方位センサー

方位センサ

方位センサモジュール

これは、日立の HM55B を利用した地磁気を感知する方位センサーです。モジュールは　
　　http://www.microbot-ed.com/j_digital_compass.html
で扱っています（）。

HM55B は、直交した磁気センサを二つ組み込み、X,Y 方向の地磁気の強さを11ビットのシリアル信号で出力します。測定時間は30mS、測定範囲は±180μT（T：テスラ）、磁気感度は１μTです。動作電圧は3V、測定時の電流は10mAです。
　モジュールは６ピンのDIPで各端子を次の表にまとめます。DIN、DOUT はCLKに同期してデータを送り/取得します。図で左下（手前）が１ピンになります。

ピン番号	端子名	意味
1	DIN	コマンド入力
2	DOUT	フラグ、データ出力
3	GND	電源グランド
4	CLK	クロック信号
5	CSB	選択信号（0Vで選択）
6	VCC	３V（５V？）

コマンド

　測定を行うには、コマンドを利用します。次のコマンドを利用します。

符号	意味
0000	リセット
1000	測定開始
1100	読み取り

最初にリセットを行います。次に、測定開始コマンドを送ると計測を開始し、30mS～40mS後に測定結果を読み取ることができます。読み取りデータは最初に　終了フラグ2ビット、エラーフラグ2ビット、に続けて、各11ビットのX,Y データが送られます。X,Y データはセンサーに対する地磁気のX、Y 成分です。センサーの長手方向が東西方向のとき、

シリアルデータ
　クロック信号の立下りに同期してDINにコマンドを送ります。下記は、測定開始コマンドのタイムチャートです。

読み取りコマンドを送ると、クロック（CLK）の立下りに応じて、終了フラグとエラーフラグが返ります。終了フラグが 11 の場合、測定が完了したことを意味します。

続けて、クロックを送ると、X,Y のデータをDOUT信号から取得できます。X,Y のデータは地磁気に対するセンサーのX,Y成分です。地磁気の南北方向とセンサーの長手方向が一致すると、Y成分が０、X成分が最大になります。

　　　　図は、マニュアルより引用

回路設計
1. 回路設計
  携帯しやすいように、電池駆動にします。センサーモジュールと16F88を以下のように接続します。出力はLEDを利用します。計測をが完了したとき、X成分、Y成分がほぼ０になったとき（東西、南北方向）発光します。
2. 回路

プログラム

プログラム
　#define で接続する端子（PIN_B2）を、センサーの端子名（CLK）で置き換えます。reset(); start(); はリセットおよび測定開始コマンドを送る関数です。共に sendCmnd(int cmnd) で、cmnd の下位4ビットをコマンドとしてモジュールに送ります。
　checkBusy(); は、計測が完了したかを判断する関数です。読み取りコマンドを送り、4ビットのフラグを取得します。先頭4ビットが１100 であれば、計測が完了したことになります。readxy( ) で、X,Y 成分を dx, dy に読み取ります。dx,dy の値が十分小さいときLEDを点灯し、東西または南北方向であることを示します。
　X,Y データは11ビットの補数表現ですから第10ビットが符号ビットになります。C言語の2バイトの整数で表現する場合、第10ビットが１のとき11～15ビットを1にする必要があります。
```
　if(bit_test(*dx,10)) *dx |= negbits;
```
はこのための処理です。

ソース

//compass module HM55B
//

#include <16f88.h>
#fuses INTRC_IO,NOWDT,NOLVP,NOMCLR,NOBROWNOUT

#use delay(CLOCK = 4000000)
#use fast_io(B)

#define CLK PIN_B2
#define CSB PIN_B3
#define DOUT PIN_B4
#define DIN PIN_B1
#define negbits  0xf800

void reset();
void start();
void sendCmnd(int cmd);
int checkBusy();
void readxy(signed long *dx,signed long *dy);
int read4();
signed long read11();

signed long dx,dy,val2;
int i;
int val;

void main()
{
   set_tris_b(0xF1);
   set_tris_a(0xF0);
   
   delay_ms(50);//電源の立ち上がりを待つ
   
   reset();//リセット
   
   while(1){
           
    start();//計測開始
        
    while(!checkBusy()){}//計測完了を待つ
            
    dx=0;dy=0;  
    readxy(&dx,&dy);//dx,dyに計測値を取得
    
   output_low(PIN_A1);
   output_low(PIN_A0);
    if(dx<2 && dx>-2) output_high(PIN_A1);//Xの値が小さいとき
    if(dy<2 && dy>-2) output_high(PIN_A0);//Yの値が小さいとき
    
    delay_ms(500);//休止
    output_low(PIN_A2);
    delay_ms(500);
   }
}

void reset()
{
        output_low(CSB);//モジュールを選択 
        sendCmnd(0x0);//リセットコマンドを送る
        output_high(CSB); //モジュールを選択を解除
}

void start()
{
        output_low(CSB); 
        sendCmnd(0x8);//測定開始コマンドを送る
        output_high(CSB); 
}

int checkBusy()
{
        output_low(CSB); 
        sendCmnd(0xC);//読み取りコマンドを送る
        val=read4(); //フラグを読む 
        output_high(CSB);
        
        if(val==0xc) output_high(PIN_A2);//測定完了チェック
        else output_low(PIN_A2);
    
    return (val==0xc);//測定完了したらtrueを返す  
}

int read4()
{
   //フラグを読む
   val=0;
   for(i=0;i<4;i++){
         output_high(CLK);
         output_low(CLK);
         //
         if(input(DOUT)) bit_set(val,3-i);//上位ビットが先頭
   }

    return val;  
}

void readxy(signed long *dx,signed long *dy)
{
        //X,Y のデータを取得
        output_low(CSB); 
        sendCmnd(0xC);
        val=read4();
        *dx = read11();//Xデータを読む
        *dy = read11();//Yデータを読む
        
        //負の数なら、16bitの補数にする
        if(bit_test(*dx,10)) *dx |=  negbits;
        if(bit_test(*dy,10)) *dy |= negbits;
        
        output_high(CSB);
        return;
        
}

//12ビットデータを読む
signed long read11()
{
  //クロックを送り、11ビットのデータを読む
  val2=0;
   for(i=0;i<11;i++){
         output_high(CLK);
         output_low(CLK);
         //上位ビットからくる???
         if(input(DOUT)) bit_set(val2,10-i);
   }
    return val2;         
}

void sendCmnd(int cmnd)
{
   
   //クロックに同期してコマンドを送る
   for(i=0;i<4;i++){
     output_high(CLK);
     output_bit(DIN,bit_test(cmnd,3-i));
     output_low(CLK);
     
   }    
}

方位センサー