Китайські електронні компаси. Сучасні електронні компаси

Я не дуже гарний у знаходженні місць та визначенні напрямків, але вмію читати карти та компас. У наш час навігація за допомогою GPS дуже популярна і у вас може виникнути питання: навіщо мені потрібний компас? Отже, я люблю гаджети і якщо я зможу зробити щось сам, то використання такого пристрою радуватиме мене набагато більше. Тому я вирішив розповісти вам як зробити компас своїми руками.

Я почав з базової функції, що показує кут нахилу та повороту цифрового магнітометра на РК-дисплеї, але на мікроконтролері залишилося безліч невикористаних аналогових та цифрових пінів (я використовував сумісний з Ардуїно JeonLab mini). Тому я підключив до нього цифровий датчик температури та фототранзистор, який підлаштовує яскравість підсвічування дисплея (одинаковий світлодіод).

Після цього на контролері залишилося ще кілька вільних пінів і я маю плани по додаванню додаткових датчиків, наприклад зовнішній термометр, пристрій анти-злодій і т.д.

Картинка в початковій частині цієї інструкції ілюструє пристрій у повному складанні та встановлений поверх дзеркала заднього виду автомобіля. Девайс відображає напрямок, нахил та температуру в салоні.

Крок 1: Список компонентів

LCD: 16×2 HD44780 LCD (білий текст на блакитному тлі): це дуже популярний дисплей, який легко знайти та купити.
JeonLab mini v1.3: це недорога плата, сумісна з Arduino. На ринку існує кілька невеликих плат, сумісних з Arduino, тому просто виберіть ту, яку можна сховати за екранчиком.
Цифровий компас: MAG3110 (купив готовий на Ebay): я пробував інший цифровий компас пару років тому і мені не вдалося запустити його, а цю модель вдалося легко запрограмувати. Все буде пояснено детальніше в статті.
Датчик температури TMP36: погляньте на специфікацію із сайту Digikey. Він дуже простий у використанні.
Фототранзистор LTR-4206E : Я впевнений, що будь-який інший ІЧ-фототранзистор працюватиме не гірше.
Регулятор 7805: Ви знаєте, для чого він потрібен. Зарядка автомобіля та напруга дорівнюють приблизно 13.8-14.4V, тоді як нам для роботи контролера та монітора потрібно 5V.
Резистори та конденсатори (дивіться схему)
Штекер для автомобільного зарядника
Плата прототипування
Кнопка-вимикач (нормально відкритий, normal open, N.O.) для калібрування магнітометра
Цілісний мідний провід (1мм в діаметрі) для кріплення девайса
Стяжки для кабелю

Крок 2: Схема пристрою

JeonLab mini v1.3 – це Ардуїно з мінімумом функціоналу. Для завантаження програми знадобиться USB-інтерфейс FTDI, який потрібний лише для завантаження коду та послідовної комунікації.

Підключення дисплея добре пояснено в документації до бібліотеки на сторінці керівництва Arduino, для зручності я лише змінив розпинування. Пам'ятайте, що вам також потрібно змінити піни і код програми. Одна важлива річ, про яку варто сказати - анод світлодіодного підсвічування дисплея підключений не до V, а до цифрового піну 5, який підтримує широтно імпульсну модуляцію (ШИМ, pulse-width modulation, PWM), що дозволяє керувати яскравістю підсвічування дисплея.

У датчика температури TMP36 є три ніжки - V, сигнал та GND. Я з'єднав сигнальну ніжку з одним із аналогових входів JeonLab mini. Дивіться програму Ардуїно на наступному кроці, щоб зрозуміти, як розраховується температура по датчику.

Фототранзистор має дві ніжки – позитивну та негативну. Ви можете тримати резистор між негативним проводом і GND до тих пір, поки отримуєте коректні значення в темряві (я тестував девайс на світанку) і при яскравому освітленні (у цьому випадку вам не потрібно нічого вимірювати, тому що ми і так отримуватимемо максимальні значення) . Яскравість, виміряна цим фототранзистором, використовується для налаштування яскравості світлодіода підсвічування дисплея.

Файли

Крок 3: Попередні тести та розсіть курсу

Перш за все, я зібрав та протестував дисплей, JeonLab mini та магнетометр MAG3110 на макетній платі. Магнетометр має триосьовий датчик, але, оскільки дороги в місцевості, де я живу, відносно рівні, я вирішив не морочитися зі складними формулами і просто обчислювати кут напрямку за допомогою ATAN осей X і Y - все працює досить добре.

