Difference between revisions of "Matrix - 3-Axis Digital Compass"

Revision as of 07:02, 21 September 2015

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1 Introduction

3-Axis Digital Accelerometer

• The Matrix-3_Axis_Digital_Compass module is designed to measure the direction and functions like to a compass.
• It utilizes the HMC5883L chip. The HMC5883L includes high-resolution HMC118X series magneto-resistive sensors plus an ASIC containing amplification, automatic degaussing strap drivers, offset cancellation, and a 12-bit ADC that enables 1° to 2° compass heading accuracy. It achieves 2 milli-gauss field resolution in ±8 gauss fields. These sensors’ solid-state construction with very low cross-axis sensitivity is designed to measure both the direction and the magnitude of Earth’s magnetic fields, from milli-gauss to 8 gauss. It has an I2C serial bus interface.
• It integrates a 3.3V power conversion IC allowing it to be powered by an external 5V power source. It can be controlled by an I2C master.

2 Features

• I2C，3.3V
• 1° to 2° compass heading accuracy
• 2.54 mm spacing pin
• PCB Dimension(mm): 16 x 16

• Pin Description:

3 工作原理

• 片内的磁阻元件两两对齐，形成一个共同的敏感轴(如图上的箭头所示)，在磁场存在的情况下，磁阻传感器的变化将引起跨电桥输出电压的相应变动。随着磁场在敏感方向上不断增强，电压也就正向增长，输出与沿着该轴方向上的磁阻元件变化成比例，其他磁阻电桥放置在正交方向上，就能精密测量其他方向的磁场强度。 传感器内部还可产生标准磁场而进行的自测试(不论是正向配置还是负向配置)，再去测量此标准磁场强度并输出。
• HMC5883LL 通过两线I2C 总线系统作为一个从机装置进行通信。数据传输速率是标准模式100kbps 或400kbps 速率。总线位格式是一个8 位数据/地址传送和1 位应答位。格式的数据字节（有效载荷）应区分HMC5883L 从机上的大小写的ASCII 字符或二进制数据，以及返回的二进制数据。负二进制值将是以二进制的补码形式（这涉及到后面读到的数据判断有没有超过正数范围）。
• 这里采用I2C通信，接线方式如下图：

4 下载Matrix源码

Matrix配件相关的代码是完全是开源的，统一由一个仓库进行管理：git://github.com/friendlyarm/matrix.git
该仓库里不同的分支代表着Matrix配件所支持的不同开发板。

• nanopi分支包含了Matrix对NanoPi的支持；
• tiny4412分支包含了Matrix对Tiny4412的支持；
• raspberrypi分支包含了Matrix对RaspberryPi的支持；

在主机PC上安装git，以Ubuntu14.04为例

$ sudo apt-get install git

克隆Matrix配件代码仓库

$ git clone git://github.com/friendlyarm/matrix.git

克隆完成后会得到一个matrix目录，里面存放着所有Matrix配件的代码。

5 与NanoPi连接使用

5.1 准备工作

在NanoPi上运行Debian系统，然后在主机PC上安装并使用相应的编译器。参考wiki：NanoPi
注意：必须使用nanopi-v4.1.y-matrix分支编译出来的内核。
下载NanoPi内核源代码并编译

$ git clone https://github.com/friendlyarm/linux-4.x.y.git
$ cd linux-4.x.y
$ git checkout nanopi-v4.1.y-matrix
$ make nanopi_defconfig
$ touch .scmversion
$ make

5.2 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-3_Axis_Digital_Compass和NanoPi

连接说明：

5.3 编译测试程序

进入matrix代码仓库，切换到nanopi分支

$ cd matrix
$ git checkout nanopi

编译Matrix配件代码

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为NanoPi-Debian配套的arm-linux-gcc-4.4.3。
编译出来的库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-3_Axis_Digital_Compass对应的测试程序为matrix-3_axis_digital_compass。

5.4 运行测试程序

拷贝matrix相关的库文件和测试程序到NanoPi的文件系统上

$ cp install/usr/bin/* nanopi_rootfs/usr/bin/
$ cp install/lib/* nanopi_rootfs/lib/ -d

然后启动NanoPi，在Debian的shell终端中执行如下命令运行模块Matrix-3_Axis_Digital_Compass的测试程序
注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件正常连接。

