![\"\"](\"https:\/\/open-boat-projects.org\/wp-content\/uploads\/2022\/08\/HWT901B-RS232-1-292x300.png\")
<\/p>\n<\/p>\n
Abb.: HWT901B-RS232 9-Achs-Sensor<\/p>\n
Die chinesische Firma WIT-Motion<\/a> vertreibt im Internet diverse Sensormodule. Neben 3-Achs-, 6-Achs und 9-Achs-Modulen werden auch reine Magnetometer in verschiedensten Ausf\u00fchrungen angeboten. Es werden eine gro\u00dfe Anzahl von Schnittstellen unterst\u00fctzt wie:<\/p>\n Ein besonders interessanter Sensor ist der HWT901B-RS232<\/a>. Das ist ein 9-Achs-Sensor als Milit\u00e4rvariante mit folgenden Eigenschaften:<\/p>\n Um den HWT901B-RS232 an SignalK<\/a> nutzen zu k\u00f6nnen, wird entweder eine serielle Schnittstelle oder eine USB-Schnittstelle des Raspi verwendet. Das mitgelieferte USB\/Seriell-Adapter ist nicht gut nutzbar, wenn man die bereits angebrachten Steckkontakte vom Sensor benutzt, da sie schnell vom Adapter abrutschen k\u00f6nnen. F\u00fcr erste Test ist das aber ausreichend. Sp\u00e4ter im Bootseinsatz ist es am hilfreichsten, wenn man die Kabel direkt mit den Anschl\u00fcssen des USB\/Seriell-Adapters verl\u00f6tet und die ungesch\u00fctzte Platine mit einem gro\u00dfen Schrumpfschlauch oder Isolierband gegen versehentliche Kurzschl\u00fcsse sch\u00fctzt. Alternativ kann man den Adapter auch in einem eigenen kleinen Geh\u00e4use unterbringen.<\/p>\n Wichtig:<\/strong> RX vom Sensor muss mit TX des Adapters und TX des Sensors mit RX des Adapters verbunden werden.<\/span><\/p>\n Abb.: Serielle Verbindung (Wit-Motion)<\/p>\n Abb.: USB\/Seriell-Adapter mit Steckern<\/p>\n Abb.: Direkt angel\u00f6tete Kabel<\/p>\n Der HWT901B-RS232 berechnet intern mit einer 32Bit-CPU \u00fcber eine Sensorfusion die Euler-Winkel<\/a>. In der Sensorfusion werden die Messdaten vom Beschleunigungssensor, Gyrometer und Magnetometer zu einem Satz von drei Winkeln verrechnet, mit denen die Orientierung eines festen K\u00f6rpers im dreidimensionalen Raum beschrieben werden kann. Als Ergebnis der Sensorfusion werden Roll, Pitch und Heading als Sensor-Messwerte ausgegeben. Damit die Sensorfusion korrekt funktioniert, m\u00fcssen alle einzelnen Sensoren des HWT901B-RS232 kalibriert werden. Dazu gibt es vom Hersteller eine Windows-Konfigurationssoftware. Mit dieser Software werden die Korrekturparameter der jeweiligen Sensoren vom Beschleunigungssensor, Gyrometer und Magnetometer in allen 3 Achsen im ausgebauten Zustand des Sensors durch spezielle Bewegungen ermittelt und nach der Kalibrierung im Sensor dauerhaft gespeichert. Diese Kalibrierung wird als Initial-Kalibrierung bezeichnet. Im zweiten Schritt erfolgt der Einbau des Sensors im Boot. Anschlie\u00dfend wird im eingebauten Zustand der Heading-Offset und die Deviations-Tabelle ermittelt. Danach ist der Sensor vollst\u00e4ndig kalibriert. Die Initial-Kalibrierung muss nur einmal erfolgen, w\u00e4hrend die Ermittlung der Deviationstabelle immer vorgenommen werden muss, wenn sich der Installationsort des Sensors im Boot ver\u00e4ndert hat oder gr\u00f6\u00dfere Ungenauigkeiten im Laufe der Zeit entstanden sind.<\/p>\n Zur Initial-Kalibrierung wird der Sensor ausgebaut und an einen Windows-PC \u00fcber USB angeschlossen. Danach wird die Konfigurationssoftware MiniIMU.exe<\/strong> aufgerufen.<\/p>\n Abb.: MiniIMU<\/p>\n Dabei sollte der Windows-PC nicht mit dem Internet verbunden<\/span> sein, da sonst selbst\u00e4ndig die Konfigurations-Software in einer fehlerhaften Version aktualisiert wird. Die Kalibrierung erfolgt unter Config<\/strong> in 3 Schritten:<\/p>\n Die Kalibrierung des Beschleunigungssensors und des Gyrometers erfolgen in horizontaler ruhiger Lage. Dabei muss der Sensor exakt horizontal ausgerichtet sein und darf nicht bewegt werden. Am besten funktioniert das auf einer ebenen Tischplatte. Im Boot sollte die Kalibrierung nicht vorgenommen werden.