今天我們來學(xué)習(xí)電子磁力計(jì)HMC5883L的使用。先介紹磁力計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，再給一個(gè)獲取磁力計(jì)數(shù)據(jù)的例子，最后講解HMC5883L磁力計(jì)的校準(zhǔn)，以及一些使用中的經(jīng)驗(yàn)。

1）HMC5883L磁力計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)

磁力計(jì)是用來測量磁場強(qiáng)弱（也就是磁感應(yīng)強(qiáng)度）的，磁感應(yīng)強(qiáng)度是一個(gè)矢量，我們本篇使用的HMC5883L可以用來測量三個(gè)軸向的磁感應(yīng)強(qiáng)度。

磁感應(yīng)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)單位是特斯拉（Tesla），也有用高斯（Gauss）來表示的，換算關(guān)系是1Tesla=10000Gauss。

當(dāng)垂直于磁場方向長度為1m的導(dǎo)體，通過1A電流時(shí)，所受磁場的作用力的大小為1N，則該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T。

磁力計(jì)可以用來檢測地球磁場方向，也就是作為指南針使用，在航?；蛘咚妮S飛行器中，可以用來修正偏航角。

2）HMC5883L的數(shù)據(jù)獲取

HMC5883L器件比較小，而且引腳在芯片底下，焊接難度較大，一般建議使用已焊好的模塊。本文使用是硬件是STM32F103C8T6最小系統(tǒng)和如下的GY-273模塊：

硬件連接上，磁力計(jì)模塊上只連VCC、GND、SCL、SDA四根線，SCL連接到stm32的PB6，SDA連接到stm32的PB7，由于該模塊的電路板上已經(jīng)設(shè)計(jì)了上拉電阻，所以I2C接口的兩根線不用再外接上拉了。

如果想自己繪制電路板，也可以按如下圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：

在cubemx中創(chuàng)建工程，使用I2C1，此時(shí)可以看到PB6和PB7被占用為I2C引腳：

生成工程文件，在keil中打開，先修正cubemx的一個(gè)bug，把I2C時(shí)鐘使能語句提前：

對(duì)I2C代碼進(jìn)行一次封裝，使用HAL庫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)底層的I2C操作，如下用HAL_I2C_Mem_Write和HAL_I2C_Mem_Read兩個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)：

有了底層的I2C讀寫函數(shù)，我們對(duì)HMC5883L的初始化和數(shù)據(jù)讀取時(shí)就方便多了。

安裝數(shù)據(jù)手冊的寄存器說明，初始化時(shí)，只需要設(shè)置三個(gè)寄存器就行：

然后就可以讀取數(shù)據(jù)了，三個(gè)軸向的磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，在寄存器03開始的連續(xù)6個(gè)字節(jié)中，讀取后，存放在BUF數(shù)組里：

在主函數(shù)中，先調(diào)用初始化函數(shù)，再循環(huán)讀取數(shù)據(jù)就行了：

這里將x、y、z三個(gè)方向的原始數(shù)據(jù)都打印出來的，并且計(jì)算了x、y方向的反正切角度，如果傳感器是水平放置的，x、y方向測量的就是水平方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度，周圍沒有磁場干擾的話，它們的反正切角度就能指示出地磁場的方向。

上圖中atan2(y,x)計(jì)算的是y/x的反正切，得到的角度是x軸與地磁北向的夾角。

運(yùn)行結(jié)果如下圖：

3）HMC5883L的校準(zhǔn)

上面我們已經(jīng)成功獲取了HMC5883L的數(shù)據(jù)，但是，一般來說都是不太準(zhǔn)確的。這是因?yàn)閭鞲衅鞒跏加姓`差，并且周圍可能有鐵制品的器件也會(huì)干擾磁場的方向。

如下圖所示，只考慮X、Y兩個(gè)方向，傳感器旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，測量到的地球磁場方向應(yīng)該如（a）所示是一個(gè)正圓形，但是由于受到各種影響，實(shí)際可能是一個(gè)中心偏離原點(diǎn)的橢圓形：

因此，數(shù)據(jù)需要校準(zhǔn)之后才能有比較好的效果。校準(zhǔn)通常有幾個(gè)方面的工作，一是校準(zhǔn)磁場的強(qiáng)度，二是校準(zhǔn)磁場的方向。

a）磁場強(qiáng)度校準(zhǔn)

在HMC5883L的數(shù)據(jù)手冊里有自檢和校準(zhǔn)的方法。

簡單來說，自檢時(shí)，可以設(shè)置寄存器Configuration Register A的MS1和MS0這兩位，使得芯片內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)等效于約1.1高斯的磁感應(yīng)強(qiáng)度加在三個(gè)方向上（實(shí)際疊加的是X、Y方向1.16Ga、Z方向1.08Ga），此時(shí)設(shè)置為單次轉(zhuǎn)換模式，芯片會(huì)自動(dòng)先測量一次外部磁感應(yīng)強(qiáng)度，再測量一次疊加1.1高斯后的磁感應(yīng)強(qiáng)度，把兩次的值相減之后存放再輸出寄存器中。如果增益是默認(rèn)的，則X、Y軸的原始值應(yīng)該在951附近，Z軸應(yīng)該在886附近。（本人手頭的這一只，測得的值在1120附近，基本算正常吧）。

