16.  9.  2009    Ostatní

Jak funguje elektronický kompas?

Elektronický kompas se stává neocenitelným pomocníkem v navigacích i mobilech. Jak ale funguje a z čeho se ve skutečnosti skládá?

Systém GPS má jednu typickou nevýhodnou vlastnost: pokud stojíte na místě, přístroj není schopen určit směr, kterým se díváte. To může být nevýhodou především ve městech. Musíme se vrátit k darům naší Země a po dvaceti stoletích znovuobjevit kompas. Klasický kompas by však na mobilech nevypadal zrovna esteticky, nemluvě o jeho problémovém provázání s aplikacemi.

Po elektronickém kompasu ale nezatoužili kačeři hledající keše na úbočích skal, nýbrž armáda. Nyní z výborného vynálezu profitujeme i my – civilisté. Výrobci však dnes využívají elektronický kompas k omluvě vyšší ceny nového modelu. Podívejme se tedy, za co si často ony tisíce připlácíme.

 

Protivítr sílí odpor

Pro vysvětlení principu elektronického kompasu si můžeme vzít na pomoc schémata a nákresy z datasheetů několika výrobců. Klíčovou součástí elektronického kompasu je takzvaný magnetoresistivní senzor. V podstatě jde o plíšek vyrobený z feromagnetického materiálu složeného ze směsi železa a niklu v poměru 19:81. Tento je zmagnetován a v případě nulového vlivu externího magnetického pole má za daného proudu určitý odpor R. Vnější magnetické pole, na obrázku jako vektor Hy, však původní směr zmagnetování ovlivní a tím dojde k poklesu odporu. Při konstantním proudu pak stačí měřit rozdíly v napětí a tyto vyhodnocovat. Nutno podotknout, že vzhledem k velmi slabé intenzitě magnetického pole země se změna napětí počítá v řádu tisícin voltu.

 
Magnetoresistivní plíšek a směr působení magnetického pole Země (zdroj: Philips)

Princip magnetoresistivního senzoru je skutečně zcela jednoduchý, nicméně praxe vyžaduje ještě řadu zlepšení. Především, senzor není schopen určit, zda magnetické pole působí z jedné či druhé strany. Pokud by se vektor Hy na prvním obrázku otočil o 180 stupňů, odpor by byl zcela shodný. To ostatně dokládá i následující charakteristika (a) závislosti odporu na směru působení vektoru magnetického pole.

 
Charakteristika závislosti směru vektoru magnetického pole a odporu (zdroj: Philips)

Pro shodné poměry vektorů vychází na čárkovaném „kopci“ vždy stejná hodnota charakteristického odporu. Navíc pro krajní hodnoty není charakteristika lineární, čímž by se snižovala přesnost kompasu. Proto se feromagnetický pruh pokrývá řadou hliníkových pásků ve sklonu 45° k osám. Hliník vykazuje lepší vodivost a zcela mění R-H charakteristiku (b) magnetoresistivního senzoru.


Povrch plíšku pokrývají pásky z hliníku (zdroj: Philips)

Nicméně ani v této chvíli není vyhráno: orientaci vektoru Hy již můžeme díky jednoznačnému odporu přesně určit a v určitém rozmezí je charakteristika lineární. Stále však může nabývat dvou různých hodnot při dvou odlišných směrech vektoru. Zde se využívá takzvané můstkové zapojení a navíc jsou využívány dva můstky ve vzájemném otočení o 90 stupňů. Elektronický kompas se také musí vypořádat s tepelnou kompenzací (s rostoucí teplotou roste i odpor) a také možnosti změny orientace původního zmagnetování senzoru silným magnetickým polem. S tím vším ovšem výrobci počítají.

 

Tříosý kompas? Žádný problém

V recenzi turistické navigace Garmin Dakota 20 jsem chválil tříosý elektronický kompas. Ve srovnání s klasickým elektronickým kompasem, například v Oregonu 300, nejste navigací peskování za ne zcela vodorovné držení přístroje. Jakými úpravami musel kompas projít?

Tip: jak rychle a přesně reaguje tříosý kompas v Dakotě 20? Podívejte se na video v recenzi.