Сила та напрямок магнітного поля відрізняються від місця до місця. Для точного вимірювання електронного компасу та карти вам потрібно знати магнітне відхилення (різниця між північчю компаса та справжньою географічною північчю). У моєму коді я не вичитав і не додавав відхилення, але якщо у вашому місці воно дуже велике, ви можете додати його, щоб компенсувати різницю.

За попередніми випробуваннями я визначив максимальні та мінімальні значення осей X та Y, що представляють північ та південь, але значення розподілені по куту нерівномірно. Інакше кажучи, центральне значення не становить схід чи захід. Це, як відомо, зазвичай всім напівпровідникових магнітометрів, якщо вони немає вбудованих алгоритмів компенсації. Щоб правильно зчитувати напрямок (приблизно), я виявив, що якщо ви знаєте значення для півночі та півдня для кожної осі, X та Y, то досить просто обчислити ATAN різниць поточного значення та середні значення X та Y дадуть вам кут напряму (див. скетч Arduino в наступному етапі), і все буде добре працювати. Це не ідеальний спосіб обчислення напрямку, але ми і не говоримо про точність до десятих часток. Я їздив з компасом у своєму автомобілі близько тижня, і результати виявилися цілком задовільними.

Крок 4: Скетч Ардуїно

Файли

Крок 5: Складання електронних компонентів

Крок 6: Збираємо з дроту каркас

Здавна люди використовували компас як надійний пристрій для орієнтування на незнайомій місцевості. І навіть у наш час цифрових технологій він не втрачає своєї популярності. Звичайно, з'явилися різні електронні пристрої, які заміняють компас, проте жодна з них не може бути такою надійною, як старий добрий компас. Адже йому не потрібні батарейки, ні електрична мережа, не важливий рівень сигналу супутника. У ситуації, де новомодні електронні гаджети будуть марними, цей маленький, але надійний друг ніколи не підведе.

Крім цього існують сувенірні компаси, які можуть стати чудовим подарунком та здатні підкреслити та прикрасити оригінальний інтер'єр. А якщо ви хочете йти в ногу з часом, ви можете вибрати собі електронний компас, який ви зможете купити в нашому інтернет-магазині. Класичні, сувенірні та цифрові компаси представлені у нашому каталозі у величезній кількості.

Класичний компас – купити частинку історії.

Як відомо, компас був винайдений у Китаї, і ця історично значуща подія відносять до ІІІ ст. до н.е. Саме там і тоді було пізнано силу магніту. Китайці навіть створили прилад із штучного магніту, виявивши, що намагнічування виявляється, якщо охолодити розпечений залізний шматок. Але такий метод був накладений, адже кожен шматок заліза можна було розігріти лише один раз. І що найцікавіше, хоча в наші дні всі судна забезпечені гіро- та електронними компасами, є сфери в яких саме класичний магнітний компас залишається найважливішим атрибутом вдалої подорожі. Альпіністи, байдарочники, каякери та багато інших віддають свою перевагу найпростішому, але вкрай надійному магнітному механізму.

Коли збираєшся на полювання в незнайому місцевість, де немає видимих орієнтирів, треба обов'язково взяти компас з картою району. Така обережність потрібна у степу та тундрі, у горах. Не обійтися без компасу темної ночі, у туманний день та у завірюху.

Які бувають

Компас – це прилад, за допомогою якого можна орієнтуватися на незнайомій місцевості.

Компаси бувають:

магнітними;
рідинними;
електронними.

Рідинні

Найточнішим серед усіх магнітних вважається рідинний компас. У типовому простому варіанті він виглядає у вигляді казанка, наповненого водою, в якому на вертикальній осі закріплена картопля з алюмінію або бронзи. По різні боки картки є прикріплені магніти.

У таких пристроях рідина надає стійкості стрілці, у стійкому положенні стрілка допомагає точно визначити показання.

Планшетні

Такий прилад представляється у вигляді планшета, у ньому встановлена кругла колба з намагніченою стрілкою. Оснащений планшетний компас збільшувальним склом для зручності розгляду шкали. Спеціальна рідина у капсулі забезпечує стійкість стрілки під час швидкого пересування.

Базові моделі

Призначені для туристів-початківців, мають всі необхідні компоненти, але немає у них дзеркала і регулювання відхилень.

Багатофункціональні

Вони оснащені дзеркалом, збільшувальним склом та іншими додатковими властивостями. Підходять для регулярних походів у глибинці, далеко від маршрутів.

Магнітні

Існує кілька видів пристроїв, з якими можна визначати сторони світла.

Механічний

Він буває звичайним туристичним. Цей вид компаса має стрілку з червоним кінцем, одягненою на голку, що вказує на північ, де знаходиться найсильніше магнітне поле. З простим магнітним приладом разом із карткою можна точніше встановити місце розташування різних об'єктів.

