ST集成傳感器方案實現電子羅盤功能

圖10 LSM303DLH典型應用電路圖

4. 鐵磁場干擾及校準

電子指南針主要是通過感知地球磁場的存在來計算磁北極的方向。然而由于地球磁場在一般情況下只有微弱的0.5高斯，而一個普通的手機喇叭當相距2厘米時仍會有大約4高斯的磁場，一個手機馬達在相距2厘米時會有大約6高斯的磁場，這一特點使得針對電子設備表面地球磁場的測量很容易受到電子設備本身的干擾。

磁場干擾是指由于具有磁性物質或者可以影響局部磁場強度的物質存在，使得磁傳感器所放置位置上的地球磁場發(fā)生了偏差。如圖11所示，在磁傳感器的XYZ 坐標系中，綠色的圓表示地球磁場矢量繞z軸圓周轉動過程中在XY平面內的投影軌跡，再沒有外界任何磁場干擾的情況下，此軌跡將會是一個標準的以O(0,0)為中心的圓。當存在外界磁場干擾的情況時，測量得到的磁場強度矢量α將為該點地球磁場β與干擾磁場γ的矢量和。記作：

圖11 磁傳感器XY坐標以及磁力線投影軌跡

一般可以認為，干擾磁場γ在該點可以視為一個恒定的矢量。有很多因素可以造成磁場的干擾，如擺放在電路板上的馬達和喇叭，還有含有鐵鎳鈷等金屬的材料如屏蔽罩，螺絲，電阻， LCD背板以及外殼等等。同樣根據安培定律有電流通過的導線也會產生磁場，如圖12。

圖12 電流對磁場產生的影響

為了校準這些來自電路板的磁場干擾，主要的工作就是通過計算將γ求出。

4.1 平面校準方法

針對XY軸的校準，將配備有磁傳感器的設備在XY平面內自轉，如圖11，等價于將地球磁場矢量繞著過點O(γx,γy)垂直于XY平面的法線旋轉， 而紅色的圓為磁場矢量在旋轉過程中在XY平面內投影的軌跡。這可以找到圓心的位置為((Xmax + Xmin)/2, (Ymax + Ymin)/2). 同樣將設備在XZ平面內旋轉可以得到地球磁場在XZ平面上的軌跡圓，這可以求出三維空間中的磁場干擾矢量γ(γx, γy, γz).

4.2 立體8字校準方法

一般情況下，當帶有傳感器的設備在空中各個方向旋轉時，測量值組成的空間幾何結構實際上是一個圓球，所有的采樣點都落在這個球的表面上，如圖13所示，這一點同兩維平面內投影得到的圓類似。

圖13 地球磁場空間旋轉后在傳感器空間坐標內得到球體

這種情況下，可以通過足夠的樣本點求出圓心O(γx, γy, γz), 即固定磁場干擾矢量的大小及方向。公式如下：

8字校準法要求用戶使用需要校準的設備在空中做8字晃動，原則上盡量多的讓設備法線方向指向空間的所有8個象限，如圖14所示。

4.2 十面校準方法
同樣，通過以下10面校準方法，也可以達到校準的目的。

如圖16所示，經過10面校準方法之后，同樣可以采樣到以上所述球體表面的部分軌跡，從而推導出球心的位置，即固定磁場干擾矢量的大小及方向。