. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Elektronický kompas
22. dubna 2011 - 9:50 | Pandatron | Elektronický kompas | Komentářů: 18  

Elektronický kompas

Ověření možnosti měření magnetického pole pomocí senzoru KMZ51/52 a následné vytvoření prototypu zařízení pro měření mag. pole Země, tj. elektronického kompasu.

Cílem projektu je ověření možností měření magnetického pole pomocí senzoru magnetického pole KMZ52 a následné vytvoření prototypu zařízení pro měření mag. pole Země ze kterého pak lze určit azimut, tj. elektronická verze kompasu.

Realizace
K měření mag. pole je použit integrovaný obvod KMZ52. Pro měření azimutu je potřebat měřit intenzitu mag. pole ve dvou osách, ose x a y. Porovnáním velikostí intenzit z jednotlivých směrů lze poté zjistit azimut. Jedná se o magnetorezistivní senzory. Senzor je složen z odporového můstku vytvořeného z materiálu, který mění odpor v zavislosti na intenzitě mag. pole. Výstupem z tohoto můstku intenzita mag. pole převedena na diferenční napětí.

Schéma zapojení


Obr. 1: Schéma zapojení

Jelikož je výstupní diferenční napětí senzoru velmi slabé, cca 1,5 mV je potřeba připojit na výstup operační zesilovače v zapojení typu diferenční zesilovač, kde je velikost zesílení dána poměrem velikostí odporů. Další nutnou podmínkou je kompenzace offsetu senzoru, neboť ten je několikanásobně větší než vlastní užitečný signál. Kompenzace offsetu se provádí pomocí integrované kompenzační cívce umístěné v senzoru. Do této cívky je potřeba pro ideální kompenzaci aby jí proudil po velmi krátkou dobu řádově v nanosekundách proud o velikosti 1A se střídavě se měnící polaritou. Tím, že cívkou prochází proud vytvoří se kolem ní magnetické pole. A tím, že se mění změnou polarity také směr vytvořeného magnetického pole, chyba offsetu se tímto způsobem eliminuje. Časování a spouštění pulzů má na starosti procesor, ktery funguje pouze jako generátor "taktovacího" signálu. Funkce lze lépe vidět z následujícího grafu. Kdy zelený průběh je spouštěcí signál generovaný procesorem a červený průběh odpovídá krátkým pulzům na kompenzační cívce.


Obr. 2: Generátor "taktovacího" signálu

Získání azimutu
Azimut je úhel otočení od severního magnetického pólu, tj. pro sever je azimut 0 stupňů, pro jih 180, atd. Výstupem senzoru jsou 2 analogové signály jejichž velikost je dána úrovní intenzity mag. pole, jsou citlivé osy jednotl. senzorů vzájemně otočeny o 90 stupňů. Porovnáním těchto 2 signálů lze určit azimut. Zřejmé to bude z následujích průběhů signálů pro azimuty sever, severovýchod a severozápad. Zde je průběh signálů pro sever. Osa x je v maximu, osa y je v minimu.


Obr. 3: Průběh signálů pro směr sever

Následuje průběh pro severovýchod, kde by měly mít obě osy stejnou úroveň i stejnou fázi.


Obr. 4: Průběh signálů pro směr severovýchod

Pro severozápad musí také platit, že úrovně v obou osách jsou stejné, ovšem oproti severovýchodu jsou mezi sebou fázově posunuté.


Obr. 5: Průběh signálů pro směr severozápad

Pokud bychom dále točili kompasem směrem na západ, postupně by klesala osa x (zelená) na minimum. Na následujícím obrázku je hotový prototyp elektronického kompasu:


Obr. 6: Hotový prototyp elektronického kompasu

Veškeré obrázky, podklady pro výrobu DPS atd. jsou dostupné ke stažení pod článkem.

Závěr
Cílem tohoto projektu bylo zjistit možnosti senzoru magnetického pole a jeho využití pro měření azimutu. Tímto prototypem lze rozlišit základní směry, pro přesné určení(dá se docílit přesnosti +/- 2 stupně) azimutu by bylo zapotřebí kompenzovat i další nepřesnosti a nedokázali bychom se obejít bez dalšího zdroje s napájecím napětím kolem 10V, neboť s 5V napájením nelze dosáhnout proudu 1A, který je nutný pro kompenzaci offsetu. Co se týká rozlišení pouze základních 8-mi směrů je to velice jednoduché, neboť je potřeba pouze zjišťovat přítomnost signálu a porovnat je mezi sebou. Tuto jednoduchou funkci lze vytvořit pouze s několika logickými členy a použití mikroprocesoru je v takovém případě zbytečné.

Dostupnost KMZ51/52
Bohužel jsou v současné době obvody KMZ52 jen obtížně dostupné. Do našeho eShopu se nám ve větším množství (cca stovky ks) podařilo zajistit obvody KMZ51 (jednoduché provedení), které také vynikají svou velmi vysokou citlivostí (až 16 mV/V/kA/m) a jsou tedy vhodné pro použití v obvodech elektronického kompasu. Bohužel jejich citlivosti a speciální funkci odpovídá i jejich poměrně vysoká cena.

Doplněno 2. 5. 2011: Všech 450 ks obvodů KMZ51 bylo prodáno a další kusy nejsou v současné době dostupné.

Literatura
[1] STRONK T. Electronic compass design using KMZ51 and KMZ52. Philips semiconductors, Germany, 2000.

Autor: Tomáš Lembard, UREL, FEEC, VUT Brno

Odkazy & Download:
Elektronický kompas
Ústav radioelektroniky
Obrázky, výrobní podklady a další - DOWNLOAD
KMZ51 v našem eShopu







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (18):

Zobrazit starší 30 dnů (18)...

host
18. Dne 14. 02. 2014 v 15:29 zaslal host
detektor polohy
Přeji hezký den,
prosím poradil by mi někdo, jak zhotovit ukazatel směru. Představuji si použít potenciometr, který by dle otáčení cca 180 stupňů převáděl signál na nějaký analogový asi ampérmetr, který by zobrazoval výchylku.Napájení by bylo z autobaterie.
Předem děkuji za radu.
kontakt: hejny.pavel@volny.cz


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PU232R - modul, převodník USB-UART
Modul s obvodem nové generace FT232RQ - převodník USB-UART pro vývoj a malosériovou výrobu.
od 390 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007