Модуль датчика тиску/висоти на LPS331AP від Pololu

Модуль цифрового барометра ST LPS331AP вимірює тиск від 260 до 1260 мбар (від 26 кПа до 126 кПа) з абсолютною точністю тиску до ±2 мбар (0,2 кПа) і середнім середньоквадратичним шумом 0,02 мбар (0,002 кПа) в режимі високої роздільної здатності. Ці тиски можуть бути легко перетворені на абсолютні висоти. Плата оснащена лінійним стабілізатором напруги 3,3 В і вбудованими перетворювачами рівня, які дозволяють їй працювати в діапазоні вхідних напруг від 2,5 до 5,5 В, а відстань між контактами 2.54 мм спрощує її використання зі стандартними макетними платами без паяння і макетними платами з кроком отворів 2.54 мм. Датчик містить інтерфейси I²C та SPI з перетворювачами рівнів сигналів.

Код виробника: 2126, LPS331AP

Плата є носієм для мікросхеми датчика абсолютного тиску LPS331AP MEMS. Перед використанням модуля рекомендуємо уважно ознайомитись з технічним описом мікросхеми LPS331AP (посилання нижче). LPS331 - відмінна ІС, але її невеликий, безсвинцевий корпус LGA ускладнює його використання середньостатистичним студентом або аматором. Він також працює при напругах рівних або нижче 3,6 В, що може ускладнити підключення для мікроконтролерів, що працюють на напрузі 5 В. Ця плата вирішує ці проблеми і містить додаткову електроніку, таку як, стабілізатор напруги 3,3 В і схеми зсуву рівня логічних сигналів, зберігаючи при цьому загальний розмір якомога компактнішим. Плата поставляється повністю заповненою компонентами SMD, включаючи LPS331AP, як показано на малюнку продукту.

Модуль LPS331 оснащений вбудованою температурною компенсацією і має безліч опцій, що настроюються, включаючи вибір дозволу, вибір швидкостей вихідних даних і два програмованих зовнішніх сигналу переривання. Вимірюваний тиск має абсолютну точність до ±2 мбар (0,2 кПа), із середньоквадратичним шумом 0,02 мбар (0,002 кПа) в режимі з найвищою роздільною здатністю. Дані датчиків тиску та температури доступні через цифровий інтерфейс, який може бути налаштований для роботи в режимі I²C або SPI і може використовуватися для альтиметрії. (Див. Приклад коду нижче для бібліотеки Arduino, яку можна використовувати для перетворення цього датчика на висотомір).

Плата містить лінійний стабілізатор напруги з низьким падінням напруги, який забезпечує напругу 3,3 В, необхідну LPS331, що дозволяє живити датчик від напруги живлення від 2,5 до 5,5 В. Вихід регулятора доступний на контакті VDD і може подавати майже 150 ма на зовнішні пристрої. Плата також включає схему, яка перетворює напруги логічних рівнів сигналів інтерфейсів I²C / SPI до того ж логічного рівня напруги, що і рівень входу VIN, що спрощує сполучення плати з 5 В системами, а відстань між контактами плати становить 2.54 мм, що дозволяє легко використовувати її зі стандартними макетними платами без паяння та 2.54 мм макетними платами під паяння.

Для застосування в композиції датчиків інерційний вимірювальний блок AltIMU-10 v3 поєднує в собі LPS331AP з 3-осьовим гіроскопом L3GD20H і 3-осьовим акселерометром LSM303D і 3-осьовим магнітометром на одній платі, забезпечуючи десять незалежних показань та висоти.

Даний модуль є дешевшою альтернативою новому модулю LPS25HB, який пропонує покращену точність, зменшений вихідний шум, а вбудований буфер FIFO (First In, First Out) дозволяє датчику зберігати показання тиску для нерівномірної передачі даних або виводити середнє робоче значення для подальшого зниження вихідного шуму.

Характеристики:

• Розміри: 10 мм × 23 мм × 3 мм
• Вага без конекторів: 0,6 г
• Робоча напруга: від 2.5 до 5.5 В
• Споживаний струм: 2 мА
• Вихідний інтерфейс: I²C/SPI
• Роздільна здатність: 24-бітове зчитування тиску (4096 LSb/мбар)
• Діапазон чутливості: від 260 мбар до 1260 мбар (від 26 кПа до 126 кПа)

Компоненти, що входять до комплекту постачання:

У комплект входять 1×9 смуга з 2.54 мм кутових конекторів та смуга 1×9 з 2.54 мм прямих конекторів, як показано на малюнку нижче. Ви можете припаяти смугу конектора за вашим вибором до плати для використання з кабелями або макетними платами без паяння або ви можете припаяти дроти безпосередньо до самої плати для більш компактних пристроїв.

Плата має один отвір для кріплення, який призначений для гвинтів #2 і M2 (не входять в комплект).

Використання LPS331:

Підключення та контакти:

Незалежно від інтерфейсу, що використовується для зв'язку з LPS331AP, його контакт VIN повинен бути підключений до джерела живлення від 2,5 до 5,5 В, а GND повинен бути підключений до 0 В. (Крім того, якщо ви використовуєте датчик з системою 3,3 В, ви можете залишити VIN не під'єднаним і обійти вбудований регулятор, підключивши 3,3 В безпосередньо до вмводу VDD.)

