Calibración con magnetómetro ∞

En los teléfonos móviles y otros dispositivos que usan una brújula electrónica de 3 ejes, se usa un movimiento en forma de ∞ / 8 / S para calibrar el magnetómetro como se muestra en estos videos .

¿Por qué se realiza este movimiento, cuál es la teoría, y alguien puede dar algún código C de ejemplo para implementarlo?

Debes revisar mi otra pregunta similar que contiene más información.

Alguna información adicional para esta pregunta en particular: la plataforma es AtMega32 de 8 bits, usando AVR Studio 5.

Hasta ahora lo he intentado: he intentado dividir el promedio entre 2 de los valores vectoriales del magnetómetro que forma la figura. Pensar podría ayudar a calcular las compensaciones. Creo que de alguna manera las dos partes / lados idénticos de la forma están cancelando el campo magnético de la Tierra y dando los valores de desplazamiento. Podría estar equivocado. Pero particularmente para la calibración basada en la forma, aquí es donde estoy actualmente. Creo que la calibración funciona de esta manera. La idea es descubrir si eso funciona de esta manera.

Ok, el código por el cual puedo calcular los desplazamientos y luego simplemente restarlos del vector 3D magnético sin procesar. Podría estar totalmente equivocado y no tengo explicación de cómo funciona. Al ver el video y los datos trazados en la esfera, de alguna manera ha acelerado mi pensamiento y usé ese pensamiento en forma de ecuación. SI)

Código:

Las funciones Read_accl();y Read_magnato(1);están leyendo los datos del sensor. Espero que el código se explique por sí mismo. Esperando que las personas sabias seguramente usen esto de maneras mucho mejores. : \

void InfinityShapedCallibration()
{
    unsigned char ProcessStarted = 0;
    unsigned long cnt = 0; 

    while (1)
    {

            Read_accl();

            // Keep reading Acc data
            // Detect Horizontal position
            // Detect Upside down position
            // Then detect the Horizontal position again.
            // Meanwhile an infinity shaped movement will be created.
            // Sum up all the data, divide by the count, divide by 2 .
            // !We've offsets.          

                if (ProcessStarted!=3)
                {
                //
                    //USART_Transmit_String("\r");
                    //rprintfFloat(4, g_structAccelerometerData.accx_RAW);
                    //USART_Transmit_String(",");
                    //rprintfFloat(4, g_structAccelerometerData.accy_RAW);
                    //USART_Transmit_String(",");
                    //rprintfFloat(4, g_structAccelerometerData.accz_RAW);

                }


            if (
             abs( g_structAccelerometerData.accx_RAW) < 100 
            && abs(g_structAccelerometerData.accy_RAW) < 100 
            && g_structAccelerometerData.accz_RAW < -350 
            && ProcessStarted != 2 && ProcessStarted != 3 && ProcessStarted != 1 )
            {
                ProcessStarted = 1; 
            }   

            if (ProcessStarted==1)
            { 

            Read_magnato(1);

                structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_X += g_structMegnetometerData.magx_RAW;
                structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_Y += g_structMegnetometerData.magy_RAW;
                structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_Z += g_structMegnetometerData.magz_RAW;

                cnt++;

            }               
                if ( g_structAccelerometerData.accz_RAW > 350 
                && ProcessStarted==1)
                {
                    ProcessStarted = 2; 
                }

                if ( g_structAccelerometerData.accz_RAW < -350 
                && ProcessStarted == 2 )
                {
                    ProcessStarted=3; 
                    structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_X /= cnt;
                    structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_X /= 2;

                    structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_Y /= cnt;
                    structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_Y /= 2;

                    structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_Z /= cnt;
                    structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_Z /= 2;  

                    UpdateOFFSETDATAinEEPROM();  

                    break;

                } 
    }   
} 

Después de obtener estas compensaciones, las usé de la siguiente manera:

void main()
{
...

Read_magnato(1);
        g_structMegnetometerData.magx_RAW -= structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_X ;
        g_structMegnetometerData.magy_RAW -= structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_Y ;
        g_structMegnetometerData.magz_RAW -= structMagnetometerOffsetDataToEEPROM.Off_Z ;
...
}

Como he mencionado.

