Como usar el magnetómetro/acelerómetro LSM303DLHC

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1 1 LSM303DLHC magnetómetro / acelerómetro Como usar el magnetómetro/acelerómetro LSM303DLHC con Arduino

2 2 LSM303DLHC magnetómetro / acelerómetro Indicé El LSM303DLHC... 3 Brújula electrónica... 4 La libreria para arduino... 5 Instalación... 6 Propiedades públicas... 6 Funciones públicas... 7 Ejemplo... 9 Esquema... 9 Sketches Serial Calibrate Heading Referencias / links... 12

3 3 LSM303DLHC magnetómetro / acelerómetro El LSM303DLHC The LSM303DLHC is a system-in-package featuring a 3D digital linear acceleration sensor and a 3D digital magnetic sensor. LSM303DLHC has linear acceleration full-scales of ±2g / ±4g / ±8g / ±16g and a magnetic field full-scale of ±1.3 / ±1.9 / ±2.5 / ±4.0 / ±4.7 / ±5.6 / ±8.1 gauss. All full-scales available are fully selectable by the user.lsm303dlhc includes an I2C serial bus interface that supports standard and fast mode 100 khz and 400kHz. The system can be configured to generate interrupt signals by inertial wake-up/free-fall fall events as well as by the position of the device itself. Thresholds and timing of interrupt generators are programmable by the end user on the fly. Magnetic and accelerometer parts can be enabled or put into power-down mode separately.the LSM303DLHC is available in a plastic land grid array package (LGA) and is guaranteed to operate over an extended temperature range from -40 C to +85 C. Features 3 magnetic field channels and 3 acceleration channels From ±1.3 to ±8.1 gauss magnetic field full-scale ±2g/±4g/±8g/±16g selectable full-scale 16 bit data output I2C serial interface Analog supply voltage 2.16 V to 3.6 V Power-down mode/ low-power mode 2 independent programmable interrupt generators for free-fall and motion detection Embedded temperature sensor Embedded FIFO 6D/4D orientation detection ECOPACK RoHS and Green compliant Applications Compensated compass Map rotation Position detection Motion-activated functions Free-fall detection Click/double click recognition Pedometer Intelligent power-saving for handheld devices Display orientation Gaming and virtual reality input devices Impact recognition and logging Vibration monitoring and compensation Complete datasheet

4 4 LSM303DLHC magnetómetro / acelerómetro Brújula electrónica Te gusta la brújula en el iphone? Pues construimos una brújula electrónica! Si vemos la hoja de datos, vemos que el LSM303DLHC cuenta con 2 sensores, un magnetómetro con 3 ejes y un acelerómetro con 3 ejes. Mientras que es obvio para que necesitamos el magnetómetro, preguntémonos para que necesitamos 3 ejes y un acelerómetro para una brújula? Tu también tenias una de estas brújulas cuando niño? Este es un aparatico maravilloso, pero tiene sus problemas: Tiene que ser usada horizontalmente No muestra el norte geográfico Una brújula que compras en Europa no funciona bien en Sur América La brújula es muy sensible a metales e imanes que se encuentran cerca Todas estas imperfecciones no son verdaderos problemas para la brújula electrónica! Si inclinamos una brújula magnética, la aguja va a tener contacto con la base a partir de un ángulo bastante pequeño y así no se puede mover más. Obvio que esto no pasa en una brújula electrónica. Pero sin embargo las líneas magnéticas del campo terrestre van a cruzar el magnetómetro en un ángulo diferente, que tiene como consecuencia una medición errónea. Pero si medimos el ángulo de esta inclinación con el acelerómetro, podemos compensar nuestra medición. Si uno dice Norte casi siempre se refiere al polo norte geográfico, pero lo que la brújula nos indica es el polo norte magnético. La diferencia entre estos dos puntos depende de la latitud en donde uno se encuentra y se llama declinación magnética(ver figura 1). En internet se encuentran listas con estoss ángulos. Para calcular la orientación al polo geográfico se debe adicionar la declinación magnética a la orientación medida. Como una brújula magnética siempre cuenta con un computador o controlador es fácil calcular la orientación geográfica.

5 5 LSM303DLHC magnetómetro / acelerómetro La forma del campo magnético de la tierra es distinto en diferentes latitudes. El ángulo en que cruzan las líneas magnéticas la horizontal se denomina inclinación magnética. En los polos este ángulo tiene 90, en el ecuador 0 y en Europa alrededor de unos 60. Por eso las agujas de las brújulas magnéticas siempre son balanceadas, y este balanceo solo sirve para una región de la tierra. Como una brújula electrónica cuenta con 3 ejes es simple proyectar el vector de la medición en un plano horizontal. También la brújula electrónica es sensible a metales e imanes que se encuentran cerca de ella. Pero esto también se puede solucionar fácilmente. Podemos compensar los efectos, si evaluamos todas las magnitudes del magnetómetro cuando lo giramos por todos sus ejes. La representación en 3 dimensiones de estas mediciones deben resultar en una esfera centrada. Si la esfera no está centrada un campo magnético cercano, de un imán, alterará nuestra medición (hard-iron). Si la figura no es una esfera sino más bien un elipsoide, las alteraciones tienen sus causas en metales o conductores (soft-iron). La librería que hemos diseñado puede compensar las alteraciones hard-iron, las alteraciones soft-iron en general son muy pequeñas y con un buen diseño de la placa PCB se pueden minimizar. Si de todas formas quieres aplicar una compensación para estos efectos vas a encontrar buena información aquí: Tilt compensated compass La librería para arduino Con este documento llega un driver para arduino que facilita el uso del LSM303DLHC. El driver es una clase de C++ que principalmente hace lo siguiente: Abstraer la comunicación de I 2 C con el sensor Compensar las alteraciones causadas por imanes (hard-iron) Calcular la orientación con una compensación de inclinación del dispositivo (un poco de matemática)