Для військових

Він відрізняється від звичайного збільшувальної лінзою та візирним пристосуванням. З таким приладом можна точніше визначати напрямок шляху в польових умовах.

Геологічний

У цьому приладі розподіл шкали напрямку розташований проти годинникової стрілки. Для визначення кутів падіння шарів порід він оснащений клінометром та напівлімбом.

Гігроскопічний

Гігроскопічний компас встановлюють на літаки та на річкові морські судна. Він оснащений гіроскопом, завдяки такому пристрою, свідчить про справжній полюс, а чи не на магнітний полюс. Цей прилад має стійкість, тому під час розгойдування точніше показує напрямок.

Астрономічний

Такий вид можна визначити сторони світла, орієнтуючись на зірки та світила. Нестача приладу в тому, що з нею не можна працювати вдень.

Для спортивного орієнтування

Який компас обрати спортсменам? Вони повинні вміти користуватися магнітним компасом і знатися на топографічній карті.

Тому компас для спортивного орієнтування повинен мати високі експлуатаційні характеристики, такі як:

швидкістю та швидкістю установки магнітної стрілки;
стійкістю стрілки під час швидкого пересування спортсменів;
зручністю користування, щоб у руці прилад тримався стійко;
невеликим розміром і легкою масою.

Електронні компаси діють на основі магнезованих датчиків, включаючись при пошуку потрібних координат системи супутникової навігації. Вони призначені лише для професіоналів, використовують їх переважно військовослужбовці та представники силових структур.

Залежно від місця та мети використовуються такі види електронних навігаторів.

Вказує напрямок на об'єкт, що випромінює радіохвилі. Застосовують його авіатори для орієнтування у просторі під час здійснення польотів.

Він відрізняється від механічного туристичного тим, що в ньому немає намагніченої стрілки. Компас визначає сторони світла за електронними схемами. Він показує час, вбудовані різні додаткові програми, навіть відеофільми.

GPS та ГЛОНАСС

Ці навігатори працюють за допомогою електронної системи, сигнали для визначення точного розташування та напрямки вони отримують з кількох супутників.

Приймачі GPS вважаються високоякісними навігаторами, що майже завжди забезпечуються електронним компасом. Але GPS-навігатори не можуть працювати без акумулятора, який у потрібний момент може розрядитися. Отже, під час походу не обійтись без магнітного компасу чи комплекту запасних батарей.

GPS приймачі, на відміну від магнітних компасів, мають таку перевагу: можуть оцінити поточне розташування без видимих орієнтирів у снігові дні та в туманну погоду. З пристроєм GPS можна легко встановити потрібний напрямок при обході якоїсь перешкоди і заново налаштувати компас зміненою лінією маршруту.

Критерії вибору

Вибір компаса залежить від мети: купують його для полювання, туристичних походів або спортивного орієнтування. Вибирати модель компаса рекомендується з таким розрахунком, щоб її можна було використовувати у різних ситуаціях: під час туристичних походів та змагань із орієнтування.

Який компас найкраще для піших та велотуристів?

При виборі треба взяти до уваги деякі нюанси:

Для туристичних походів підходять класичні моделі компасів із градусним поділом та з лінійкою.
Туристи часто користуються градусними обчисленнями та розрахунками по азимуту, тому лінійка та градусний лімб на компасі їм необхідні в умовах походу.
Для велосипедистів більш прийнятний варіант – це GPS навігатор, хоча батареї у нього швидко сідають. Тому доведеться велотуристам взяти із собою й класичний компас.
Для подорожі повітрям перевагу треба віддавати електронним навігаторам, так як вони багатофункціональні, можна визначити за ними і висоту, і тиск.

Огляд найкращих моделей

Хороший якісний інвентар для туристів випускають шведська компанія Silva та фінська компанія Suunto.

Підходить для застосування на будь-якій місцевості, є класичним професійним приладом для спортивного орієнтування, оснащений системою Spectra, стрілка приладу пряма та широка, зручна для зчитування показань.

Відрізняється такими особливостями:

Сильним магнітом стрілка приладу швидко заспокоюється.
Прозорою базовою пластиною з чітким маркуванням
Безпекою розміщення у руці.
Модель Silva 6 Nor Spectra Right можна тримати у правій руці.

Наручна модель Suunto M-9 відрізняється зручністю та багатофункціональністю.

Туристи вибирають його за маленькі розміри та легку вагу, а також точність визначення напрямку. Наручний пристрій можна використовувати і під водою.

