【雕爷学编程】MicroPython动手做（21）——掌控板之磁场传感器2

知识点：什么是掌控板？
掌控板是一块普及STEAM创客教育、人工智能教育、机器人编程教育的开源智能硬件。它集成ESP-32高性能双核芯片，支持WiFi和蓝牙双模通信，可作为物联网节点，实现物联网应用。同时掌控板上集成了OLED显示屏、RGB灯、加速度计、麦克风、光线传感器、蜂鸣器、按键开关、触摸开关、金手指外部拓展接口，支持图形化及MicroPython代码编程，可实现智能机器人、创客智造作品等智能控制类应用。

掌控板硬件特性:
ESP-32主控
处理器：Tensilica LX6双核处理器（一核处理高速连接；一核独立应用开发）
主频：高达240MHz的时钟频率
SRAM：520KB
Flash：8MB
Wi-Fi标准：FCC/CE/TELEC/KCC
Wi-Fi协议：802.11 b/g/n/d/e/i/k/r (802.11n，速度高达150 Mbps)，A-MPDU和A-MSDU聚合，支持0.4us防护间隔
频率范围：2.4~2.5 GHz
蓝牙协议：符合蓝牙v4.2 BR/EDR和BLE标准
蓝牙音频：CVSD和SBC音频低功耗：10uA
供电方式：Micro USB供电
工作电压：3.3V
最大工作电流:200mA
最大负载电流:1000mA
掌控板载
三轴加速度计MSA300,测量范围:±2/4/8/16G
地磁传感器MMC5983MA,测量范围:±8 Gauss;精度0.4mGz,电子罗盘误差±0.5°
光线传感器
麦克风
3 颗全彩ws2812灯珠
1.3英寸OLED显示屏，支持16*16字符显示，分辨率128x64
无源蜂鸣器
支持2个物理按键(A/B)、6个触摸按键
支持1路鳄鱼夹接口，可方便接入各种阻性传感器
拓展接口
20通道数字I/O， (其中支持12路PWM，6路触摸输入)
5通道12bit模拟输入ADC，P0~P4
1路的外部输入鳄鱼夹接口:EXT/GND
支持I2C、UART、SPI通讯协议

地磁（磁场）传感器MMC5983MA
测量范围：±8 Gauss
精度0.4mGz，电子罗盘误差±0.5°

注：掌控板2.0版本才有

MMC5983AM特征

完全集成的3轴磁传感器和

需要较少外部电路的电子电路

组件

出色的动态范围和精度：

±8G FSR，16位操作

每LSB分辨率0.25mG

0.4mG的总RMS噪声

使航向精度达到1º

最大输出数据速率为600Hz

工业标准薄型包装

3.0x3.0x1.0毫米

使用内置的SET / RESET功能消磁

消除了热变化引起的偏移

错误（空字段输出）

清除残留的磁化强度

来自强大的外部领域

片内灵敏度补偿

片上温度传感器

Motion_Detection和Data_Ready中断

低功耗

1µA的掉电电流

I2

C从机，FAST（≤400KHz）模式

2.5V单路低功耗电源

1.8V I2

C接口

符合RoHS

与HMC5883L兼容的P2P

地磁（磁场）传感器MMC5983MA参数

地球磁场（the earth magnetic field）
是指地球周围空间分布的磁场。偶极型，近似于把一个磁铁棒放到地球中心，地磁北（N）极处于地理南极附近，地磁南（S）极处于地理北极附近。磁极与地理极不完全重合，存在磁偏角。地球磁场属于电磁场，是通过外核的电子随地球自转的电流效应（近似于电生磁）产生的磁场。

历史上，第一个提出地磁场理论概念的是英国人吉尔伯特。他在1600年提出一种论点，认为地球自身就是一个巨大的磁体，它的两极和地理两极相重合。这一理论确立了地磁场与地球的关系，指出地磁场的起因不应该在地球之外，而应在地球内部。

