[发明专利]一种基于Arduino的三维磁场可视化方法

说明书

本发明提供了一种基于Arduino的三维磁场可视化方法，用于空间磁场的三维磁场线可视化表示。所述可视化方法通过硬件配置和软件功能测量三维空间中的磁感应强度，根据测量的磁场数据，利用可视化技术将其清晰、直观地反映。该三维磁场可视化方法可以精确测量三维空间内沿X、Y和Z轴3个分量方向上的磁感应强度，将其实时传输给计算机，并通过上位机软件处理绘制出磁场分布图来反映磁场的空间分布，满足特定领域对磁场强度测量的要求。由于本方法的整个测量及数据处理均基于Arduino的信息化处理，测量及显示过程都可以自动完成，因此具有较强的智能性和可变性。

技术领域

本发明属于教育教学以及消费电子产品磁场测量领域，尤其涉及一种基于Arduino的三维磁场可视化方法。

背景技术

由于磁场本质看不见，电磁学初学者一般难以想象磁场，而测量空间中的磁感应强度有很多种仪器，现在市面上销售的主要为高斯计和磁场仪。它们只能大致测出空间中某一点的磁感应强度的数值大小，无法有效地可视化描绘磁场。为了实现测量磁场分布新的实验手段，我们要设计开发一种磁场传感器，并将磁场传感器和磁场可视化技术结合，开发磁场测量的三维可视化系统。

本发明的目的在于克服现有技术不足，根据电磁场新型等效源理论在静态场中的应用，构建待测磁场多点等效源磁场分布模型，能够在保证准确性的前提下简化建模过程提高测量效率，完成基于MLX90393磁感应强度传感器与UNO R3开发板的Matlab仿真软件中磁场等效源磁场辐射计算模型的建立，保证其计算的准确性，并对典型磁体的磁场分布进行预测计算。通过硬件配置和软件功能测量三维空间中的磁感应强度，根据测量的磁场数据，利用可视化技术将其清晰、直观地反映。

发明内容

本发明提供了一种基于Arduino的三维磁场可视化方法；所述可视化方法基于电磁场新型等效源理论在静态场中的应用，构建待测磁场多点等效源磁场分布模型，利用嵌入式磁传感器和Arduino开发板和Matlab仿真软件，开发上位机软件实现磁场传感器采集数据的可视化，得出三维磁场线，建立磁感应强度的三维模型。

所述三维磁场可视化方法可以精确测量三维空间内沿X轴、Y轴和Z轴3个分量方向上的磁感应强度，将其实时传输给计算机，并通过上位机软件处理绘制出磁场分布图来反映磁场的空间分布,满足特定领域对磁场强度测量的要求。所述方法的整个测量及数据处理均基于Arduino平台的信息化处理,测量及显示过程都可以自动完成，具有较强的智能性和可变性。

所述三维磁场可视化方法具体包括以下步骤：

步骤1：获取磁感应强度以及相应位置坐标

在数据采集方面，采用三轴霍尔传感器测得空间中多点的磁场，得到沿X，Y和Z轴3个分量方向上的磁感应强度值。

步骤2：单片机与上位机的通讯与数据读取

在数据读取方面，采用Arduino通过I2C联通传感器，接收传感器测得的数据并上传给计算机，并在计算机屏幕显示三轴霍尔值。

步骤3：数据处理与磁场可视化

在数据处理方面，通过MATLAB软件处理绘制出磁场分布图来反映磁场在三维空间中的分布，使磁场可视化。

优选的，所述步骤1中研制的传感器板由嵌入式磁传感器和Arduino开发板连接而成，将其置于被测点处，通过嵌入式磁传感器同时测量某点三轴方向的磁场强度。

优选的，所述步骤3将各点磁感应强度数据用网格化，进行颜色填充，用颜色深浅反映磁感应强度值的大小，用于直观显示磁场的强弱与分布，采取MATLAB绘制其点矢量图，在区域均匀选择大量散点，在这些散点上绘制箭头，用于表示某一固定点的磁感应强度大小和方向。

本发明的三维磁场可视化方法所在的系统包含数据采集模块，数据读取模块以及数据处理模块，其中所述数据采集模块与数据读取模块相连接，数据读取模块与数据处理模块相连接。