Хороший прилад американського виробництва вважається найнадійнішим, придатним для використання у польових умовах.

Корпус з алюмінію, має особливу міцність, водонепроникний. Прилад характеризує підвищену точність визначення напрямку.

Як орієнтуватися за компасом

Отже, що потрібно зробити:

Спочатку треба визначити орієнтир, якого слід повернутися, наприклад, це може бути дерево.
Орієнтування починають із натискання на спеціальний фіксатор та звільнення магнітної стрілки.
Взявши прилад і поставивши на долоню горизонтально, треба почекати положення синьої стрілки на 0 градусі шкали, потім поворотом кришки встановити її прорізом до себе, а мушкою до предмета.
Вибравши напрямок руху, слід зафіксувати його та запам'ятати значення кута, званого «азимутом».
Постійно звіряючись із напрямком, треба розпочати рух.
Після того, як дійшли до кінцевої точки пересування, слід повернутись навколо своєї осі. Це означає, що було зроблено поворот навколо своєї осі на 180 градусів. Виходить, що здійснили повернення на початкову точку маршруту.

Туристи та мандрівники, а також мисливці будь-якої миті можуть опинитися в незнайомих місцях і втратити напрямок свого подальшого руху. У таких випадках з компасом можна швидко визначити місцезнаходження.

А ось перед тим, як вибрати компас, треба вивчити їх види, властивості, а також для кого і для яких цілей вони призначені.

Відео

Як користуватися компасом у лісі, ви дізнаєтесь із нашого відео.

У зв'язку з широким розповсюдженням мобільної платформи android і gps чіпів у складі кінцевих продуктів, зокрема, я зацікавився ідеєю роботи цифрового компаса, навколо якого зараз виникає так багато питань.

Отже, аналізований нами об'єкт є компас, основою якого покладено принцип побудови визначенні координат, з допомогою супутникових навігаційних систем. Однак у практиці трапляються випадки, коли компас має у своєму складі як приймач блок магніторезисторів (принцип зміни опору від положення об'єкта в абсолютному просторі) або елементів Холла. Елементи Холла ж будуються з урахуванням мікромеханічних систем, високочутливих до зміни магнітного поля у разі зміна розподілу зарядів на кремнієвої пластині під впливом магнітного поля Землі. Прилади на магніторезисторах і елементах Холла уособлюють компас у його класичному вигляді, як автономний вимірювальний інструмент, на відміну від систем «збирального» типу, вхідна інформація для яких надходить безпосередньо у вигляді супутникового сигналу. Через війну системи, зав'язані зовнішньому джерелі інформації насправді є приладами з індикацією колійного кута як компаса.

Так як на практиці ми маємо справу найчастіше з визначенням розташування та спрямування за допомогою саме навігаційних систем, прикладом тому хоча б android з його додатком google maps, далі наведеться принцип роботи алгоритму саме такого випадку використання:
1. За сигналами із супутників знімаємо показання координат приймача системи супутникової навігації (і, відповідно, об'єкта)
2. Засікаємо момент часу, коли було зроблено визначення координат.
3. Чекаємо деякий інтервал часу, досить короткий для якісніших результатів.
4. Повторно визначається місце розташування об'єкта.
5. Вирішується найпростіше навігаційне завдання обчислення вектора швидкості руху з отриманих координат двох точок та розміру часового інтервалу, після чого, знаючи вектор, ми з легкістю отримуємо:
а) напрямок руху
б) швидкість руху
6. Здійснюється перехід до кроку 2.

Як бачимо, робота алгоритму забезпечується циклічно і відправною точкою для початку наступного вектора буде кінець напрямного вектора за останній часовий інтервал.
Недоліки цього, у застосуванні цифрового компасування:
якщо об'єкт нерухомий в абсолютному просторі, напрям руху дізнатися не вийде, точки фіксування координат збігаються в даному випадку.
Як виняток досить великі об'єкти (наприклад, великі морські судна), де можна встановити 2 приймачі (наприклад, на носі та кормі). Таким чином, координати двох точок можна отримати відразу, навіть якщо об'єкт нерухомий, і перейти до пункту 5.
Також треба брати до уваги точність визначення координат супутниковими системами позиціонування та її впливом геть тихохідні об'єкти, внаслідок розкиду помилок позиціонування.

Добридень. У мобільні телефони автори часто вбудовують компас. Але, що це, і навіщо він потрібен, не всі користувачі смартфонів мають уявлення. Тому, у цій статті, ми намагатимемося докладніше розглянути цю програму телефону, і, якщо її у вашому пристрої немає, розглянемо, як її завантажити.