<\/p>\n Bei der Kalibrierung des Magnetometers ist auf gr\u00f6\u00dfte Sorgfalt zu achten. Nachl\u00e4ssigkeiten verschlechtern am Ende die Qualit\u00e4t des magnetischen Richtungswertes (Heading) deutlich. Es ist darauf zu achten, dass sich keine Metallteile und st\u00f6renden Magnetfelder in einem Radius von ca. 1 Meter befinden. Das Anschlusskabel des Sensors ist recht kurz und muss in der N\u00e4he des Windows-PC benutzt werden. Halten Sie m\u00f6glichst einen gro\u00dfen Abstand und kommen sie nicht in die N\u00e4he von Lautsprechern. Besonders in Laptops sind kleine Lautsprecher mit extrem starken Magneten verbaut an die man oft nicht denkt. Diese St\u00f6rfelder k\u00f6nnen die Kalibrierung des Magnetometers stark beeintr\u00e4chtigen und unm\u00f6glich machen. Die besten Kalibrier-Ergebnisse werden mit der Elliptischen Kalibrierung<\/strong> erzielt. Dazu wird der Sensor frei schwebend in der Hand in einer H\u00f6he von 50 cm von der Tischplatte in allen\u00a0 3 Achsen so bewegt, so dass sich f\u00fcr die 3 Raumebenen XY, XZ und YZ elliptische Punktewolken ergeben dessen R\u00e4nder sich scharf abgrenzen so wie im Bild zu sehen.<\/p>\n Abb.: Korrekte Kalibrierung des Magnetometers<\/p>\n Bei der Kalibrierung muss der Sensor immer etwas verschieden im Raum gedreht werden, bis die R\u00e4nder der Ellipse gleichm\u00e4\u00dfig mit Messpunkten versehen sind. \u00dcber die Live-Grafik kann der Kalibrierfortschritt recht gut \u00fcberwacht werden. Sollten einzelne Messpunkte deutlich au\u00dferhalb des Ellipsenrandes auftauchen ist das ein Zeichen daf\u00fcr, dass die Kalibrierung nicht korrekt verlaufen ist und St\u00f6rfelder vorhanden sind. Bis man gen\u00fcgend Messpunkte gesammelt hat vergehen ungef\u00e4hr 3…5 Minuten. Die Kalibrierung des Magnetometers kann auch nachtr\u00e4glich im Boot noch wiederholt werden, sofern es notwendig ist. Die Kalibrierung des Beschleunigungssensors und des Gyrometers d\u00fcrfen jedoch auf keinen Fall im Boot vorgenommen werden.<\/p>\n Damit die Daten korrekt vom SignalK-PlugIn erkannt werden, muss der Sensor so eingestellt werden, dass nur Winkeldaten gesendet werden. Nur der Datensatz ‚Angle‘ wird dazu unter Config<\/strong> aktiviert. Sicherheitshalber setzt das Plugin bei jedem Start diese Einstellung automatisch neu. Alle \u00fcbrigen Werte bel\u00e4sst man auf den Defaultwerten. Die voreingestellte Baud Rate 9600 ist f\u00fcr bis zu 50 Datens\u00e4tze pro Sekunde (Output Rate: 50Hz) ausreichend und darf nicht ge\u00e4ndert werden.<\/p>\n Abb.: Sendeformate<\/p>\n Der Sensor l\u00e4sst sich einfach in SignalK \u00fcber das Plugin signalk-hwt901b-imu<\/b> einbinden. Dazu wird der mitgelieferte USB\/Seriell-Apter benutzt und der Sensor via USB mit dem Raspi verbunden. In der Konfiguration des PlugIn wird das passige USB-Device ausgew\u00e4hlt und die gew\u00fcnschte \u00dcbertragungsrate eingestellt.<\/p>\n Abb.: SignalK Plugin f\u00fcr HWT901B-RS232<\/p>\n Die \u00dcbertragungsrate ‚Return Rate‘ legt fest, wie viele Messungen pro Sekunde an SignalK \u00fcbertragen werden sollen. Der Heading-Offset l\u00e4sst sich einstellen, um die Einbaurichtung des Sensors in Bezug auf den Bug zu setzen. \u00dcber das PlugIn lassen sich auch der Beschleunigungssensor sowie Roll und Pitch nachtr\u00e4glich direkt kalibrieren bzw. auf Null stellen. Das ist aber nur ratsam, wenn sich das Boot in absolut ruhiger Lage befindet.<\/p>\n Der letzte Schritt der Kalibrierung erfolgt, wenn der Sensor im Boot fest verbaut ist. Folgende Dinge sollten beim Einbau beachtet werden, um die besten Ergebnisse zu erzielen:<\/p>\n Ein idealer Einbauort w\u00e4re die Kabinendecke hinter dem Mast im Drehpunkt des Schiffes oder an der vorderen Schottwand im Boot. Ob der Einbauort des Sensors richtig gew\u00e4hlt wurde kann erst nach der Ermittlung der Deviations-Tabelle festgestellt werden. Unter Umst\u00e4nden muss der Ort des Sensors noch einmal ge\u00e4ndert und die Kalibrierung wiederholt werden.<\/p>\n Die Deviations-Tabelle kann auf verschiedene Arten erzeugt werden. Dazu ben\u00f6tigt man als Heading-Referenz immer einen GPS-Empf\u00e4nger, wie z.B. ein Handy mit einer entsprechenden App die das Heading anzeigen kann.