概述

磁力計校準是確保傳感器數(shù)據(jù)準確性和可靠性的關(guān)鍵步驟。磁力計用于測量地球磁場，并在導(dǎo)航、定位、姿態(tài)測量等應(yīng)用中起到重要作用。然而，磁力計在使用過程中會受到環(huán)境磁場、硬件偏差、安裝誤差等因素的影響，從而導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。因此，校準磁力計以消除這些影響，是獲得精確測量數(shù)據(jù)的必要步驟。

本文將介紹如何使用ST提供的MotionFX庫在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)磁力計校準， 通過本文的介紹，讀者將能夠理解磁力計校準的基本概念，掌握使用MotionFX庫進行校準的步驟和方法，并學(xué)會如何在實際項目中實現(xiàn)磁力計的校準，以獲得高精度的磁場測量數(shù)據(jù)。

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視頻教學(xué)

[https://www.bilibili.com/video/BV1Mi421a7QF/]

樣品申請

[https://www.wjx.top/vm/OhcKxJk.aspx#]

源碼下載

[https://download.csdn.net/download/qq_24312945/89614581](

硬件準備

首先需要準備一個開發(fā)板，這里我準備的是自己繪制的開發(fā)板，需要的可以進行申請。

主控為STM32H503CB，陀螺儀為LSM6DSOW，磁力計為LIS2MDL。

DataLogFusion

這里參考ST提供的DataLogFusion程序，DataLogFusion示例應(yīng)用展示了如何使用STMicroelectronics開發(fā)的MotionFX中間件庫進行實時運動傳感器數(shù)據(jù)融合。
DataLogFusion的主要執(zhí)行流程包括初始化硬件和傳感器、中間件庫（MotionFX）的配置與初始化、傳感器數(shù)據(jù)的采集、實時數(shù)據(jù)融合以及結(jié)果的輸出。

磁力計校準過程

MotionFX庫的磁力計校準庫用于補償硬鐵失真。磁力計校準可以以比傳感器融合輸出數(shù)據(jù)速率更慢的頻率進行（例如25 Hz）。
● 初始化磁力計校準庫：
● 調(diào)用 MotionFX_MagCal_init 或 MotionFX_CM0P_MagCal_init 函數(shù)。
● 定期調(diào)用校準函數(shù)：
● 調(diào)用 MotionFX_MagCal_run 或 MotionFX_CM0P_MagCal_run 函數(shù)，直到校準成功完成。
● 檢查校準是否成功：
● 調(diào)用 MotionFX_MagCal_getParams 或 MotionFX_CM0P_MagCal_getParams 函數(shù)。如果函數(shù)返回 mag_data_out.cal_quality = MFX_MAGCALGOOD 或 MFX_CM0P_CALQSTATUSBEST，則校準成功。

在app_mems.c中的Magneto_Sensor_Handler函數(shù)負責(zé)處理磁力計（磁傳感器）數(shù)據(jù)的獲取、校準和發(fā)送。該函數(shù)的主要功能是從磁力計傳感器獲取數(shù)據(jù)，進行必要的校準，然后將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給其他部分使用。具體包括以下步驟：

1. 檢查傳感器是否啟用：函數(shù)首先檢查是否啟用了磁力計傳感器。如果傳感器未啟用，則函數(shù)不會執(zhí)行進一步操作。
2. 獲取磁力計數(shù)據(jù)：
   ○ 如果使用離線數(shù)據(jù)（即在調(diào)試或仿真模式下），函數(shù)會從預(yù)定義的離線數(shù)據(jù)數(shù)組中讀取磁力計數(shù)據(jù)。
   ○ 如果使用實時數(shù)據(jù)，函數(shù)會通過調(diào)用BSP_SENSOR_MAG_GetAxes函數(shù)從實際的磁力計傳感器中讀取當(dāng)前的磁力計數(shù)據(jù)。
3. 執(zhí)行磁力計校準：
   ○ 函數(shù)檢查磁力計是否已經(jīng)校準。如果尚未校準，則會進行校準過程。
   ○ 將獲取的磁力計數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)膯挝唬蕚湫瘦斎霐?shù)據(jù)。
   ○ 調(diào)用MotionFX_manager_MagCal_run函數(shù)運行校準算法。
   ○ 如果校準結(jié)果良好（校準質(zhì)量達到標準），函數(shù)會保存校準偏移值，并停止進一步的校準。
4. 應(yīng)用校準偏移：將校準偏移應(yīng)用到磁力計讀數(shù)中，以補償硬件偏差和環(huán)境干擾。
5. 序列化并發(fā)送數(shù)據(jù)：將校準后的磁力計數(shù)據(jù)序列化，并存儲到消息結(jié)構(gòu)（Msg）中，以供系統(tǒng)其他部分使用。

