Bussola digitale con Arduino e HMC5883L

🧭 Introduzione

In questo progetto realizzeremo una bussola digitale con Arduino e sensore magnetometro HMC5883L.

Una bussola tradizionale utilizza un ago magnetizzato che si orienta rispetto al campo magnetico terrestre. Con Arduino possiamo ottenere lo stesso principio utilizzando un magnetometro elettronico.

Il sensore misura l’intensità del campo magnetico lungo tre assi:

Il progetto mostrerà sul monitor seriale sia l’angolo della bussola sia la direzione:

• Nord
• Nord-Est
• Est
• Sud-Est
• Sud
• Sud-Ovest
• Ovest
• Nord-Ovest

🎯 Cosa imparerai

🧰 Materiale necessario

🔌 Schema di collegamento

Il sensore HMC5883L comunica con Arduino attraverso il bus I2C.

📚 Librerie necessarie

Per il progetto utilizzeremo:

• Wire
• HMC5883L

La libreria Wire è già inclusa nell’IDE Arduino.

Per installare la libreria del magnetometro apri:

Sketch
→ Include Library
→ Manage Libraries

e cerca una libreria compatibile con il sensore HMC5883L.

⚠️ HMC5883L o QMC5883L?

Prima di scrivere il programma è utile conoscere un piccolo problema molto comune.

Molti moduli venduti online come HMC5883L possono montare in realtà un magnetometro differente, spesso appartenente alla famiglia QMC5883.

I due sensori non sono completamente compatibili a livello software.

💻 Codice Arduino completo

// ============================================
// Progetto #79
// Bussola digitale con HMC5883L
//
// Mostra:
// - angolo da 0° a 360°
// - punto cardinale
// ============================================

#include <Wire.h>
#include <HMC5883L.h>
#include <math.h>

HMC5883L compass;

// Declination angle.
//
// Impostare qui la declinazione magnetica
// della propria località in radianti.
//
// Per il primo test può essere lasciata a 0.
float declinationAngle = 0.0;

void setup() {

  Serial.begin(9600);

  Wire.begin();

  // Inizializza il magnetometro
  compass.initialize();

  Serial.println("Bussola digitale HMC5883L");
  Serial.println("-------------------------");

}

void loop() {

  int16_t x;
  int16_t y;
  int16_t z;

  // Legge il campo magnetico
  compass.getHeading(&x, &y, &z);

  // Calcola l'angolo
  float heading = atan2((float)y, (float)x);

  // Correzione della declinazione magnetica
  heading += declinationAngle;

  // Normalizza tra 0 e 2*PI
  if (heading < 0) {
    heading += 2 * PI;
  }

  if (heading >= 2 * PI) {
    heading -= 2 * PI;
  }

  // Conversione da radianti a gradi
  float gradi = heading * 180.0 / PI;

  Serial.print("Angolo: ");
  Serial.print(gradi, 1);
  Serial.print("°");

  Serial.print("  |  Direzione: ");

  // Determina uno degli 8 punti cardinali

  if (gradi >= 337.5 || gradi < 22.5) {

    Serial.println("NORD");

  }

  else if (gradi < 67.5) {

    Serial.println("NORD-EST");

  }

  else if (gradi < 112.5) {

    Serial.println("EST");

  }

  else if (gradi < 157.5) {

    Serial.println("SUD-EST");

  }

  else if (gradi < 202.5) {

    Serial.println("SUD");

  }

  else if (gradi < 247.5) {

    Serial.println("SUD-OVEST");

  }

  else if (gradi < 292.5) {

    Serial.println("OVEST");

  }

  else {

    Serial.println("NORD-OVEST");

  }

  delay(300);

}

⚙️ Come funziona il programma

Il primo passaggio consiste nel leggere il campo magnetico misurato dal sensore.

compass.getHeading(&x, &y, &z);

Otteniamo tre valori:

• X
• Y
• Z

Per determinare la direzione sul piano utilizziamo principalmente X e Y.

📐 Calcolo dell’angolo

La parte fondamentale della bussola è:

float heading = atan2((float)y, (float)x);

La funzione atan2() permette di ricavare l’angolo utilizzando le due componenti del campo magnetico.

Il risultato viene inizialmente espresso in radianti.

Per trasformarlo in gradi utilizziamo:

float gradi = heading * 180.0 / PI;

Otteniamo quindi un valore compreso tra:

0° → Nord
90° → Est
180° → Sud
270° → Ovest
360° → Nord

🧭 I punti cardinali

Per rendere la bussola più leggibile dividiamo i 360° in otto settori.

🌍 Nord magnetico e Nord geografico

Una bussola magnetica non punta direttamente verso il Nord geografico.

Il magnetometro segue il campo magnetico terrestre e quindi indica il Nord magnetico.

Tra Nord magnetico e Nord geografico esiste una differenza chiamata:

declinazione magnetica

Il suo valore cambia in base alla posizione geografica e può cambiare lentamente nel tempo.

Nel programma abbiamo previsto questa correzione:

float declinationAngle = 0.0;

Per un semplice esperimento può essere lasciata a zero. Per una bussola più precisa bisogna inserire la declinazione della propria zona.

🎯 Calibrazione della bussola

I magnetometri sono molto sensibili ai campi magnetici presenti nell’ambiente.

Una lettura grezza può quindi avere errori anche abbastanza evidenti.

Per questo una vera bussola digitale deve essere calibrata.

Una procedura molto semplice consiste nel ruotare lentamente il sensore in tutte le direzioni e registrare i valori minimi e massimi degli assi X e Y.

Da questi valori possiamo calcolare gli offset:

offsetX = (maxX + minX) / 2
offsetY = (maxY + minY) / 2

Gli offset possono quindi essere sottratti alle misure:

xCorretto = x - offsetX;
yCorretto = y - offsetY;

e utilizzare i valori corretti per calcolare l’heading.

🧲 Attenzione agli oggetti metallici

Una bussola elettronica può essere facilmente disturbata.

Tieni il sensore lontano da:

🖥️ Risultato nel monitor seriale

Apri il monitor seriale dell’IDE Arduino impostando:

9600 baud

Ruotando lentamente il sensore potresti vedere valori simili a questi:

Angolo: 2.8°   | Direzione: NORD
Angolo: 44.7°  | Direzione: NORD-EST
Angolo: 91.2°  | Direzione: EST
Angolo: 179.4° | Direzione: SUD
Angolo: 271.6° | Direzione: OVEST

L’angolo cambia continuamente mentre ruotiamo il modulo.

⚠️ Errori comuni

🔄 Varianti possibili

🚀 Variante: bussola con display OLED

Una delle evoluzioni più interessanti consiste nell’aggiungere un piccolo display OLED.

Potremmo mostrare:

Direzione: NE
Angolo: 43.6°

Oppure creare una vera bussola grafica con una freccia che ruota sul display.

In questo modo Arduino diventerebbe un dispositivo completamente autonomo e non sarebbe più necessario utilizzare il monitor seriale.

🤖 Utilizzare la bussola su un robot

Il magnetometro può diventare particolarmente interessante nei progetti di robotica.

Arduino può confrontare l’angolo desiderato con quello misurato dalla bussola.

Per esempio:

Direzione desiderata = 90°
Direzione misurata   = 72°

Il robot può ruotare fino a raggiungere circa:

90° → EST

Questo principio può essere utilizzato per realizzare sistemi di orientamento e navigazione.

🧠 Cosa impari con questo progetto

✅ Cosa devi ricordare