<\/p>\n Die Deviations-Tabelle wird entweder manuell ermittelt, indem man Kurse in 20\u00b0 Schritten \u00fcber eine Distanz von ca. 100m f\u00e4hrt und den gemessenen Wert vom Sensor zuordnet. Das Boot sollte dabei mindestens eine Geschwindigkeit von 2…3 kn haben, damit der GPS-Empf\u00e4nger verl\u00e4ssliche Heading-Werte ausgibt. Die Datenrate vom magnetischen Sensor und vom GPS-Sensor sollte identisch sein, um Probleme bei der Auswertung zu vermeiden. Eine Datenrate von 1 Hz ist ausreichend zur Datenaufzeichnung. Zudem sollte die Geschwindigkeit m\u00f6glichst konstant sein. Die ermittelten Daten k\u00f6nnen in einer Excel-Tabelle erfasst und nachtr\u00e4glich verrechnet werden.<\/p>\n Eine andere Variante w\u00e4re die Heading-Werte des Sensors und des GPS-Empf\u00e4ngers kontinuierlich w\u00e4hrend der Fahrt zu speichern und die aufgezeichneten Werte nachtr\u00e4glich in einer Excel-Tabelle zu verrechnen. Dazu w\u00fcrde man mit dem Boot 2\u00a0 Kreise rechts herum und 2 Kreise links herum fahren. Die Kreise sollten einen Durchmesser von ca. 200 m haben und die Geschwindigkeit des Bootes konstant sein und bei 2…3 kn liegen. Bei kurzen schnellen Wenden sollten die Daten verworfen werden, da der GPS-Sensor etwas tr\u00e4ger als der magnetische Sensor ist. Mit dieser Methode werden die besten Ergebnisse erzielt, da f\u00fcr alle Richtungswerte Messwerte vorliegen. Wer SignalK benutzt, kann das Plugin f\u00fcr die Datenbank InfluxDB aktivieren und dort die Daten aufzeichnen lassen. Mit Grafana lassen sich dann die Messergebnisse w\u00e4hrend der Testfahrt \u00fcberwachen und begutachten.<\/p>\n Abb.: Darstellung der Messwerte in Grafana<\/p>\n Am Ende erstellt man mit den aufgezeichneten Werten eine Tabelle sowie ein Diagramm in der die Abweichungen des magnetischen Sensors gegen\u00fcber den Referenzwerten vom GPS-Sensor aufgetragen werden. Es ist auch ganz hilfreich, die Heading-Werte beider Sensoren in einem Diagramm aufzuzeichnen.<\/p>\n Abb.: Magnetische Abweichung vom GPS (unkorrigiert)<\/p>\n Abb.: Heading magnetischer Kompass und GPS-Kompass (unkorrigiert)<\/p>\n Man sollte m\u00f6glichst eine Gerade im Diagramm erhalten die keine Beulen hat. Gro\u00dfe Beulen sind ein Zeichen von St\u00f6rfeldern oder Metallteilen um den Sensor herum. Die Abweichungen sollten nicht mehr als +\/-20\u00b0 betragen. Sind die Werte gr\u00f6\u00dfer, so ist ein anderer Installationsort f\u00fcr den magnetischen Sensor empfehlenswert. Bei Booten aus Stahl kann es notwendig sein den magnetischen Sensor au\u00dferhalb des Rumpfes anzubringen.<\/p>\n Der Heading-Offset kann dem folgenden Diagramm entnommen werden. Es ist die Winkeldifferenz \u00fcber alle Winkelwerte gegen\u00fcber dem GPS-Wert. Der Versatz wird als Heading-Offset bezeichnet und in Werten von bis zu +\/-180\u00b0 angegeben. Dieser Wert wird im Plugin signalk-hwt901b-imu<\/b> unter Heading Offset<\/strong> eingetragen.<\/p>\n Abb.: Heading Offset unkorrigiert<\/p>\n Um die Sensor-Rohdaten vom HWT901B-RS232 korrigieren zu k\u00f6nnen, benutzen wir das SignalK Plugin Calibration<\/strong>. Mit dem Plugin k\u00f6nnen beliebige Sensorwerte korrigiert werden indem man eine Korrekturtabelle erzeugt. Dabei wird immer der gemessene Wert und der Wert eingetragen den man als korrigierten Wert erhalten m\u00f6chte. Es ist aber darauf zu achten, dass die Werte als Radiant-Werte (vielfaches von PI) eingetragen werden. Grad-Werte k\u00f6nnen nicht benutzt werden, da SignalK intern ISO-Einheiten verwendet und alle Winkeldaten als Radiant-Werte benutzt. Unter Path<\/strong> wird in unserem Fall der SignalK-Path f\u00fcr den magnetischen Sensor eingetragen. Als Source<\/strong> ist WT.1 anzugeben. Entgegen der Beschreibung zum Plugin sollte der Wert f\u00fcr Period<\/strong> frei gelassen werden, da sonst die Korrektur der Messwerte nicht richtig erfolgt. Scheinbar ist das Plugin an dieser Stelle fehlerhaft.