全自动电子罗盘，也就是一个不需要你费劲手动调节就可以自动找北的电子指南针。传统的罗盘要端正平稳，四根指针都要稳定地指向北方，不能受到任何金属物体的影响。全自动电子罗盘把这些烦琐的事情都给包办了。使用了三个轴的磁阻传感器以及三个轴的加速度计来实现对地磁场方向、重力方向等信息的实时监测。设备倾倒、摇晃、四周存在微弱磁场影响，系统会自动进行补偿和校正。输出的数据是稳定的方向角。并不是简单的指个北。给出的是精确到度或者更高的航向值。

这个东西是怎么工作的呢？主要的硬件部分就是三个轴的磁力计。对地球磁场进行X、Y、Z三个方向上的分量测量。只有磁力计是不够的。罗盘一歪，磁场分量全部改变。加速度计上场。重力的方向总是竖直向下的。加速度计可以测量出目前设备的姿态，俯仰角是多少、横滚角是多少。MCU得到姿态数据之后，将倾斜坐标系下测得的磁场值转换为水平面坐标系中的数值。这套动作叫做倾斜补偿，全自动的核心就是这个了。不需要你自己去找一个水平面来用，罗盘会自动计算出倾斜补偿值。内部算法进行椭圆拟合或者最小二乘法。硬磁干扰和软磁干扰所引起的磁场畸变，在算法中被检测到并且被消除。

硬铁干扰来自于设备内部扬声器磁铁、电池、固定螺丝等。产生固定的偏移的磁场叠加。软铁干扰来源于铁镍材料对于地磁场线的扭曲。两种干扰没有消除的话，方位就会偏差几十度。全自动电子罗盘通电之后就进入了持续校准状态。用户拿上设备随便转了几圈。算法收集到足够的样本点。磁场数据应该在三维空间中为球心位于原点处的正球体。干扰使球心发生位移，球体也变成了椭圆形。算法计算出修正矩阵之后，就把变形的椭球拉回到标准的球体上。校准工作就完成了。整个过程对于用户是完全看不见的，并且不需要按下任何校准按钮。只有更换安装环境中的金属部件才能实现。跑一遍手动8个字校准。

把功能拆开来分析。第一、实时方位角输出。从0度到359.9度之间，正北是0度，顺时针方向增大，90°就是正北，180°就是正南，270°就是正西。精度会受到校准质量以及环境中的磁场梯度的影响。民用级±1度就算优秀了。第二、自动磁偏角校正）。地理北极与地磁场北极并不相等。北京市磁偏角大约为西偏6度左右。真北就是磁北加上或者减去磁偏角。设备内有世界地磁场模型或者可以手动输入当地的磁偏角值。输出可以是磁北参考或者真北参考。第三、倾斜报警和超限显示。倾斜补偿是有一定限度的。一般的±40度之内可以保持精度。当角度大于此值时，数据置信度就会降低。罗盘会产生倾斜角度超出限制的信息。第四、硬铁软铁干扰检测。校准参数出现偏差，罗盘会发出干扰报警信号。提示用户目前的环境不适宜得到精确的航向。

数据接口层面上。串口UART或者I2C输出。标准NMEA协议中常见的HDT、HDM语句。有些厂家自己定义了二进制协议。帧头、数据负载、校验。输出频率可以调节为1Hz～100Hz。静态应用1Hz就足够了。无人机飞控需要达到50Hz以上的标准。指令集包括读取方位、读取校准状态、设置磁偏角、启动/停止连续输出模式、触发零度锁定。零度锁定功能就是把当前机头所指的方向设置为临时的0度参照点。可以用来进行相对转角的测量。

使用教程的部分。得到模块之后的第一步就是电气连接。VCC要接到3.3V或者5V上。GND共地。TX、RX连接到主控串口上。I2C版本要接SCL、SDA，并且要注意到上拉电阻。确认供电稳定。纹波大会对磁传感器的模拟前端造成干扰。第二步是安装的位置。不要靠近电机、电池和大电流走线的地方。金属外壳上开窗口或者让传感器探头伸出来。塑料壳没有问题，固定之后不能再动了。和整体的位置变化不同的是，校准参数已经作废了。第三步是初始校准。必须要做到八个字的绕行动作。在通电的状态下，沿着三维空间慢慢画出8个字或者8条线。所有的姿态角都会经过一次。大约持续30秒钟左右。当校准完成标志位1或者指示灯发生变化的时候。部分模块会输出校准质量评分。小于阈值重新制作。

第四步是验证输出。使用手机上的指南针或者地图进行对比。选择一个开阔的地方，不要靠近楼房和钢筋。读取罗盘输出的数据。转动设备的时候，数值应该是一直平稳地变化着。东90度、南180度附近没有跳跃现象。发现数值卡死或者乱跳的情况，需要检查I2C总线是否有冲突，还要检查电源是否正常。最后一步就是把软件集成进去，解析串口数据帧，并且编写出解析函数来校验和不一致的数据帧。把方位角转换为浮点数或者整数。滤波处理，动态场景加上低通滤波。窗口滑动平均或者一阶滞后滤波。系数为0.1～0.2。去掉抖动，保持响应速度。

高级用法、多传感器融合罗盘的数据传送给惯性测量单元。在九轴AHRS算法中，磁力计可以用来校正偏航角的漂移。权重调合适。当磁干扰很大时就减小了磁力计融合权重。当磁力计处于静止状态的时候，它的重量会有所增加。当磁力计出现异常情况的时候，算法就会切换到纯惯性的推算模式中去。过一段时间后干扰就消失了，然后再重新打开。连续校准策略。背景校准线程以较低的速度运行。用新的磁场所对应的点来更新椭球拟合。用户感觉不到罗盘正在运转。保持补偿参数最先进。软件的设计中要留有校准、复位接口。如果误校准了的话，就用出厂补偿表来恢复。

维护事项。罗盘对强磁场近距离接触很敏感。使用工具磁化的螺丝刀接近传感器，会立刻改变校准。恢复方法为移除磁性物体，并且重复八个字来校准设备。温度漂移。消费级磁阻传感器的温度漂移系数为几十nT/℃。室内外温差较大，航向偏差在1度之内可以接受。更高的要求可以选用带有温度补偿功能的工业级模块。焊接的时候烙铁有漏磁的情况，一般的无铅烙铁头是没有问题的。焊接完成后需要重新校准。存放的时候要避免靠近磁化的物品。长时间不使用的时候可以进行上电自校准。

数据解读的基本常识。方位角为359°～0°之间变化是正常的。正北穿越。代码处理角度环绕。在计算偏航角误差的时候要用到角度差函数。别直接减。0与359之间的差距为1度。不是-359度。数据更新频率过高或者过低都会导致主控处理不过来。降输出速率。查询模式代替了连续模式。波特率选大一点，比如115200bps就足够了。I2C高速模式为400KHz。上拉电阻从1K到4.7K。线长了降速。地线环路会产生50Hz工频干扰。磁力计对于低频磁场比较敏感。布线时要一点接地。

全自动电子罗盘并不是可以随便放在任何地方并且准确无误的傻瓜相机。了解干扰机理，并且正确的使用八字校正法，合理的进行软件滤波，这样得到的数据可以支撑起无人机航向、手持地质罗盘、机器人导航、天线对准。硬件很小，指甲盖那么大。几行程序中的代码被读出来了