MotionFX_manager_MagCal_run函數(shù)用于運行磁力計校準算法。該函數(shù)接受磁力計輸入數(shù)據(jù)，調(diào)用MotionFX庫中的校準算法對數(shù)據(jù)進行處理，并返回校準結(jié)果。
MotionFX_MagCal_run函數(shù)執(zhí)行校準算法，對輸入數(shù)據(jù)進行處理，計算出校準所需的參數(shù)。
MotionFX_MagCal_getParams函數(shù)從校準算法中獲取校準后的參數(shù)，并存儲在輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)data_out中。這些參數(shù)包括磁力計的偏移和標度因子等校準信息。

MotionFX_MagCal_getParams

MotionFX_MagCal_getParams函數(shù)用于獲取磁力計的校準參數(shù)。這些參數(shù)包括校準后的硬鐵偏移量和校準質(zhì)量指標。該函數(shù)通過傳入一個指向輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針，返回校準結(jié)果的詳細信息。

調(diào)用MotionFX_MagCal_getParams函數(shù)后，可以通過檢查data_out結(jié)構(gòu)體中的參數(shù)來評估校準結(jié)果的質(zhì)量，并應(yīng)用偏移量來調(diào)整磁力計數(shù)據(jù)。
cal_quality：校準質(zhì)量因子，指示校準結(jié)果的準確性。具體值包括： MFX_MAGCALUNKNOWN = 0：校準參數(shù)的準確性未知。 MFX_MAGCALPOOR = 1：校準參數(shù)的準確性較差，不能被信任。 MFX_MAGCALOK = 2：校準參數(shù)的準確性尚可。 MFX_MAGCALGOOD = 3：校準參數(shù)的準確性良好。

校準移植

在main.c中添加變量定義。

/* USER CODE BEGIN 0 */
float MagOffset[3]={0.0f,0.0f,0.0f};//磁力計偏差
int Mag_TimeStamp,Mag_TimeStamp_1,Mag_TimeStamp_2;//磁力計時間戳

uint8_t Mag_flag=0;
/* USER CODE END 0 */

磁力計數(shù)據(jù)官方文檔推薦20/40HZ。

在mian.c中添加磁力計校準執(zhí)行函數(shù)這里陀螺儀數(shù)據(jù)為416Hz，單次循環(huán)執(zhí)行10次，所以讓磁力計在單次循環(huán)中只執(zhí)行一次，頻率則為40Hz左右。

/* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {

    if(fifo_flag)// 如果 FIFO 中斷標志被設(shè)置
    {        
        uint8_t acc_flag=0,gyr_flag=0;//加速度角速度標志位
        uint8_t deltatime_flag=0;//時間標志位        
//        printf("fifo_num=%dn",fifo_num);
        for(int i=0;i< fifo_num;i++)// 遍歷 FIFO 數(shù)據(jù)數(shù)組
        {
            // 獲取數(shù)據(jù)指針
            datax = (int16_t *)&fifo_data[i][1];
            datay = (int16_t *)&fifo_data[i][3];
            dataz = (int16_t *)&fifo_data[i][5];

            // 根據(jù)數(shù)據(jù)標簽處理不同類型的數(shù)據(jù)
            switch (fifo_data[i][0]) {
        case LSM6DSO_XL_NC_TAG:// 加速度數(shù)據(jù)
                    acc_flag=1;                
                    acc_x=lsm6dso_from_fs2_to_mg(*datax);
                    acc_y=lsm6dso_from_fs2_to_mg(*datay);
                    acc_z=lsm6dso_from_fs2_to_mg(*dataz);        
//                    printf("Acceleration [mg]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
//                    acc_x, acc_y, acc_z);                
          break;                
        case LSM6DSO_GYRO_NC_TAG:// 角速度數(shù)據(jù)
                    gyr_flag=1;
                    gyr_x=lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(*datax);
                    gyr_y=lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(*datay);
                    gyr_z=lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(*dataz);    
//                    printf("Angular rate [mdps]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
//                                    gyr_x,gyr_y,gyr_z);            
          break;                
        case LSM6DSO_TIMESTAMP_TAG:// 時間戳數(shù)據(jù)
                    deltatime_flag=1;
             /* 讀取時間戳數(shù)據(jù) */
                uint32_t timestamp=0;
                        timestamp+= fifo_data[i][1];
                        timestamp+= fifo_data[i][2]< 8;                    
                        timestamp+= fifo_data[i][3]< 16;                        
                        timestamp+= fifo_data[i][4]< 24;    
                    if(deltatime_first==0)//第一次
                    {
                        deltatime_1=timestamp;
                        deltatime_2=deltatime_1;
                        deltatime_first=1;
                         Mag_TimeStamp_1=timestamp;
                        Mag_TimeStamp_2=timestamp;                       
                    }
                    else
                    {
                        deltatime_2=timestamp;
                        Mag_TimeStamp_2=timestamp;
                    }
//                    printf("timestamp=%drn",timestamp);                            
          break;    
        default:
          break;                
                }
            if(i==0)
                Mag_flag=1;            
            // 如果加速度、角速度和時間戳數(shù)據(jù)都已獲取
            if(acc_flag&&gyr_flag&&deltatime_flag)
            {
                memset(data_raw_magnetic, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
                lis2mdl_magnetic_raw_get(&lis2mdl_dev_ctx, data_raw_magnetic);
                magnetic_mG[0] = lis2mdl_from_lsb_to_mgauss(data_raw_magnetic[0]);
                magnetic_mG[1] = lis2mdl_from_lsb_to_mgauss(data_raw_magnetic[1]);
                magnetic_mG[2] = lis2mdl_from_lsb_to_mgauss(data_raw_magnetic[2]);
                if(Mag_flag)
                {
                    Mag_TimeStamp=Mag_TimeStamp_2-Mag_TimeStamp_1;
                    if(Mag_TimeStamp_2 >Mag_TimeStamp_1)
                        Mag_TimeStamp=(int)((Mag_TimeStamp_2-Mag_TimeStamp_1)*25.0f/1000);
                    else if(Mag_TimeStamp_1 >Mag_TimeStamp_2)
                        Mag_TimeStamp=(int)((0xffffffff-Mag_TimeStamp_2+Mag_TimeStamp_1)*25.0f/1000);
                    else if(Mag_TimeStamp_1==Mag_TimeStamp_2)
                        Mag_TimeStamp=0;
                    Magneto_Sensor_Handler();
                    Mag_TimeStamp_1=Mag_TimeStamp_2;
                }    
                magnetic_mG[0] = magnetic_mG[0]-MagOffset[0];
                magnetic_mG[1] = magnetic_mG[1]-MagOffset[1];
                magnetic_mG[2] = magnetic_mG[2]-MagOffset[2];                
                lsm6dso_motion_fx_determin();// 調(diào)用 MotionFX 處理函數(shù)
                acc_flag=0;
                gyr_flag=0;
                deltatime_flag=0;
                deltatime_1=deltatime_2;    // 更新時間戳        
                Mag_flag=0;
            }