<\/p>\n Abb.: Devialtions-Tabelle im Calibration-Plugin<\/p>\n Nachdem der magnetische Sensor HWT901B-RS232 kalibriert worden ist, k\u00f6nnen die Messergebnisse noch einmal \u00fcberpr\u00fcft werden. Dazu werden die selben Messwerte aufgezeichnet wie bei der Bestimmung der Deviationstabelle. Die Fehler sollten am Ende kleiner +\/-5\u00b0 sein. Ist das nicht der Fall, so sollte die komplette Kalibrierung noch einmal wiederholt werden und ggf. ein neuer Ort f\u00fcr den Sensor im Boot gew\u00e4hlt werden.<\/p>\n Abb.: Magnetische Abweichung vom GPS (korrigiert)<\/p>\n Abb.: Heading magnetischer Kompass und GPS-Kompass (korrigiert)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Abb.: HWT901B-RS232 9-Achs-Sensor Die chinesische Firma WIT-Motion vertreibt im Internet diverse Sensormodule. Neben 3-Achs-, 6-Achs und 9-Achs-Modulen werden auch reine Magnetometer in verschiedensten Ausf\u00fchrungen angeboten. Es werden eine gro\u00dfe Anzahl von Schnittstellen unterst\u00fctzt wie: TTL RS232 Modbus Bluetooth WiFi Ein besonders interessanter Sensor ist der HWT901B-RS232. Das ist ein 9-Achs-Sensor als Milit\u00e4rvariante mit folgenden Eigenschaften:… Weiterlesen Magnetischer Kompass f\u00fcr SignalK<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"parent":0,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[41,39],"tags":[],"class_list":["post-3174","page","type-page","status-publish","hentry","category-opendata","category-opensource"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/open-boat-projects.org\/de\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/3174","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/open-boat-projects.org\/de\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/open-boat-projects.org\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/open-boat-projects.org\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/open-boat-projects.org\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=3174"}],"version-history":[{"count":38,"href":"https:\/\/open-boat-projects.org\/de\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/3174\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":3788,"href":"https:\/\/open-boat-projects.org\/de\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/3174\/revisions\/3788"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/open-boat-projects.org\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=3174"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/open-boat-projects.org\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=3174"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/open-boat-projects.org\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=3174"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}\n
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USB\/Seriell-Adapter<\/h1>\n
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<\/p>\nKalibrierung des Sensors<\/h1>\n
Initial-Kalibrierung<\/h1>\n
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<\/p>\nEinstellung des Sendeformates<\/h1>\n
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<\/p>\nEinbindung in SignalK<\/h1>\n
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<\/p>\nBestimmung des Heading-Offset und der Deviationstabelle<\/h1>\n
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<\/a><\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/open-boat-projects.org\/wp-content\/uploads\/2022\/08\/Magnetic_Deviation-300x190.png\")
<\/a><\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/open-boat-projects.org\/wp-content\/uploads\/2022\/08\/Heading-300x198.png\")
<\/a><\/p>\nHeading-Offset<\/h2>\n
Deviations-Tabelle<\/h2>\n
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<\/p>\n\u00dcberpr\u00fcfung der Kalibrierung<\/h1>\n
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<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/open-boat-projects.org\/wp-content\/uploads\/2022\/08\/Heading_2.png\")
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