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Bussola elettronica: progettazione facile grazie ai sensori magnetici

La bussola elettronica è più piccola e più precisa grazie al nuovo magnetometro con sensori magnetici

La bussola elettronica è in grado di rilevare la posizione assoluta di una persona, indipendentemente dalla posizione della bussola stessa. Com’è possibile? Questo avviene grazie a un magnetometro a 3 assi (MAG3110), che è dotato di particolari sensori magnetici di ultima generazione.

Una bussola elettronica con il nuovissimo magnetometro a 3 assi

La bussola elettronica con il magnetometro a tre assi sta continuando ad evolversi, diventando sempre più precisa e sempre più piccola. In passato, alcuni esperti di Freescale hanno scelto di usare una Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM, cioè memoria ad accesso casuale magnetoresistiva), per uno dei DSC. Si tratta di una tipologia di memoria non volatile in sviluppo dagli anni novanta che sfrutta l'effetto magnetoresistivo. A quel tempo, la MRAM veniva considerata da alcuni come una possibile "memoria universale", con velocità di scrittura che si avvicina a quella di SRAM e densità prossime a quelle della memoria flash.

Poiché il DSC includeva sia la RAM che la flash, i costruttori hanno pensato di poter semplificare l'architettura con un’unica memoria per gestire sia il codice dinamico che quello statico e l’archiviazione dei dati.

Gli sviluppatori hanno incontrato il team tecnico MRAM dell'azienda per rivedere la tecnologia e considerare dei compromessi. Dopo aver analizzato i numeri, il team ha concluso che la tempistica non era ottimale per un cambiamento dell’architettura. Ma è passato molto tempo da allora e molte cose sono cambiate. Gli stessi esperti stanno ora usando la Tunneling Magnetoresistive Technology (TMR) come base per una nuova famiglia di dispositivi per il rilevamento magnetico. In parole più semplici, stanno progettando una nuova famiglia di bussole elettroniche

Al CES di quest’anno a Las Vegas, Freescale ha annunciato il primo esemplare di quella famiglia, il magnetometro MAG3110 a 3 assi. Un magnetometro a 3 assi è una specie di bussola digitale che è in grado di determinare la posizione assoluta, indipendentemente dalla posizione del magnetometro. L’introduzione di questo prodotto è il passo logico successivo nei piani di Freescale per offrire una serie completa di sensori a sostegno dei mercati della navigazione e del gioco.

Prima di andare nello specifico, vediamo quali sono le unità di misura: l'unità di misura del campo magnetico B è il tesla (abbreviato con “T”). Wikipedia vi dirà che "una particella che porta una carica di 1 coulomb e passa attraverso un campo magnetico di 1 Tesla ad una velocità di 1 metro al secondo ha una forza di 1 newton". In forma di equazione: 1 T = 1 N / (A m). Un'altra unità di misura comunemente usata è il Gauss (abbreviato con “G”). Le due unità di misura si possono convertire facilmente dall’una all'altra:

1 T = 10,000 G
1 G = 1 x 10-4 T = 100 microTesla

Sensori sempre più piccoli per mini-bussole elettroniche

Quindi, tornando ora al magnetometro MAG3110 a 3 assi, vediamo qualche dato tecnico più specifico. Il magnetometro ha un range dinamico di +/- 10 Gauss (+/- 1000 microTesla). La risoluzione è di 0.1 microTesla e l’output data rate è va da 2.5 a 80 Hz. La Core supply va da 1.95V a 3.6V e la I/O Supply va da 1.62V a VDD.

Dal punto di vista dello schema a blocchi, il magnetometro a 3 assi MAG3110 include un sensore TMR a 3 assi, i circuiti di unità associata e un convertitore analogico-digitale, e il controller di stato-macchina. Le comunicazioni con un controller host avvengono via standard 400KHz I2C integrato da un segnale di uscita interrupt dal MAG3110 al controller host.

Si nota che le dimensioni minuscole del magnetometro a 3 assi MAG3110, l’estesa gamma di sensori ad alta risoluzione e le opzioni flessibili di alimentazione lo rendono una scelta ideale per aggiungere sensori magnetici praticamente a qualsiasi prodotto di consumo. Freescale sostiene il magnetometro MAG3110 con schede di sviluppo dedicato, il codice dell'applicazione in scatola, e note applicative dettagliate. Collegate il magnetometro MAG3110 al controller intelligente di Freescale MMA9550L, aggiungete il driver software fornito da Freescale, e avrete una bussola elettronica molto intelligente e molto economica.