$ matrix-3_axis_digital_compass

5.5 代码展示

int main(int argc, char ** argv)
{
    int devFD;
    double angle;
 
    if ((devFD = hmc5883Init()) == -1) {
        printf("Fail to init hmc5883\n");
        return -1;
    }
 
    if ((angle = hmc5883Read(devFD)) == -1) {
        printf("Fail to read hmc5883\n");
        hmc5883DeInit(devFD);
        return -1;
    }
    printf("The angle is %f\n", angle);
    printf("You are heading ");
    if((angle < 22.5) || (angle > 337.5 )) {           
        printf("South\n");
    }
    else if((angle > 22.5) && (angle < 67.5 )) {
        printf("South-West\n");
    }
    else if((angle > 67.5) && (angle < 112.5 )) {  
        printf("West\n");
    }
    else if((angle > 112.5) && (angle < 157.5 )) {  
        printf("North-West\n");
    }
    else if((angle > 157.5) && (angle < 202.5 )) {   
        printf("North\n");
    }
    else if((angle > 202.5) && (angle < 247.5 )) {  
        printf("NorthEast\n");
    }
    else if((angle > 247.5) && (angle < 292.5 )) {  
        printf("East\n");
    }
    else if((angle > 292.5) && (angle < 337.5 )) {   
        printf("SouthEast\n");
    }
    hmc5883DeInit(devFD);
    return 0;
}

6 与Tiny4412连接使用

6.1 准备工作

参考Tiny4412光盘里的《友善之臂Ubuntu使用手册》，在Tiny4412上运行UbuntuCore系统，然后在主机PC上安装并使用相应的编译器。
注意：只能使用Tiny4412SDK-1506的底板。

6.2 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-3_Axis_Digital_Compass和Tiny4412

连接说明：

6.3 编译测试程序

进入matrix代码仓库，切换到tiny4412分支

$ cd matrix
$ git checkout tiny4412

编译Matrix配件代码

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为tiny4412-UbuntuCore配套的arm-linux-gnueabihf-gcc-4.7.3。
编译出来的库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-3_Axis_Digital_Compass对应的测试程序为matrix-3_axis_digital_compass。

6.4 运行测试程序

拷贝matrix相关的库文件和测试程序到Tiny4412的UbuntuCore的文件系统上

$ cp install/usr/bin/* tiny4412_rootfs/usr/bin/
$ cp install/lib/* tiny4412_rootfs/lib/ -d

然后启动Tiny4412，在UbuntuCore的shell终端中执行如下命令运行模块Matrix-3_Axis_Digital_Compass的测试程序
注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件正常连接。

$ matrix-3_axis_digital_compass

6.5 代码展示

int main(int argc, char ** argv)
{
    int devFD;
    double angle;
 
    if ((devFD = hmc5883Init()) == -1) {
        printf("Fail to init hmc5883\n");
        return -1;
    }
 
    if ((angle = hmc5883Read(devFD)) == -1) {
        printf("Fail to read hmc5883\n");
        hmc5883DeInit(devFD);
        return -1;
    }
    printf("The angle is %f\n", angle);
    printf("You are heading ");
    if((angle < 22.5) || (angle > 337.5 )) {           
        printf("South\n");
    }
    else if((angle > 22.5) && (angle < 67.5 )) {
        printf("South-West\n");
    }
    else if((angle > 67.5) && (angle < 112.5 )) {  
        printf("West\n");
    }
    else if((angle > 112.5) && (angle < 157.5 )) {  
        printf("North-West\n");
    }
    else if((angle > 157.5) && (angle < 202.5 )) {   
        printf("North\n");
    }
    else if((angle > 202.5) && (angle < 247.5 )) {  
        printf("NorthEast\n");
    }
    else if((angle > 247.5) && (angle < 292.5 )) {  
        printf("East\n");
    }
    else if((angle > 292.5) && (angle < 337.5 )) {   
        printf("SouthEast\n");
    }
    hmc5883DeInit(devFD);
    return 0;
}

7 与RaspberryPi连接使用

8 与Arduino连接使用

9 相关资料

HMC5883L_3-Axis_Digital_Compass_IC.pdf