Singularity-blog

前言：继上篇6轴IMU之后，本文将介绍电子罗盘的原理（数学模型）和以AK09915为目标的应用实例。

磁基础知识

磁的分类

• 硬磁：也就是永磁性材料。因为这种材料的矫顽力高/磁滞回线面基大，所以在被磁化后将很难退磁。
• 软磁：普通的纯铁就是很好的例子，可以被磁铁吸住（纯铁被磁化），但是把磁铁拿掉后，很快将不表现出磁性（退磁）。这种材料的矫顽力小/磁滞回线面基小，所以被磁化后将快速退磁；这种材料一般使用的目的就是增加磁导率，比如做成电感的磁芯可以加大电感量（$L=\mu\cdot S_{磁芯} \cdot N^2/l_{磁路}$）而又不带来大损耗。
  
• 地磁：地球产生的磁场，可以理解地球为永磁体，这里我们并不关注地球的磁性从何而来，只关心地磁场的模型（如下图）。NOTE：在地表测量地磁的磁感应强度范围约是0.4~0.6高斯，地磁场的大磁极轴与地球自转轴有一个约11.5°夹角。
  

磁物理量

首先是常见的磁感应强度$B$，磁场强度$H$，表征磁介质磁性能力的磁导率$\mu=B/H$。磁感应强度$B$的单位有国际标准单位“特斯拉”(T)，也有常听到的“高斯”(G)，这两个量的关系为：$1T=10^4G$。

前言：打算给小巡洋舰搞点花活，顺便做个飞控，记录一下其中最为关键的惯性导航（IMU）。本次项目中使用的是TDK出的最新MEMS传感器以提高项目的生命周期，因此本文将先简单介绍ICM42688这个片子，接着探讨SPI驱动方法，最后记录六轴MEMS传感器的工作原理。

ICM42688简介

这款6轴MEMS运动跟踪传感器内有一个三轴陀螺仪和一个三轴加速度计，通信方面支持I3C接口、常规的IIC、SPI通信和2kB的FIFO，并且按照TDK的老传统这个片子里也是带数字处理单元的。这个片子目前算是消费电子里的顶流了，参数如下：

• 陀螺仪噪声密度：$0.0028°/s/\sqrt{Hz}$
• 加速度计噪声密度：$70\mu g/\sqrt{Hz}$
• 8档陀螺仪量程：$\pm15.6 \sim 2000dps$
• 4档加速度计量程：2/4/8/16g
• 前端ADC精度：16bits
• SPI通信速率达24MHz
• 最后，温漂参数也是非常不错：
  • 陀螺仪SSF-Temp为$\pm 0.005 % /° C$，ZRO-Temp为$\pm 0.005 °/s/° C$
  • 加速度计SSF-Temp为$\pm 0.005 % /°C$，ZGO-Temp为$\pm 0.15 mg/° C$

至于内置的APEX数字运动处理器也是非常优秀了，可以说是针对消费电子设计的，支持检测拿起、记录步数、倾斜测试等。这些功能在机器人应用上虽然犹如鸡肋，但是应该可以做一些花活。

SPI总线

前言：受益于毕业后的狂欢🐟博客鸽了半个月。也不算是完全鸽掉，这段时间搞了一艘RC船，通信部分是基础中的基础，因此记录一下自己写的STM32读取接收机信号的成果。

图片中就是市面上最常见的“富士”系列接收机，可以输出数个通道的数据（对应于RC遥控器上的各个控制通道），而这些远程传输来的数据以PWM信号的形式供给舵机或者自驾仪，比如这款可以输出10个通道PWM信号。同时这款接收机还支持输出PPM信号（和1通道共用引脚），PPM信号如下图所示，只要使用1个引脚就能传输多个通道的数据，相比PWM来说节省了大量的走线和空间，这个信号也是笔者更偏爱的接收方式。