La bàn LED và máy đo độ cao: 7 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Những đồ vật có đèn LED luôn làm tôi mê mẩn. Do đó, dự án này nhằm kết hợp cảm biến la bàn kỹ thuật số phổ biến HMC5883L với 48 đèn LED. Bằng cách đặt các đèn LED trong một vòng tròn, đèn LED đang chiếu sáng là hướng bạn đang hướng tới. Mỗi 7,5 độ sẽ điều khiển một đèn LED mới cho kết quả chi tiết.

Bo mạch GY-86 cũng cung cấp một cảm biến áp suất khí quyển MS5611. Với sự trợ giúp của cảm biến này, có thể tính toán độ cao. Bởi vì độ phân giải cao, nó là hoàn hảo cho máy đo độ cao.

Cảm biến MPU6050 trên bo mạch GY-86 có cả gia tốc kế 3 trục và con quay hồi chuyển 3 trục. Con quay hồi chuyển có thể đo vận tốc của vị trí góc theo thời gian. Gia tốc kế có thể đo gia tốc trọng trường và bằng cách sử dụng toán lượng giác, có thể tính toán góc mà cảm biến được định vị. Bằng cách kết hợp dữ liệu gia tốc kế và con quay hồi chuyển, có thể nhận được thông tin về hướng của cảm biến. Điều này có thể được sử dụng để bù độ nghiêng cho la bàn HMC5883L (việc cần làm).

Các video hướng dẫn ngắn trong hướng dẫn này sẽ giải thích chi tiết cách hoạt động của nó. Quy trình hiệu chuẩn được tự động hóa để đảm bảo thành công. Nhiệt độ có sẵn theo độ C (mặc định) hoặc độ F.

Chúc vui vẻ !!

Bước 1: Máy đo độ cao

Máy đo độ cao sử dụng cảm biến áp suất khí quyển MS5611. Độ cao có thể được xác định dựa trên phép đo áp suất khí quyển. Độ cao càng lớn, áp suất càng giảm. Khi khởi động, máy đo độ cao sử dụng áp suất mực nước biển mặc định là 1013,25 mbar. Bằng cách nhấn nút ở chân 21, áp suất tại vị trí của bạn sẽ được sử dụng làm tham chiếu. Bằng cách này, bạn có thể đo gần đúng chiều cao của vật nào đó (ví dụ: khi lái xe lên dốc bằng ô tô).

Cái gọi là "công thức Hypsometric" được sử dụng trong dự án này. Công thức này sử dụng nhiệt độ để bù lại phép đo.

float alt=((powf (source / ((float) P / 100.0), 0.19022256) - 1.0) * ((float) TEMP / 100 + 273.15)) / 0.0065;

Bạn có thể tìm thêm về công thức hạ đẳng ở đây:

Công thức hypsometric

Dữ liệu hiệu chuẩn nhà máy và nhiệt độ cảm biến được đọc từ cảm biến MS5611 và được áp dụng vào mã để có được các phép đo chính xác nhất. Trong quá trình thử nghiệm, tôi nhận thấy rằng cảm biến MS5611 nhạy cảm với các luồng không khí và sự khác biệt về cường độ ánh sáng. Phải có kết quả tốt hơn trong video hướng dẫn này.

Bước 2: Các bộ phận

1 x Vi điều khiển Microchip 18f26k22 28-PIN PDIP

3 x MCP23017 16-bit I / O Expander SPDIP 28 chân

48 x LED 3mm

1 x mô-đun GY-86 với cảm biến MS5611, HMC5883L và MPU6050

1 x SH1106 OLED 128x64 I2C

1 x tụ gốm 100nF

Điện trở 1 x 100 Ohm

Bước 3: Sơ đồ mạch và PCB

Mọi thứ phù hợp trên một PCB một mặt. Tìm ở đây các tệp Eagle và Gerber để bạn có thể tự làm hoặc nhờ nhà sản xuất PCB.

Tôi sử dụng La bàn LED và Đồng hồ đo độ cao trong ô tô của mình và sử dụng giao diện OBD2 làm nguồn điện. Bộ vi điều khiển phù hợp hoàn hảo trong đầu nối.

Bước 4: Cách căn chỉnh hoàn hảo đèn LED theo hình tròn chỉ trong vài giây với phần mềm thiết kế Eagle PCB

Bạn phải thấy tính năng thực sự tuyệt vời này trong Phần mềm thiết kế PCB của Eagle giúp bạn tiết kiệm hàng giờ làm việc. Với tính năng Eagle này, bạn có thể căn chỉnh hoàn hảo các đèn LED theo hình tròn chỉ trong vài giây.