El patrón en forma de 8 / S se utiliza para calibrar magnetómetros en teléfonos móviles y otros dispositivos.

Antecedentes

Los magnetómetros típicos de la era de los teléfonos móviles miden la intensidad del campo magnético a lo largo de tres ejes ortogonales, por ejemplo:

$\textbf{m} = m_x\boldsymbol{\hat{\imath}} + m_y\boldsymbol{\hat{\jmath}} + m_z\boldsymbol{\hat{k}}$

Con la magnitud del campo dada por,

$\|\textbf{m}\| = \sqrt{m_x^2 +m_y^2 + m_z^2}$

y el ángulo de rotación de cada eje como

$\theta_k = \cos^{-1} \frac{m_k}{ \| \textbf{m} \| }, \text{ where } k \in [x,y,z]$

Calibración

Dado que el campo magnético de la tierra es relativamente constante, la magnitud del campo medido por el magnetómetro también debe ser constante, independientemente de la orientación del sensor. es decir, si uno girara el sensor y trazara , m y y m $m_x$$m_y$$m_z$ en 3D, las rutas deberían trazar la superficie de una esfera con radio constante.

Idealmente debería verse algo así:

Sin embargo, debido a los efectos de hierro duro y blando y otras distorsiones, termina pareciéndose a una esfera deformada:

Esto se debe a que la magnitud del campo magnético medido por el sensor está cambiando con la orientación. El resultado es que la dirección del campo magnético cuando se calcula de acuerdo con las fórmulas anteriores es diferente de la dirección verdadera.

Se debe realizar una calibración para ajustar cada una de las lecturas de los tres ejes de modo que la magnitud sea constante independientemente de la orientación; puede pensar que la esfera deformada debe deformarse en una esfera perfecta. La nota de aplicación LSM303 tiene muchas instrucciones detalladas sobre cómo realizar esto.

Entonces, ¿qué pasa con el patrón de la figura 8?

La ejecución del patrón de la figura 8 'traza' parte de la esfera deformada de arriba. A partir de las coordenadas obtenidas, se puede estimar la deformación de la esfera y obtener los coeficientes de calibración. Un buen patrón es aquel que traza el mayor rango de orientaciones y, por lo tanto, estima la mayor desviación de la verdadera magnitud constante.

Para estimar la forma de la esfera deformada, se puede usar el ajuste de elipse de mínimos cuadrados . La nota de aplicación LSM303 también tiene información al respecto.

Un método simple para una calibración básica.

Según la nota de la aplicación, si supone que no hay distorsión de hierro suave, la esfera deformada no se inclinará. Por lo tanto, un método simple para una calibración básica puede ser posible:

• Encuentre el valor máximo y mínimo para cada eje, y obtenga el rango de 1/2 y el punto cero

$r_k = \tfrac{1}{2} (\max(m_k) - \min(m_k))$

$z_k = \max(m_k) - r_k$

• Cambia y escala cada medida de eje

$m_k' = \frac{m_k - z_k}{r_k}$

• $m_k'$

Esto se basa en el código que se encuentra aquí.

Resolver usando mínimos cuadrados

El código MATLAB para resolver usando mínimos cuadrados se muestra a continuación. El código asume una variable magdonde las columnas son los valores xyz.

H = [mag(:,1), mag(:,2), mag(:,3), - mag(:,2).^2, - mag(:,3).^2, ones(size(mag(:,1)))];
w = mag(:,1).^2;
X = (H'*H)\H'*w;
offX = X(1)/2;
offY = X(2)/(2*X(4));
offZ = X(3)/(2*X(5));
temp = X(6) + offX^2 + X(4)*offY^2 + X(5)*offZ^2;
scaleX = sqrt(temp);
scaleY = sqrt(temp / X(4));
scaleZ= sqrt(temp / X(5));

Para realizar una calibración dinámica de la figura 8, puede ejecutar la rutina de mínimos cuadrados con cada nueva lectura y finalizar cuando los factores de desplazamiento y escala se hayan estabilizado.

Campo magnético de la tierra

Tenga en cuenta que el campo magnético de la Tierra generalmente no es paralelo a la superficie y puede haber un gran componente descendente.