Які бувають компаси

Що таке компас, ми пам'ятаємо з курсу шкільної географії. Але, давайте глибше копнемо це питання. Люди вигадали різні прилади, які дозволяють зрозуміти, де знаходяться полюси. Головне у цій справі зрозуміти, де знаходиться північ. Далі, знаючи розташування північного полюса, можна дізнатися, де знаходяться інші напрямки світла. Навіщо нам це потрібне? Щоб не заблукати на місцевості. Наприклад, у лісі, у полі, або перебуваючи на яхті у морі.

Наприклад, ви знаєте, як визначити полюси в лісі, маючи в підручних засобах звичайну голку? Потрібно акуратно покласти маленьку голочку на водну плівку (на водній гладі є найтонша плівка, саме по ній бігають довгоніжки) або можна просто покласти її на маленький листок рослини (або невеликого паперу).

Сам же лист акуратно покласти на воду у фарфоровій (пластиковій) тарілці (або в калюжі, якщо ви у лісі). Отже, одне із кінців голки прийме напрям північ, інший, на південь. Все дуже просто. Навіщо я це сказав? Даний метод може допомогти вам, якщо ви знаходитесь в незнайомій місцевості і не знаєте напряму сторін. У вас немає компаса, але є невелика калюжа і звичайна голка! Вам залишиться тільки зрозуміти, який саме з кінців голки вказує на північ!

Види компасів

Магнітний – усім знайомий компас із шкільного курсу. Суть його зводиться до визначення магнітного північного полюса магнітним полем. Далі, з шкали приладу, легко визначаються інші частини світла.

Є дуже красиві компаси, які мають одне задоволення. Наприклад, купити гарний компас Eyeskey Professional

ви можете тут. Доставка безкоштовна, варіантів багато. Той, що на зображенні, я подарував другу на день народження. Він затятий рибалка. Від компасу він був у захваті.

Електромагнітний

Суть його роботи у створенні поля через рух приладу у просторі. Його встановлюють у різні транспортні засоби, на кшталт кораблів, літаків та інших механізмів. Тут є одна умова, щоб компас почав функціонувати, потрібний рух цього механізму. Без руху не з'явиться електрика і його величина не покаже потрібних даних на приладі.

Цифровий компас

Його дія схожа на різновид звичайного класичного. Відмінність у тому, що в ньому немає стрілки, але є датчик, який використовує магнітне поле. Дані із датчика йдуть на циферблат. У подібних компасах часто є інші можливості. Досить часто такі прилади можуть заміряти кроки, тиск. Працювати він може як барометр, годинник та інше. Недолік – закінчення заряду батареї.

Наприклад, той, що на скріншоті є також і барометром. Докладніше про нього за посиланням…

Радіокомпас

Для цього різновиду компасів немає потреби в магнітному полі. У зв'язку з тим, що дані надходять безпосередньо зі спеціальних вишок. Раніше такий механізм досить часто застосовували в літаках. Але, останнім часом, від них все частіше відмовляються, оскільки досить часті стали відмінності інформації через спотворення радіохвиль.

Супутниковий

Як відомо з назви, дані він отримує зі спеціальних супутників. Що цікаво, цей вид компаса показує напрямок не на магнітні полюси, а на реальні, географічні. Іншими словами, він найточніший. Але є й недоліки. За поганої погоди, інформація може спотворюватися. Також інформація може бути не точною, якщо людина знаходиться під землею.

Саме цей вид компасів, спільно з цифровими, вбудовують у телефони та різні планшети. Сигнали вони приймають прямо із супутників. Зараз у більшості смартфонів даний вид компасу вбудований за замовчуванням. Іншими словами, завантажувати його з різних сервісів немає потреби. Достатньо увійти в налаштування та активувати цю функцію.

Також цей компас часто нерозривно пов'язаний з навігатором у телефоні. Якщо у вас в стільниковому є навігатор, то, зрозуміло, є і компас.

Якщо ж у вашому телефоні відсутня дана програма, скачати компас безкоштовно можна з play.google.com. На фото ви бачите Compass Galaxy.

Якщо вас дана модель не влаштовує, на цій сторінці є інші варіанти телефонного компаса. Вибирайте той, який вам більше сподобався.

Важливо:— Я не знаю, яка у вас модель телефону. Але щоб працював компас у телефоні, необхідно, щоб у вашому гаджеті була встановлена функція магнітного датчика. Якщо її немає, необхідно підключитися до геолокації GPS. Або, іншими словами, підключити магнітний гіроскоп. Зрозуміло, якщо це дозволяє модель телефону, про що ви можете дізнатися з його інструкції. Успіхів!