Matrix - 3-Axis Digital Compass/zh

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English

1 介绍

3-Axis Digital Compass
  • 模块Matrix-3_Axis_Digital_Compass的功能为测量方向，相当于指南针。
  • 搭载了一颗HMC5883L芯片，HMC5883L利用霍尼韦尔的各种异性磁阻的（AMR）技术，包含最先进的高分辨率HMC118X系列磁阻传感器，并附带Honeywel专利的集成电路包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校准、能使指南针精度控制在1°~2°的12位模数转换器，能在±8高斯的磁场中实现5毫高斯分辨率测量。这些传感器的固态结构结合非常低的横轴灵敏度目的是测量方向和地球磁场的大小，采用I2C方式通讯。
  • 集成了3.3V电源转换IC给HMC5883L供电，只需连接5V电源和主控的I2C接口就可以使用。

2 特性

  • I2C，3.3V
  • 1～2度精度
  • 2.54mm排针接口，接线方便，通用性强
  • PCB尺寸（mm）：16x16

3-Axis Digital Compass Size

  • 引脚说明:
名称 描述
SDA I2C SDA
SCL I2C SCL
5V 电源5V
GND 地

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）。

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：https://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分支用于支持NanoPi；
  • nanopi2分支用于支持NanoPi 2；
  • tiny4412分支用于支持Tiny4412；
  • raspberrypi分支用于支持RaspberryPi；

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 https://github.com/friendlyarm/matrix.git

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

5 与NanoPi 2连接使用

5.1 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-3_Axis_Digital_Compass和NanoPi 2：
Matrix-3_Axis_Digital_Compass_nanopi_2

连接说明：

Matrix-3_Axis_Digital_Compass NanoPi 2
SDA Pin3
SCL Pin5
5V Pin4
GND Pin6

5.2 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到nanopi2分支 

$ cd matrix
$ git checkout nanopi2

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 2配套的arm-linux-gcc-4.9.3。
编译成功后库文件位于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-compass。
硬件驱动模块位于modules目录下，对应的驱动源码都包含在在NanoPi 2的Linux内核仓库里：https://github.com/friendlyarm/linux-3.4.y.git

5.3 运行测试程序

将带有Debian系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令将Matrix的硬件驱动、库文件和测试程序拷贝到NanoPi 2的文件系统上。

$ cp modules /media/rootfs/ -r
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d
$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/

将SD卡重新插入NanoPi 2，上电启动，在Debian的shell终端中执行以下命令运行模块Matrix-3_Axis_Digital_Compass的测试程序。

$ matrix-compass

注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件连接正确。

运行效果如下：
matrix-compass_result

5.4 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NanoPi M2连接使用

6.1 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-3_Axis_Digital_Compass和NanoPi M2：
Matrix-3_Axis_Digital_Compass_nanopi_M2

连接说明：

Matrix-3_Axis_Digital_Compass NanoPi M2
SDA Pin3
SCL Pin5
5V Pin4
GND Pin6

6.2 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到nanopi_M2分支 

$ cd matrix
$ git checkout nanopi_M2

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 2配套的arm-linux-gcc-4.9.3。
编译成功后库文件位于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-compass。
硬件驱动模块位于modules目录下，对应的驱动源码都包含在在NanoPi M2的Linux内核仓库里：https://github.com/friendlyarm/linux-3.4.y.git

6.3 运行测试程序

将带有Debian系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令将Matrix的硬件驱动、库文件和测试程序拷贝到NanoPi M2的文件系统上。

$ cp modules /media/rootfs/ -r
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d
$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/

将SD卡重新插入NanoPi M2，上电启动，在Debian的shell终端中执行以下命令运行模块Matrix-3_Axis_Digital_Compass的测试程序。

$ matrix-compass

注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件连接正确。

运行效果如下：
matrix-compass_result

6.4 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NanoPC-T2连接使用

7.1 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-3_Axis_Digital_Compass和NanoPC-T2：
Matrix-3_Axis_Digital_Compass_NanoPC-T2

连接说明：

Matrix-3_Axis_Digital_Compass NanoPC-T2
SDA Pin6
SCL Pin5
5V Pin29
GND Pin30

7.2 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到NanoPC-T2分支 

$ cd matrix
$ git checkout NanoPC-T2

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 2配套的arm-linux-gcc-4.9.3。
编译成功后库文件位于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-compass。
硬件驱动模块位于modules目录下，对应的驱动源码都包含在在NanoPi 2的Linux内核仓库里：https://github.com/friendlyarm/linux-3.4.y.git

7.3 运行测试程序

将带有Debian系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令将Matrix的硬件驱动、库文件和测试程序拷贝到NanoPC-T2的文件系统上。

$ cp modules /media/rootfs/ -r
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d
$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/

将SD卡重新插入NanoPC-T2，上电启动，在Debian的shell终端中执行以下命令运行模块Matrix-3_Axis_Digital_Compass的测试程序。

$ matrix-compass

注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件连接正确。

运行效果如下：
matrix-compass_result

7.4 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;
}

8 与NanoPi连接使用

8.1 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 & How to Build the Compiling Environment。
注意: 只有使用nanopi-v4.1.y-matrix分支编译出来的内核才能配合Matrix配件正常工作。
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

编译好后的zImage位于内核源码arch/arm/boot/目录下，把该zImage替换掉NanoPi烧写文件sd-fuse_nanopi/prebuilt下的zImage，重新制作SD卡即可。

8.2 硬件连接

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

连接说明：

Matrix-3_Axis_Digital_Compass NanoPi
SDA Pin3
SCL Pin5
5V Pin4
GND Pin6

8.3 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-compass。

8.4 运行测试程序

将带有Debian系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令可将Matrix的所有库文件和测试程序拷贝到NanoPi的文件系统上。

$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d

将SD卡重新插入NanoPi，上电启动，在Debian的shell终端中执行以下命令运行模块Matrix-3_Axis_Digital_Compass的测试程序。

$ matrix-compass

注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件连接正确。

8.5 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;
}

9 与Tiny4412连接使用

9.1 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。

9.2 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-3_Axis_Digital_Compass和Tiny4412：
matrix-3_axis_digital_compass_tiny4412

连接说明：

Matrix-3_Axis_Digital_Compass Tiny4412
SDA CON18 SDA
SCL CON18 SCL
5V CON18 5V
GND CON18 GND

9.3 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-compass。

9.4 运行测试程序

将带有UbuntuCore系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令可将Matrix的所有库文件和测试程序拷贝到Tiny4412的文件系统上。

$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d

将SD卡重新插入Tiny4412，上电启动，在UbuntuCore的shell终端中执行以下命令运行模块Matrix-3_Axis_Digital_Compass的测试程序。

$ matrix-accelerometer

注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件连接正确。

9.5 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;
}

10 与RaspberryPi连接使用

11 与Arduino连接使用

12 相关资料

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