 

 

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ritratto di linus

sensori

Sempre più piccoli e sofisticati, veramente un prodigio della tecnica grazie a Freescale e al suo controller. La bussola elettronica ed economica per orientarsi facilmente nelle strade di nuove città senza l'ausilio dei GPS.

ritratto di Antonio Mangiardi

ma come funziona? il campo

ma come funziona? il campo magnetico terrestre varia in 3d?... non è a una direzione da polo nord a polo sud e mi pare che non è costante nel tempo e cha varia di intensità dall'equatore ai poli (e credo anche con l'altimetria...) è inoltre nell'ordine dei nano tesla... come fa a dare di una persona?

ritratto di biank9388

vettore campo magnetico

da quel che so , il vettore campo magnetico è in buona approssimazione sempre contenuto su piani appartenenti al fascio generato dall'asse magnetico (polo nord-sud) quindi questo ti basta per capire dove punti il vettore in ogni punto dello spazio attorno al globo;

ritratto di biank9388

correzione

*vettori del campo magnetico

ritratto di Antonio Mangiardi

vediamo se ho capito...dunque

vediamo se ho capito...dunque è come se il N-S fosse un asse che congiunge nord e sud e quindi visto che la terra è un globo questo sensore permette sia di misurare la direzione nord e sia l'inclinazione rispetto all'asse? diciamo che dovrebbe essere così: vicino al polo tende a essere perpendicolare all'asse terrestre e all'equatore parallelo (sempre all'asse terrestre e sempre puntando in direzione nord) .. ma non torna ancora una cosa, se mi muovo lungo un parallelo?

ritratto di FlyTeo

Forse..

Probabilmente vengono effettuate delle correzioni a livello software dato che è nota a priori la distanza tra un parallelo e l'altro.
Anche a me leggendo sono venuti i tuoi dubbi, coprattutto perchè non ero a conoscenza di bussole simili, e soprattutto delle proprietà che avete elencato a riguardo del campo magnetico. Notevole, davvero.

Con questi sensori ormai si può fare ogni cosa. Sono piccoli e li cacciano vunque. Tra qualche anno secondo me non sapremo più usare una bussola o una cartina se andiamo avanti a forza di gps e bussole digitali =)

ritratto di Antonio Mangiardi

io stavo cercando e ho

io stavo cercando e ho trovato che una bussola elettronica ad esempio utilizza due sensori magnetici posizionati perpendicolarmente tra loro, e un micro controller rileva l'intensità di flusso magnetico misurata da ogni sensore e calcola la componente orizzontale dell'angolo di rotazione del modulo rispetto al campo magnetico terrestre.

memorizzando la o una posizione iniziale o "punto di calibrazione", rispetto al quale il modulo è in grado di fornire successivamente l'angolo di rotazione relativo con una precisione di 0.1 gradi :D
----> http://www.areasx.com/index.php?D=1&id=57 <-----
il bello è che questo sensore presentato nell'articolo è tridimensionale... mhà..

ritratto di FlyTeo

Dubbio..

LA precisione è notevole ma..la calibrazione? Va fatta ogni volta che i due sensori me la perdono??

ritratto di Antonio Mangiardi

non so bene come funziona la

non so bene come funziona la cosa, ma credo che si memorizzino le "coordinate" da qualche parte e poi per confronto calcoli da posizione relativa a quelle coordinate...

ritratto di FlyTeo

Giusto.

mmm..si, forse così può funzionare.. =)

ritratto di biank9388

ricalibrazione

a proposito di questi sensori, ho una domanda che riguarda i nuovi smartphone (iphone ,htc desire hd), in particolare non riesco a capire perfettamente il meccanismo di ricalibrazione che il software dell'apparecchio adotta quando per esempio ci si avvicina ad un magnete...

(aneddoto: mio zio ha recentemente comprato un htc desire hd con custodia di protezione di un marchio famoso - http://radens.com/custodia-in-pelle-proporta-per-htc-desire-hd-12053.html -, in pratica quest'ultima è inutilizzabile poichè, essendo dotata di un piccolo magnete per la chiusura, essa sballa ogni volta la lettura della bussola, e la cosa persiste per alcune decine di minuti se non si interviene forzando una nuova calibrazione).

un saluto

ritratto di Rossella De Marchi

Ricalibrazione

Bisognerebbe capire il tipo specifico di sensore che viene utilizzato in quello smartphone. Probabilmente rivolgendosi a un centro assistenza HTC potrebbero dargli qualche informazione... Mi sembra strano che non abbiano tenuto conto di una cosa così "banale" come la presenza di un piccolo magnete nella custodia!

ritratto di FlyTeo

Rossella ha ragione..

Rossella ha ragione. Sarebbe veramente da idioti rovinare il funzionamento del sensore solo per quel magnete. Magari non c'è bisogno che lo porti in un centro. Prova a contattare l'assistenza via mail. Di solito sono lunghi ma rispondono sempre =)

 

 

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