6 6 LSM303DLHC magnetómetro / acelerómetro Este driver consiste de una carpeta denominada LSM303DLHC que contiene dos archivos: LSM303.h LSM303.cpp estos son los archivos driver. También hay una carpeta examples que contiene un sketch de un ejemplo sobre cómo usar el driver. Instalación Para instalar esta librería, llega a tu carpeta de instalación de arduino y copia toda la carpeta LSM303DLHC en la carpeta libraries. Después debes reiniciar el IDE Arduino para tener acceso al driver. Propiedades públicas Las propiedades públicas de este driver son: vector a La última medición del acelerómetro. vector m La última medición del magnetómetro. vector m_min Los valores mínimos del magnetómetro de cada eje. Se usa para la calibración de heading(). vector m_max

7 7 LSM303DLHC magnetómetro / acelerómetro Los valores máximos del magnetómetro de cada eje. Se usa para la calibración de heading(). byte last_status El estado de la última transacción del bus I2C. Mira aquí para los códigos de errores: Wire.endTransmission() documentation maggain maggain_? Una enumeración con posibles valores de amplificación del magnetómetro. maggain_13 = ±1,3Gauss maggain_19 = ±1,9 Gauss maggain_25 = ±2,5 Gauss maggain_40 = ±4,0 Gauss maggain_47 = ±4,7 Gauss maggain_56 = ±5,6 Gauss maggain_81 = ±8,1 Gauss Funciones públicas Las funciones públicas de este driver son: LSM303(void) El constructor de la clase void enabledefault(void) Inicializa el acelerómetro y el magnetómetro en la configuración básica. void writeaccreg(byte reg, byte value) Escribe un byte a un registro del acelerómetro. Mira LSM303.h para nombres de los registros. byte readaccreg(byte reg) Lee un byte de un registro del acelerómetro. Mira LSM303.h para nombres de los registros. void writemagreg(byte reg, byte value) Escribe un byte a un registro del magnetómetro. Mira LSM303.h para nombres de los registros. byte readmagreg(int reg) Lee un byte de un registro del magnetómetro. Mira LSM303.h para nombres de los registros. void setmaggain(maggain value) Ajusta la amplificación del magnetómetro. Usa los elementos de la enumeración maggain

8 8 LSM303DLHC magnetómetro / acelerómetro void readacc(void) Lee los valores de aceleración momentánea y los graba en el vector a. void readmag(void) Lee los valores momentáneas del magnetómetro y los graba en el vector m. void read(void) Ejecuta readacc y readmag int heading(void) Vuelve con la orientación compensada y calibrada como ángulo con respeto al norte

9 9 LSM303DLHC magnetómetro / acelerómetro Ejemplo Esquema Para usar el sketch del ejemplo se debe conectar el sensor LSM303DLHC como se ve en el esquema siguiente: (Una versión mas grande de este esquema se encuentra como PDF en la carpeta examples del driver.) Nota que no es necesario conectar el display LCD, porque el funcionamiento también se puede ver a través del

10 10 LSM303DLHC magnetómetro / acelerómetro puerto USB y en el IDE de Arduino. Sketches Hay tres programas de ejemplo en examples : Serial Este ejemplo imprime los datos sin tratamiento de todos los 6 ejes en el puerto serial. Debes empezar con este : Calibrate Este programa es una ayuda para calibrar los valores de orientación que se pueden ver en el ejemplo Heading. Antes de usar heading debes ejecutar este sketch y seguir los siguientes pasos: 1. Carga el Arduino con este sketch 2. Arranque el monitor serial 3. Coge el circuito y gíralo en todos los direcciones hasta que los valores que se pueden ver en el monitor serial no cambian mas. Esto se hace para obtener un centro de referencia el cuál debe estar sobre una esfera imaginaria. 4. Anota estos valores. Heading Esto es el ejemplo principal. Imprime el valor y el punto cardinal al puerto serial y a un display LCD Antes de cargar este sketch debes pasar los valores que has obtenido a través del sketch calibrate a este sketch.

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12 12 LSM303DLHC magnetómetro / acelerómetro Referencias / links LSM303DLHC en microelectronicos.com datasheet LSM303DLHC Application note Tilt compensated compass %20AppNote.pdf Arduino nano en microelectronicos.com Arduino web page Wikipedia about the compass