Chỉ cần nhấp vào tab "Tệp" và sau đó "Chạy ULP". Từ đây nhấp vào "cmd-draw.ulp". Chọn "Di chuyển", "bước độ" và "Vòng tròn". Điền tên của đèn LED đầu tiên vào trường "name". Đặt tọa độ của tâm hình tròn trên lưới tại các trường "X center coord" và "Y center coord". Trong dự án này có 48 đèn LED, do đó 360 chia cho 48 tạo ra 7,5 cho trường "Bước góc". Bán kính của vòng tròn này là 1,4 inch. Nhấn enter và bạn có một vòng tròn đèn LED hoàn hảo.

Bước 5: Quy trình hiệu chuẩn la bàn

HMC5883L bao gồm một ADC 12 bit cho phép độ chính xác của hướng la bàn từ 1 đến 2 độ C. Nhưng trước khi cung cấp dữ liệu có thể sử dụng, nó cần được hiệu chỉnh. Để dự án này hoạt động trơn tru, có phương pháp hiệu chuẩn này cung cấp độ lệch x- và y. Nó không phải là phương pháp nhẹ nhàng nhất nhưng nó là đủ cho dự án này. Thủ tục này sẽ chỉ tốn của bạn vài phút và mang lại cho bạn kết quả tốt đẹp.

Bằng cách tải và chạy phần mềm này, bạn sẽ được hướng dẫn trong quá trình hiệu chuẩn này. Màn hình OLED sẽ cho bạn biết khi nào quá trình sẽ bắt đầu và khi nào nó kết thúc. Quá trình hiệu chỉnh này sẽ yêu cầu bạn xoay cảm biến 360 độ trong khi giữ nó hoàn toàn bằng phẳng (nằm ngang với mặt đất). Gắn nó lên giá ba chân hoặc thứ gì đó tương tự. Làm điều này bằng cách cầm nó trong tay của bạn không hiệu quả. Cuối cùng, hiệu số sẽ được trình bày trên OLED. Nếu bạn chạy quy trình này nhiều lần, bạn phải thấy kết quả gần như bằng nhau.

Theo tùy chọn, dữ liệu được thu thập cũng có sẵn qua RS232 thông qua chân 27 (9600 baud). Chỉ cần sử dụng một chương trình đầu cuối như Putty và thu thập tất cả dữ liệu trong tệp nhật ký. Dữ liệu này có thể được nhập dễ dàng trong Excel. Từ đây, bạn có thể dễ dàng thấy độ lệch của HMC5883L trông như thế nào.

Các hiệu số được đưa vào EEPROM của vi điều khiển. Chúng sẽ được tải khi khởi động phần mềm la bàn và máy đo độ cao mà bạn sẽ tìm thấy trong bước 7.

Bước 6: Bù đắp từ tính từ vị trí của bạn

Có một Bắc từ trường và một Bắc địa lý (Cực Bắc). La bàn của bạn sẽ theo đường sức từ trường của trái đất, do đó hướng về phía Bắc từ trường. Sự khác biệt giữa từ trường Bắc và Bắc địa lý được gọi là độ nghiêng từ tính. Tại vị trí của tôi, độ nghiêng chỉ là 1 độ và 22 phút vì vậy không đáng để bù đắp điều này. Tại các vị trí khác, độ nghiêng này có thể lên tới 30 độ.

Tìm độ nghiêng từ tính tại vị trí của bạn

Nếu bạn muốn bù trừ điều này (là tùy chọn), bạn có thể thêm độ nghiêng (độ và phút) trong EEPROM của vi điều khiển. Tại vị trí 0x20, bạn có thể thêm các độ ở dạng thập lục phân có dấu. Nó được ký bởi vì nó cũng có thể là một độ nghiêng tiêu cực. Tại vị trí 0x21, bạn cũng có thể thêm phút ở dạng thập lục phân.

Bước 7: Biên dịch mã

Biên dịch mã nguồn này và lập trình bộ vi điều khiển của bạn. Mã này biên dịch chính xác với trình biên dịch MPLABX IDE v5.20 và XC8 v2.05 ở chế độ C99 (vì vậy hãy bao gồm các thư mục C99). Ngoài ra, tệp hex có sẵn để bạn có thể bỏ qua thủ tục biên dịch. Đảm bảo rằng bạn bỏ chọn hộp kiểm "Đã bật dữ liệu EEPROM" để ngăn dữ liệu hiệu chuẩn (xem bước 5) bị ghi đè. Đặt lập trình viên của bạn thành 3,3 volt!

Bằng cách kết nối chân 27 với mặt đất, bạn sẽ có nhiệt độ tính bằng F.

Cảm ơn Achim Döbler về thư viện đồ họa µGUI của anh ấy

Về nhì trong cuộc thi Cảm biến