Realizace tříosého kompasu například od Honeywellu počítá s třetím magnetoresistivním senzorem s jedním můstkem, který se umístí kolmo k rovině klasického senzoru. Tento senzor pak zjišťuje naklonění přístroje, a to opět na základě magnetického pole Země. Další řešení nabízí dnes již standardní polohová čidla, která dokáží poměrně přesně určit sklon přístroje vzhledem k rovině země. Honeywell pak ve svém referenčním návrhu tříosého kompasu využívá senzory oba.

 
Schéma referenčního návrhu tří osého kompasu od Honeywellu

Co je však pro nás důležité? Elektronický kompas tvoří fyzicky „pouze“ dvojice můstků magnetoresistivních senzorů, v případě tříosého kompasu to jsou maximálně můstky tři plus polohové čidlo. Všechny ostatní procedury zpracování výsledků měření mohou být vykonávány softwarově. Nejde tedy o žádné tajemné high-tech zařízení pracující s miliony výpočtů, vyžadující satelity okolo země a náklady v řádu miliard. Ve srovnání se systémem GPS jde z pohledu principu i realizace o velmi jednoduché zařízení z několika běžných součástek.

 

Povinný příplatek

Současnou cenovou politiku výrobců mobilních telefonů i navigátorů ale chápu. Potřebují jakoukoli novou funkci, aby mohli uvést novou řadu a přinutit stávající uživatele koupit model nový. Z předchozích řádků, a také masového rozšíření výroby elektronických kompasů, však můžeme mít velmi dobrou naději, že se elektronický kompas brzy objeví i v těch nejlevnějších mobilech a navigátorech.

Tip: pokud vás téma zaujalo, na těchto stránkách najdete seznam čipů elektronických kompasů. Nalézt podrobné datasheety na základě označení již nebude problém.



X

Doporučit článek

Vaše jméno:

Váš e-mail:

E-mail adresáta:

Komentář:

kontrolní kód

Odeslat

dobra oznamka ohladom problemu solid state... spaceq 25.  1.  2011 13:56
Tak tedy: je možné s touto navigací a kompasem... mak 6.  8.  2010 9:42
My, co nejezdíme ve V3S s tím problém nemáme. Jirka 4.  2.  2010 9:43
no mne stale chyba zopar veci na... med 9.  10.  2009 23:15
V mém autě normální kompas na palubce ukazuje... Kael 18.  9.  2009 19:21



reklama

Další články

V Ústí může být část Galilea, Češi se hádají o peníze

V Ústí může být část Galilea, Češi se hádají o peníze

Česká republika je ve finále o umístění logistického centra systému Galileo. Mohlo by to přilákat další technologické firmy. Prozatím se však vedou spory o peníze.

24.  8.  2015  |  Šindelář Jan  |  7


Proč automobilky od Nokie koupily mapy Here

Proč automobilky od Nokie koupily mapy Here

Daimler, Audi a BMW od finské Nokie koupily populární mapy Here. Není to pouze kvůli navigaci a samořiditelným automobilům, ale také kvůli hackerům.

23.  8.  2015  |  Matějka Jaroslav  |  2


Zapomeňte na souřadnice. Google má kratičký OLC

Zapomeňte na souřadnice. Google má kratičký OLC

Deset znaků stačí k přesné lokalizaci místa kdekoliv na světě. Google chce vymýtit GPS souřadnice a přichází s vlastním kódem.

17.  8.  2015  |  Kůžel Filip, Čížek Jakub  |  11


Projděte si Masarykův okruh před startem MotoGP na Mapy.cz

Projděte si Masarykův okruh před startem MotoGP na Mapy.cz

11.  8.  2015  |  Láska Jan, Čížek Jakub

Magic Earth: hlasová navigace zdarma a v češtině

Magic Earth: hlasová navigace zdarma a v češtině

Do paměti telefonu si uložíte země, které potřebujete, a pak už se obejdete bez internetu. Magic Earth staví na mapách OpenStreetMaps.

23.  7.  2015  |  Chroust Martin  |  2