這可以找到圓心的位置為((Xmax + Xmin)/2, (Ymax + Ymin)/2). 同樣將設備在XZ平面內旋轉可以得到地球磁場(chǎng)在XZ平面上的軌跡圓，這可以求出三維空間中的磁場(chǎng)干擾矢量γ(γx, γy, γz).

4.2 立體8字校準方法

一般情況下，當帶有傳感器的設備在空中各個(gè)方向旋轉時(shí)，測量值組成的空間幾何結構實(shí)際上是一個(gè)圓球，所有的采樣點(diǎn)都落在這個(gè)球的表面上，如圖13所示，這一點(diǎn)同兩維平面內投影得到的圓類(lèi)似。

圖13 地球磁場(chǎng)空間旋轉后在傳感器空間坐標內得到球體

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

8字校準法要求用戶(hù)使用需要校準的設備在空中做8字晃動(dòng)，原則上盡量多的讓設備法線(xiàn)方向指向空間的所有8個(gè)象限，如圖14所示。

4.2 十面校準方法
同樣，通過(guò)以下10面校準方法，也可以達到校準的目的。

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