如何使用 Arduino 和 Processing IDE 制作指南针
在这个 Arduino 项目中,我们将了解如何使用 Arduino、MEMS 磁力计和处理 IDE 制作这款外观酷炫的指南针。这是指南针的演示视频:
这个项目我们只需要一个用于测量地球磁场的 MEMS 磁力计、一个 Arduino 板和一些跳线。作为示例,我将使用 HMC5883L,这是一款集成在 GY-80 分线板上的 3 轴磁力计。
首先,我们需要使用 Arduino 板通过 I2C 协议从传感器获取数据。然后使用传感器的 X - 轴和 Y - 轴值,我们将计算航向并通过串行端口将其值发送到处理 IDE。以下代码将完成这项工作:
如果您需要详细了解 MEMS 磁力计的工作原理以及如何从中获取数据,可以查看我的 MEMS 传感器教程。
这里首先我们需要接收来自串行端口的航向值。有关如何完成此操作的更多详细信息,您可以查看我的 Arduino 和处理教程。
指南针实际上是一个图像,或者更准确地说,它由加载到 Processing IDE 中的多个透明图像组成。图像位于草图的工作目录中。在使用 image() 函数在 draw() 部分定义图像对象后,我们加载背景图像(这是可选的,您可以只为背景使用简单的颜色)。然后加载指南针图像,该图像使用 rotateZ() 函数随航向值旋转。在它们的顶部加载了指南针箭头图像。
这是处理IDE代码:
您可以在此处下载项目文件、图片和源代码: 概览
指南针的工作原理
Arduino 部分
/* Arduino Compass
*
* by Dejan Nedelkovski,
* www.HowToMechatronics.com
*
*/
#include <Wire.h> //I2C Arduino Library
#define Magnetometer_mX0 0x03
#define Magnetometer_mX1 0x04
#define Magnetometer_mZ0 0x05
#define Magnetometer_mZ1 0x06
#define Magnetometer_mY0 0x07
#define Magnetometer_mY1 0x08
int mX0, mX1, mX_out;
int mY0, mY1, mY_out;
int mZ0, mZ1, mZ_out;
float heading, headingDegrees, headingFiltered, declination;
float Xm,Ym,Zm;
#define Magnetometer 0x1E //I2C 7bit address of HMC5883
void setup(){
//Initialize Serial and I2C communications
Serial.begin(115200);
Wire.begin();
delay(100);
Wire.beginTransmission(Magnetometer);
Wire.write(0x02); // Select mode register
Wire.write(0x00); // Continuous measurement mode
Wire.endTransmission();
}
void loop(){
//---- X-Axis
Wire.beginTransmission(Magnetometer); // transmit to device
Wire.write(Magnetometer_mX1);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(Magnetometer,1);
if(Wire.available()<=1)
{
mX0 = Wire.read();
}
Wire.beginTransmission(Magnetometer); // transmit to device
Wire.write(Magnetometer_mX0);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(Magnetometer,1);
if(Wire.available()<=1)
{
mX1 = Wire.read();
}
//---- Y-Axis
Wire.beginTransmission(Magnetometer); // transmit to device
Wire.write(Magnetometer_mY1);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(Magnetometer,1);
if(Wire.available()<=1)
{
mY0 = Wire.read();
}
Wire.beginTransmission(Magnetometer); // transmit to device
Wire.write(Magnetometer_mY0);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(Magnetometer,1);
if(Wire.available()<=1)
{
mY1 = Wire.read();
}
//---- Z-Axis
Wire.beginTransmission(Magnetometer); // transmit to device
Wire.write(Magnetometer_mZ1);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(Magnetometer,1);
if(Wire.available()<=1)
{
mZ0 = Wire.read();
}
Wire.beginTransmission(Magnetometer); // transmit to device
Wire.write(Magnetometer_mZ0);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(Magnetometer,1);
if(Wire.available()<=1)
{
mZ1 = Wire.read();
}
//---- X-Axis
mX1=mX1<<8;
mX_out =mX0+mX1; // Raw data
// From the datasheet: 0.92 mG/digit
Xm = mX_out*0.00092; // Gauss unit
//* Earth magnetic field ranges from 0.25 to 0.65 Gauss, so these are the values that we need to get approximately.
//---- Y-Axis
mY1=mY1<<8;
mY_out =mY0+mY1;
Ym = mY_out*0.00092;
//---- Z-Axis
mZ1=mZ1<<8;
mZ_out =mZ0+mZ1;
Zm = mZ_out*0.00092;
// ==============================
//Calculating Heading
heading = atan2(Ym, Xm);
// Correcting the heading with the declination angle depending on your location
// You can find your declination angle at: https://www.ngdc.noaa.gov/geomag-web/
// At my location it's 4.2 degrees => 0.073 rad
declination = 0.073;
heading += declination;
// Correcting when signs are reveresed
if(heading <0) heading += 2*PI;
// Correcting due to the addition of the declination angle
if(heading > 2*PI)heading -= 2*PI;
headingDegrees = heading * 180/PI; // The heading in Degrees unit
// Smoothing the output angle / Low pass filter
headingFiltered = headingFiltered*0.85 + headingDegrees*0.15;
//Sending the heading value through the Serial Port to Processing IDE
Serial.println(headingFiltered);
delay(50);
}
Code language: Arduino (arduino)处理IDE部分
/* Arduino Compass
*
* by Dejan Nedelkovski,
* www.HowToMechatronics.com
*
*/
import processing.serial.*;
import java.awt.event.KeyEvent;
import java.io.IOException;
Serial myPort;
PImage imgCompass;
PImage imgCompassArrow;
PImage background;
String data="";
float heading;
void setup() {
size (1920, 1080, P3D);
smooth();
imgCompass = loadImage("Compass.png");
imgCompassArrow = loadImage("CompassArrow.png");
background = loadImage("Background.png");
myPort = new Serial(this, "COM4", 115200); // starts the serial communication
myPort.bufferUntil('\n');
}
void draw() {
image(background,0, 0); // Loads the Background image
pushMatrix();
translate(width/2, height/2, 0); // Translates the coordinate system into the center of the screen, so that the rotation happen right in the center
rotateZ(radians(-heading)); // Rotates the Compass around Z - Axis
image(imgCompass, -960, -540); // Loads the Compass image and as the coordinate system is relocated we need need to set the image at -960x, -540y (half the screen size)
popMatrix(); // Brings coordinate system is back to the original position 0,0,0
image(imgCompassArrow,0, 0); // Loads the CompassArrow image which is not affected by the rotateZ() function because of the popMatrix() function
textSize(30);
text("Heading: " + heading,40,40); // Prints the value of the heading on the screen
delay(40);
}
// starts reading data from the Serial Port
void serialEvent (Serial myPort) {
data = myPort.readStringUntil('\n');// reads the data from the Serial Port and puts it into the String variable "data".
heading = float(data); // Convering the the String value into Float value
}
Code language: Arduino (arduino)
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