1893年，数学家高斯在他的著作《地磁力的绝对强度》中，从地磁成因于地球内部这一假设出发，创立了描绘地磁场的数学方法，从而使地磁场的测量和起源研究都可以用数学理论来表示。但这仅仅是一种形式上的理论，并没有从本质上阐明地磁场的起源。科学家们已掌握了地磁场的分布与变化规律，但是，对于地磁场的起源问题，学术界却一直没有找到一个令人满意的答案。关于地磁场起源的假说归纳起来可分为两大类，第一类假说是以现有的物理学理论为依据；第二类假说则独辟蹊径，认为对于地球这样一个宇宙物体，存在着不同于现有已知理论的特殊规律。属于第一类假说的有旋转电荷假说。它假定地球上存在着等量的异性电荷，一种分布在地球内部，另一种分布在地球表面，电荷随地球旋转，因而产生了磁场。这一假说能够很自然地通过电与磁的关系解释地磁场的成因。但是，这个假说却有一个致命缺点，首先它不能解释地球内外的电荷是如何分离的；其次，地球负载的电荷并不多，由它产生的磁场是很微弱的，根据计算，如果要想得到地磁场这样的磁场强度，地球的电荷储量需要扩大1亿倍才行，理论计算和实际情况出入很大。以地核为前提条件的地磁场假说也属于第一类假说，弗兰克在这类假说中提出了发电机效应理论。他认为地核中电流的形成，应该是地核金属物质在磁场中做涡旋运动时，通过感应的方式而发生的。同时，电流自身形式的场就是连续不断的再生磁场，好像发电机中的情形一样。弗兰克所建立的模型说明了怎样实现地磁场的再生过程，解释了地磁场有一定的数值。但是在应用这种模型的时候，却很难解释地核中的这种电路是怎样通过圆形回路而闭合的。此外，这个模型也没有考虑到电流对涡旋运动的反作用，而这种反作用是不允许涡旋分布于平行赤道面的平面内的。属于第一类假说的还有漂移电流假说、热力效应假说和霍尔效应假说等，但这些假说都不能全面地解释地磁场的奇异特性。关于地磁场起源还有第二类假说，这其中最具代表性的就是重物旋转假说。

1947年，布莱克特提出任意一个旋转体都具有磁矩，它与旋转体内是否存在电荷无关。这一假说认为，地球和其他天体的磁场都是在旋转中产生的，也就是说星体自然生磁，就好像电荷转动能产生磁场一样。但是，这一假说在试验和天文观测两方面都遇到了困难。在现有的实验条件下，还没有观察到旋转物体产生的磁效应。而对天体的观测结果表明，每个星球的磁场分布状况都很复杂，尚不能证明星球的旋转与磁场之间存在着必然的依存关系。因此上说，关于地磁场的起源问题，学术界仍处在探索与争鸣之中，尚没有一个具有相当说服力的理论，对地磁场的成因作出解释。

5、实时测量显示地磁强度的波形

#MicroPython动手做（21）——掌控板之磁场传感器
#实时测量显示磁场强度的波形

from mpython import *

import time
oled.fill(0)
oled.DispChar('     磁场强度数据采集', 0, 16, 1)
oled.DispChar('     按A开始   按B结束', 0, 32, 1)
oled.show()
time.sleep_ms(50);print(('__TITLE', '磁场强度'));time.sleep_ms(50)
while True:
    while button_a.value() == 0:
        while not button_b.value() == 0:
            magnetic.peeling()
            print((magnetic.get_field_strength(),))
            time.sleep_ms(200)

正常地磁强度值在1-3范围变动（附近无强磁场干扰）

手机带来的磁场强度值大约在10-30前后

强磁铁的磁场强度达到1000-7500左右

mPython 图形编程

6、简易钱包防丢磁感应报警器（钱包里放置一块强磁片）

离开一段距离，磁场强度小于8，则声光报警

#MicroPython动手做（21）——掌控板之磁场传感器
#简易钱包防丢磁感应报警器（钱包里放置一块强磁片）

from mpython import *

import time

import music
while True:
    magnetic.peeling()
    rgb.fill( (0, 0, 0) )
    rgb.write()
    time.sleep_ms(1)
    oled.fill(0)
    oled.DispChar('磁场强度', 0, 16, 1)
    oled.DispChar((str(magnetic.get_field_strength())), 0, 32, 1)
    oled.show()
    if magnetic.get_field_strength() < 8:
        rgb.fill((int(255), int(0), int(0)))
        rgb.write()
        time.sleep_ms(1)
        music.pitch(523, 300)
        music.pitch(988, 300)
    else:
        music.stop()
        rgb.fill( (0, 0, 0) )
        rgb.write()
        time.sleep_ms(1)
    time.sleep(1)

mPython 图形编程