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磁気センサー(磁方位コンパス)

 AP-CORE-A/Bの応用例として、 磁気センサの取り付け例を紹介します。磁方位センサは、 地磁気を計測することで、センサが向いている方位を計測できます。 方位には、真方位と磁方位があります。 真方位と磁方位は下図のような関係にあり、真方位は、緯線(真北) からの角度、磁方位は磁北(地磁気が向いている方向)からの角度 を意味います。日本における磁方位は、真方位に対して約6度から7度、 西にずれており、磁気センサで検知できるのは、磁方位です。



 自動車などのように平面上を動く移動体には、2軸の磁気センサでよいのですが、 飛行機のようにピッチング、ローリング運動をする移動体には3軸の磁気センサ を使用します。ここでは、2軸の磁気センサを使用しました。

 機器の構成を下図に示します。構成はGPS遠隔モニタ装置 とほぼ同じで、移動局側に磁気センサを追加し、また、磁方位を視覚的に表示するために、 磁方位表示ソフトを作成しました。



 磁気センサは、 アイチ・マイクロ・インテリジェント社AMI204-DIP6 を使用しました。

磁方位の算出方法

 ここでは、磁気センサで計測する地磁気の情報から、磁方位を算出 する方法について説明します。今回は2軸の磁気センサを使用するので、 センサからの出力はX軸方向の地磁気HXと、Y軸方向の地磁気HYです。 磁気センサは地磁気を、X軸成分(HX)とY軸成分(HY)に分けて 計測します。磁気センサの方位を変化させ、HXとHYをプロット すると、HXとHYは、下の右図のように円上にプロットされます。 この円の中心に相当する磁気をそれぞれ、HXref、HYrefとすると、 磁方位センサの向き、つまり、ここで求めたい磁方位は、下の右図 にある式で算出できます。HXref、HYrefはあらかじめ求めておき、 HXとHYは磁気センサより計測します。これで磁方位が計算できますね。

 磁方位の算出式を見ると、アークタンジェントを使っています。 分母がゼロになる場合を想定して、math.hのatan2を使用しましょう。 math.hが使用できない場合は、数表を作るといいでしょう。

 HXref、HYrefは、検出する場所の環境によります。必要に応じて キャリブレーションを行い、HXrefとHYrefを再設定します。 最も簡単なキャリブレーション方法は、磁方位センサの方位を変化 させた時の、HX(HY)の最大値と最小値の中間値とする方法です。 (平均値を取ると、データ取得によっては偏りが出るので、中間値 をお勧めします。)



配線図

 配線図を下図に示します。GPS遠隔モニタ装置 に対して、磁気センサとキャリブレーション用スイッチを接続します。

 磁気センサの出力はAD変換のJ4に接続します。今回使用する磁気センサ (AMI204)は2軸ですが、出力はひとつしかありません。出力は、XY信号 のHIとLOで切り替えます。XY信号とCS信号はJ9のI/OポートCに接続しました。 HIとLOをプログラムで切り替えます。また、キャリブレーション用スイッチ の信号もJ9に接続しました。J9のI/OポートCで、HIとLOを検知します。


 次の写真は配線例です。CPUボードとプラスチックケースの すきまに搭載しました。



実行例

 磁方位を視覚的に表示するために、磁方位表示ソフトを作成しました。 移動局で計算した磁方位を無線モデムで送信し、PC上で受信して、 磁方位を表示します。



   次の動画は実行例です。2Hzなのでカクカクですが、移動局の方位 を変化させると、磁方位表示ソフトの青矢印も変化していることが わかります。この装置は、自動車等の地上を移動する移動体の 運動モニターに応用できます。



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