校準(zhǔn)時(shí)，就是把自檢時(shí)測到的X、Y、Z三個(gè)方向的值，與內(nèi)部疊加的磁感應(yīng)強(qiáng)度（1.16Ga和1.08Ga）相除，算出一個(gè)比值，再用這個(gè)比值來反算測到的外部磁感應(yīng)強(qiáng)度。

一般進(jìn)行完這一步，可以一定程度地糾正（c）圖中的類似變成橢圓形的誤差。

b）磁場方向校準(zhǔn)

當(dāng)電路板上或者周圍有鐵質(zhì)品或磁性物品時(shí)，會(huì)在外部疊加一個(gè)磁場，使得圓心偏離原點(diǎn)，如果把原始量用于計(jì)算地磁北向，就會(huì)引起很大誤差。這時(shí)需要用另一種方法校準(zhǔn)。

將傳感器Z軸向上，勻速旋轉(zhuǎn)一周，收集X、Y軸的數(shù)據(jù)；再X或Y軸向上，Z軸水平，勻速旋轉(zhuǎn)一周，收集Z軸數(shù)據(jù)。將將讀取到的各軸數(shù)據(jù)的最大值加上最小值除以2，就得到一個(gè)近似的各軸的原點(diǎn)偏移值，如下：

Xoffset=（Xmax+Xmin）/2
Yoffset=（Ymax+Ymin）/2
Zoffset=（Zmax+Zmin）/2

使用時(shí)，原始值減去偏移值，就是方向校準(zhǔn)后的值：

X=X原始值-Xoffset
Y=Y原始值-Yoffset
Z=Z原始值-Zoffset

經(jīng)過上面兩步簡單的校準(zhǔn)后，磁力計(jì)的輸出值就準(zhǔn)確得多了。

4）一些使用經(jīng)驗(yàn)

a）磁力計(jì)會(huì)受到周圍磁鐵或鐵制品的影響，由于很多電子元器件（如插針、電阻、電容、芯片）內(nèi)部都含有鐵制品，印制板上的器件也會(huì)影響磁力計(jì)的數(shù)據(jù)，需要注意盡量遠(yuǎn)離；

b）HMC5883L芯片是霍尼韋爾生產(chǎn)的磁力計(jì)，同時(shí)也有國產(chǎn)的QMC5883L可以替換，引腳定義相同硬件上可以通用，但是寄存器不同，軟件上需要進(jìn)行相應(yīng)的更改；

c）計(jì)算地磁場來找北向時(shí)，需要注意，地理的北向與地磁北向不是完全重合的，它們之間的夾角稱為“地磁偏角”，與各地的地理位置有關(guān)，在用反正切算出地磁北向角時(shí)，再加上當(dāng)?shù)氐牡卮牌沁M(jìn)行修正即可。地磁偏角需要查資料獲得，如北京地區(qū)的地磁偏角為5°50’w，也就是正北方向在地磁北向再往西偏5°50‘，使用atan2(y,x)計(jì)算出來角度后要再加上5°50‘就是相對(duì)于地理正北向的角度了；

d）只有在水平放置時(shí)，使用atan2(y,x)計(jì)算出來的角度是地磁北向的角度，如果傳感器用在四軸飛行器或其他不水平的物體上，還要考慮俯仰、滾轉(zhuǎn)的角度影響，方法如下：

使用加速計(jì)進(jìn)行傾角補(bǔ)償，先要計(jì)算出橫滾角（Φ）Roll、以及俯仰角（θ）Pitch，再計(jì)算X、Y方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度：

Xh=X*cos(θ)+Y*sin(Φ)*sin(θ)-Z*cos(Φ)*sin(θ)
Yh=Y*cos(Φ)+Z*sin(Φ)

再由Xh和Yh的反正切計(jì)算偏航角（ψ）yaw。

考慮到X、Y組成的坐標(biāo)軸四個(gè)象限，可以變成如下公式：

當(dāng)(Xh<0)時(shí)，ψ=180-[arctan(Yh/Xh)*180/π]
當(dāng)(Xh>0,Yh<0)時(shí)，ψ=-[arctan(Yh/Xh)*180/π]
當(dāng)(Xh>0,Yh>0)時(shí)，ψ=360-arctan(Yh/Xh)*180/π
當(dāng)(Xh=0,Yh<0)時(shí)，ψ=90
當(dāng)(Xh=0,Yh>0)，ψ=270

好了，本節(jié)關(guān)于HMC5883L磁力計(jì)的使用就講到這里了。

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到了這里，關(guān)于【STM32+cubemx】0029 HAL庫開發(fā)：HMC5883L磁力計(jì)的應(yīng)用（電子指南針）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！