Digital compass
(Spring naar Nederlandse tekst)
 The compass shown here is based on the KMZ51 from Philips. Very good application notes on the IC can be found here. Some of the pictures shown are from these notes.

This IC consists of three elements:
  1. A bridge of wheatstone, consisting of four magneto-resistive resistors. The voltage at the pins of the bridge is proportional to the magnetic field the sensor is in.
  2. A flipping coil. With a short big current pulse through the flipping coil the measurement direction of the sensor can be changed.
  3. A compensating coil. With the current through this coil the magnetic field the sensor is in can be compensated.
ic config
The KMZ51 suffers from a few artefacts. The magneto-resistive materials are very much temperature dependent, noisy and can have a big varying offset. By using the compensation technique these problems can be accounted for.

The measurement procedure is as follows:
  1. Compensate the magnetic field by a current through the compensating coil. The current through the coil is then proportional to the field the sensor is in.
  2. Flip the measurement direction.
  3. Measure again in the opposite direction using the compensation method.
From the two measurements the offset off the sensor and the magnetic field can be calculated. For a measurement in all directions two sensors need to be used. If the compensation method is used the temperature dependence of the wheatstone bridge is accounted for as well.
timing
The signals from the wheatstone bridge are amplificated by the rail to rail op amp and then measured by the microcontroller (AVR Mega8) AD converters. The compensation signal is generated by the PWM outputs of the microcontroller. The flipping pulses are generated by pulsing two microcontroller digital outputs and then amplificated by the Darlington transistors.

schematische opbouw

The following electronic design is used:

schema
The sensitivity of the design can be altered by changing the amplification of the opamps and by changing the compensation coil's serial resistors.
Deze tekst is grotendeels automatisch vertaald uit het Engels, vandaar de soms wat kunstmatig aandoende teksten. De ergste missers heb ik eruit gehaald.
 Het kompas is gebaseerd op de KMZ51 van Philips. De zeer goede toepassingsnota's over IC kunnen hier worden gevonden. Enkele figuren op deze pagina zijn van deze datasheets.

Dit IC bestaat uit drie elementen:

   1. Een brug van wheatstone die bestaat uit vier magneto-resistive weerstanden. Het (verschil)voltage op de brug is evenredig met het magnetische veld.
2. Een spoel: 'flipping coil', waarmee de metingsrichting van de sensor kan worden veranderd.
   3. Een compensatiespoel. Met de stroom door deze spoel kan het magnetische veld worden gecompenseerd.

De KMZ51 kent een paar artefacten. De magneto-resistive materialen zijn zeer  temperatuur afhankelijk, geven veel ruis en hebben een forse varierende offset.  Door de compensatietechniek te gebruiken kunnen deze problemen worden opgelost.

De metingsprocedure is als volgt:
  1. Compenseer het magnetische veld door een stroom door de compensatie spoel. De stroom door de spoel is evenredig met het magneet veld dat gemeten wordt.
  2. Wijzig de magnetisatierichting van het IC door een korte stroompuls door de 'flipping coil'.
  3. Meet opnieuw in de tegenovergestelde richting.
Met de twee metingen kan de offset van de meting en het magnetische veld worden berekend. Voor een meting in alle richtingen moeten twee sensoren worden gebruikt. Aangezien de compensatiemethode wordt gebruikt wordt de temperatuurafhankelijkheid van de wheatstonebrug eveneens gecompenseerd.

De signalen van de wheatstonebrug worden verstert door een rail to rail opamp en dan gemeten door de microcontroller (AVR Mega8)
 AD convertors. Het compensatiesignaal wordt geproduceerd door de PWM outputs van microcontroller. De stroom pulse door het 'flipping coil' wordt gemaakt door de microcontroller digitale output te pulseren en en dit signaal te versterken met Darlington transistoren.



website statistics