从零开始，电子工程超入门（地磁传感器应用篇）（中）

chenshijiao23 · 发表于 2018-10-18 22:24:43

2.扰乱地磁传感器的结构～传感器的值的倾角和偏角是什么呢？

接下来我们深入研究一下

传感器的最大值之谜。

首先，我们来看看究竟什么是地磁！？

的确，虽说我会使用地磁传感器，但完全不了解"地磁"本身是什么。 0 (1).gif

是地球发出的磁力?或是磁场吗？我只有这样的模糊的概念…。

什么是地磁？
这里，我们将学习地磁本身及地磁传感器的结构。简单来说，地磁传感器是指可感应磁铁发出的磁力的传感器。如图4所示，地球好比一个巨大的磁铁，其周围环绕着磁力。地磁传感器如同指南针，是可以检测地磁的传感器。
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图4：地球是一个巨大的磁铁

这里我们学习一点科学知识，实际上手持指南针指向北极点或南极点时，若保持方向不变，则无论何时都不可能到达北极点或南极点。这是地球结构暗藏的玄机。在国土地理院和气象厅的网站上刊登了浅显易懂的解说，地磁略偏离了地球中心。因受地球内部活动等的影响而发生了变化，根据2015年的数据，大约向西偏离了7度(后面详细解说)。真是不可思议呀。并且，以数万年～数十万年为单位，地磁可能发生反转。若是这样，即使使用地磁传感器制造出具有未来可永久保持耐久性的元器件，数万年后，也会因地球自身的轴偏离而必须进行补正…
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图5：地球的磁铁与北极点略有偏离

另外，此处还可使用国土地理院的电子国土Web(日文网页)查看偏离程度。
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图6：东京的磁北线

东京站刚好偏离了7.0°！

图7：宗谷岬的磁北线

哎呀，日本最北端的稚内并非7.0°，而是9.8°？？？？

那么，南部又如何呢…
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图8：那霸市的磁北线

冲绳那霸市并非7.0°，而是4.4°
真搞不明白，这到底是怎么回事呀…

这样，图正中央标记的红色数值表示偏离程度，东京站为7度，而日本最北端宗谷岬为9.8度，冲绳那霸市为4.4度，可以发现各值之间存在较大差异。

然而，这些偏离数值仅仅是告诉了我们偏离因地点的不同而异的现实。谜团更深了…。

倾角和偏角的存在

实际上地球地磁的最大值和正北方的偏离角度被称为"倾角"和"偏角"。地磁的偏离量一般记载为7度，但实际上该偏离量因计测位置的不同而异。该偏离量被称为偏角。就日本国内而言，大致为越向北方偏离越大，越向南方偏离越小。另外，将东西南北视为左右（XY轴）时，上下水平（Z轴）也会偏离。其被称为倾角。倾角即为图4、图5所示的与地磁流所形成的角度，就东京而言，以陷入地面的形式倾斜了约49度。因此刚才Z轴近乎颠倒成为最大值正是与此相关的吧？

由此可见，表示正确方向时，由于该倾角和偏角密切相关，因此使用GPS在地球上哪个位置补正偏离是非常难把握的事情…。理清思路后，发现使用地磁传感器等时，若不能明确北是指正北还是磁北，则欲取得的数值就会出现错误。

正北・・・地球的最北方

磁北・・・电子磁铁或地磁传感器所示的北的位置（地磁最大的方向）

3.查找磁力传感器的最小值和最大值并检测方向

下面，我们实际使用磁力传感器，通过Arduino来实现方向的检测。

包括地磁传感器在内，电子零件传感器在通常状态下电阻值会发生变化，因此通过在Arduino侧计测基于该电阻变化的电压值，读出了传感器的值。我们试着来查找本次使用的地磁传感器的XYZ轴的最小值和最大值。查找的值有水平时和与水平无关时的两种。由于该数值因实验环境而异，因此实验时请将其与传感器实际相连。
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本次将计算水平时的方向。下图9表示利用从串行监视器复制地磁传感器旋转一周后的值做成的XY轴的分布图。形成了一个漂亮的圆形。其为水平时，可通过使用反正切函数的公式计算角度。通过将以中点为轴、欲检测角度的点应用到公式中，计算角度。在程序侧，预先确认并设定中点和数值的范围后，需要将其写入Arduino。
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