        }

        // 清除 FIFO 標志和數(shù)據(jù)量
        fifo_flag=0;
        fifo_num=0;

        }

    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

在app.h中添加磁力計校準函數(shù)定義。

#define FROM_UT50_TO_MGAUSS  500.0f
void Magneto_Sensor_Handler(void);

在app.c中添加磁力計校準函數(shù)。

typedef struct
{
  uint8_t hours;
  uint8_t minutes;
  uint8_t seconds;
  uint8_t subsec;
  float pressure;
  float humidity;
  float temperature;
  int32_t acceleration_x_mg;
  int32_t acceleration_y_mg;
  int32_t acceleration_z_mg;
  int32_t angular_rate_x_mdps;
  int32_t angular_rate_y_mdps;
  int32_t angular_rate_z_mdps;
  int32_t magnetic_field_x_mgauss;
  int32_t magnetic_field_y_mgauss;
  int32_t magnetic_field_z_mgauss;
} offline_data_t;

#define OFFLINE_DATA_SIZE  8
uint8_t UseOfflineData = 0;
uint8_t MagCalStatus = 0;
offline_data_t OfflineData[OFFLINE_DATA_SIZE];
extern float MagOffset[3];
extern float magnetic_mG[3];
extern int Mag_TimeStamp;
/**
  * @brief  Handles the MAG axes data getting/sending
  * @param  Msg the MAG part of the stream
  * @retval None
  */
void Magneto_Sensor_Handler(void)
{
  float ans_float;
  MFX_MagCal_input_t mag_data_in;
  MFX_MagCal_output_t mag_data_out;


        mag_data_in.mag[0] = (float)magnetic_mG[0] * FROM_MGAUSS_TO_UT50;
        mag_data_in.mag[1] = (float)magnetic_mG[1] * FROM_MGAUSS_TO_UT50;
        mag_data_in.mag[2] = (float)magnetic_mG[2] * FROM_MGAUSS_TO_UT50;

        mag_data_in.time_stamp = (int)Mag_TimeStamp;
//        Mag_TimeStamp += (uint32_t)ALGO_PERIOD;


        MotionFX_MagCal_run(&mag_data_in);
        MotionFX_MagCal_getParams(&mag_data_out);
        printf("mag_data_out=%d,MFX_MAGCALGOOD=%dn",mag_data_out.cal_quality,MFX_MAGCALGOOD);
        if (mag_data_out.cal_quality == MFX_MAGCALGOOD)
        {

//            MagCalStatus = 1;

            ans_float = (mag_data_out.hi_bias[0] * FROM_UT50_TO_MGAUSS);
            MagOffset[0] = (int32_t)ans_float;
            ans_float = (mag_data_out.hi_bias[1] * FROM_UT50_TO_MGAUSS);
            MagOffset[1] = (int32_t)ans_float;
            ans_float = (mag_data_out.hi_bias[2] * FROM_UT50_TO_MGAUSS);
            MagOffset[2] = (int32_t)ans_float;

//          /* Disable magnetometer calibration */
//          MotionFX_manager_MagCal_stop(ALGO_PERIOD);
        }

}

演示

未校準成功時未0。

校準成功時為3。

審核編輯 黃宇