Для використання LPS331 у режимі I²C (це за замовчуванням) необхідно, як мінімум, два логічні з'єднання: SCL і SDA. Ці контакти підключені до вбудованих перетворювачів рівня, що робить їх безпечними для використання при напругах живлення більше 3,3 В. Вони повинні бути підключені до шини I²C, що працює на тій же напрузі, що і напруга входу VIN. Інші контакти не підключені до перетворювачів рівня на платі і не стійкі до 5 В, але додатковий 4-канальний двонаправлений логічний перетворювач рівня може використовуватися зовні з цими контактами для досягнення того ж ефекту.

Для використання LPS331 у режимі SPI за замовчуванням потрібні чотири логічні з'єднання: SPC, SDI, SDO та CS. Вони мають бути підключені до шини SPI, що працює на тому ж логічному рівні, що і VIN. Інтерфейс SPI за замовчуванням працює у 4-провідному режимі, з SDI та SDO на окремих контактах, але його можна налаштувати на використання 3-провідного режиму, щоб SDO спільно використовував контакт із SDI.

Датчик тиску/висоти LPS331AP на платі з позначеннями зверху та на макетній платі:

Розташування та призначення контактів:

Принципова електрична схема:

На наведеній вище схемі показані додаткові компоненти, які, як й несучу плату, щоб зробити LPS331AP більш простим у використанні, включаючи стабілізатор напруги, який дозволяє живити плату від напруги живлення від 2,5 В до 5,5 В, і схему перетворення рівня, яка забезпечує зв'язок I²C та SPI на тому ж логічному рівні напруги, що і VIN. Ця схема також доступна у форматі PDF для завантаження.

Інтерфейс I²C:

З контактом CS у стані за замовчуванням (підтягнутим до VDD) LPS331AP може бути налаштований, а показання тиску можуть бути запитані через шину I²C. Перемикачі рівня на тактових лініях I²C (SCL) і даних (SDA) забезпечують зв'язок I²C з мікроконтролерами, що працюють на тій же напрузі, що і VIN (від 2,5 до 5,5 В). Детальний опис I²C на LPS331 можна знайти в технічному описі, а більш детальну інформацію про інтерфейс I²C в цілому можна знайти в специфікації I²C-шини NXP.

У режимі I²C 7-бітовий підпорядкований адресу датчика має менш значний біт (LSb), який визначається напругою на контакті SA0. Несуча плата тягне SA0 до VDD через резистор 4,7 кОм, роблячи LSb рівним логічної 1 і встановлюючи підпорядковану адресу 1011101b за замовчуванням. Якщо обрана ведена адреса датчика тиску конфліктує з будь-яким іншим пристроєм на шині I²C, ви можете притягнути вхід SA0 до землі, щоб встановити значення LSb рівним 0.

Інтерфейс I²C на LPS331 відповідає стандарту швидкого режиму I²C (400 кГц). У тестах плати контролери змогли зв'язатися із чіпом на тактових частотах до 400 кГц. Вищі частоти можуть працювати, але не були протестовані. У ньому відсутнє придушення піків імпульсів тривалістю 50 нс на тактових сигналах і лініях передачі даних і додаткові підтягування на тактових та інформаційних лініях також можуть знадобитися для досягнення сумісних характеристик синхронізації сигналу.

Інтерфейс SPI:

Для зв'язку з LPS331AP у режимі SPI контакт CS (який плата витягує на VDD через резистор 4,7 кОм) має бути опущений до 0 до початку команди SPI і мати можливість повернутися назад після закінчення команди. Перетворювачі рівня на тактових лініях SPI (SPC) і передачі даних (SDI) забезпечують зв'язок SPI з мікроконтролерами, що працюють на тій же напрузі, що і VIN (від 2.5 до 5.5 В).

У 4-провідному режимі, за умовчанням, датчик тиску передає дані на майстер SPI виділеної лінії виведення даних (SDO), яка не зміщується за рівнем. Якщо інтерфейс SPI налаштований використання 3-проводового режиму, лінія SDI подвоюється як SDO і управляється LPS331 під час передачі даних майстру. Детальний опис інтерфейсу SPI на LPS331 можна знайти в технічному описі.

Приклад коду:

Написано базову бібліотеку Arduino для LPS331, яка дозволяє легко використовувати цей датчик з Arduino. Бібліотека спрощує налаштування LPS331 та зчитування необроблених даних про тиск через I²C, а також надає функції для розрахунку висоти на основі виміряного тиску для тих, хто хоче використовувати цей датчик як висотомір.

Підказки за протоколом:

Технічний опис надає всю інформацію, необхідну використання цього датчика, але вибір важливих деталей може зайняти деякий час. Ось кілька порад для взаємодії та налаштування LPS331AP, які, як ми сподіваємося, допоможуть вам почати роботу трохи швидше:

• За промовчанням датчик тиску перебуває в режимі вимкнення живлення. Ви повинні увімкнути його, записавши відповідне значення в регістр CTRL_REG1, щоб вибрати швидкість вихідних даних.
• Можна зчитувати або записувати кілька регістрів в одній команді I²C, вказуючи найбільш значний біт адреси регістра, щоб увімкнути автоматичне збільшення адреси.
• Ви можете увімкнути ту ж функцію автоматичного збільшення в режимі SPI, подавши другий біт (біт 1, званий бітом MS в таблиці) команди SPI.

Посилання:

• Біблиотека Arduino
• Даташит на мікросхему датчика
• Специфікація I²C интерфейсу