Датчик тиску/висоти LPS22DF із стабілізатором напруги від Pololu

Цей цифровий барометр ST LPS22DF вимірює тиск від 260 до 1260 мбар (від 26 до 126 кПа) з абсолютною похибкою до ±0.5 мбар (0.05 кПа) та типовим середньоквадратичним рівнем шуму 0.0034 мбар (0.34 Па) у режимі високого. Ці значення тиску легко перетворюються на висоту. Плата оснащена лінійним стабілізатором напруги 3.3 В та вбудованими перетворювачами рівня, що дозволяє їй працювати в діапазоні вхідної напруги від 1.8 до 5.5 В, а відстань між висновками 2.54 мм забезпечує зручність використання зі стандартними макетними безпайковими платами і перфорованими платами. Датчик підтримує інтерфейси I²C/I3C та SPI.

Код виробника: 2898, LPS22DF

Ця плата є компактним (10.16 х 20.32 мм) тримачем для MEMS-датчика абсолютного тиску (барометра) LPS22DF від ST, тому ми рекомендуємо уважно ознайомитися з технічним описом LPS22DF перед використанням цього продукту. LPS22DF - відмінна мікросхема, але її невеликий безвивідний корпус LGA ускладнює використання звичайним студентом чи радіоаматором. Вона також працює при напрузі нижче 3.6, що може утруднити взаємодію з мікроконтролерами, що працюють від 5 В. Ця плата вирішує ці проблеми, включаючи додаткову електроніку, включаючи стабілізатор напруги 3.3 В і схеми зсуву рівня, зберігаючи при цьому максимально компактний загальний розмір. Плата поставляється повністю укомплектованою SMD-компонентами, включаючи LPS22DF, як показано на зображенні.

Датчик тиску LPS22DF має вбудовану температурну компенсацію і безліч опцій, що настроюються, включаючи вибір усереднення, вибір швидкості передачі даних, кілька режимів роботи FIFO і програмований зовнішній сигнал переривання. Абсолютна точність вимірювання тиску в діапазоні температур становить ±0.5 мбар (0.05 кПа), а середньоквадратичне значення шуму - 0.0034 мбар (0.34 Па) при максимальному усередненні та включеної вбудованої фільтрації. Дані з датчиків тиску та температури, які можна використовувати для вимірювання висоти, доступні через цифровий інтерфейс, який можна настроїти для роботи в режимі I²C (TWI) або SPI. Протокол MIPI I3C підтримується також на висновках I²C.

Порівняно з попередньою моделлю LPS25HB, LPS22DF відрізняється підвищеною точністю, зниженим рівнем шуму на виході та значно більш високою максимальною частотою вихідних сигналів (до 200 Гц). Усереднення, що настроюється, також забезпечує більшу гнучкість у виборі оптимального балансу між мінімізацією енергоспоживання і зниженням шуму.

Ця плата-носій LPS22DF сумісна з висновками з попередніми платами датчиків тиску, включаючи LPS25HB. Вона використовує ту ж адресу I²C, що і попередні датчики тиску ST, але деякі регістри конфігурації LPS22DF відрізняються, тому код, написаний для взаємодії з більш ранніми датчиками тиску може вимагати модифікації для роботи з LPS22DF.

Несуча плата включає лінійний стабілізатор напруги з малим падінням напруги, що забезпечує напругу 3.3 В, необхідну для LPS22DF, що дозволяє живити датчик від джерела живлення 1.8-5.5 В. Вихід стабілізатора підключений до вивода VDD і може забезпечувати струм до 150 мА для зовнішніх пристроїв. Плата розширення також включає схему, яка переводить тактові сигнали і лінії даних I²C/SPI на той же рівень логічної напруги, що і сигнал VIN, що подається, що спрощує підключення плати до 5-вольтовим системам. Відстань між висновками плати 2.54 мм дозволяє використовувати її зі стандартними макетними безпайковими платами і перфорованими платами.

Використання LPS22DF:

Підключення:

Незалежно від інтерфейсу, що використовується для зв'язку з LPS22DF, його висновок VIN повинен бути підключений до джерела напруги від 1.8 до 5.5 В, а висновок GND повинен бути підключений до 0 вольт. (В якості альтернативи, якщо ви використовуєте плату з логічною напругою 3.3 або нижче, ви можете залишити VIN вимкненим і обійти вбудований регулятор, підключивши живлення логіки безпосередньо до VDD.)

Для використання LPS22DF в режимі I²C (це за замовчуванням) необхідні як мінімум два логічні висновки: SCL і SDA. Ці висновки підключені до вбудованих перетворювачів рівня, що забезпечує їх безпечне використання при напругах вище 3.3. У них слід підключати до шини I²C, що працює на тому ж логічному рівні, що і VIN. Інші висновки не підключені до перетворювачів рівня на платі, і вони не толерантні до напруги 5В. Для підключення до них знадобиться зовнішній перетворювач рівнів.

Для використання LPS22DF в режимі SPI зазвичай використовуються чотири логічні з'єднання: SPC, SDI, SDO і CS. Вони повинні бути підключені до шини SPI, що працює на тому ж логічному рівні, що і VIN. Інтерфейс SPI за замовчуванням працює у чотирипровідному режимі, з SDI та SDO на окремих висновках, але його можна налаштувати на трипровідний режим, щоб SDO використовував один висновок із SDI.

Принципова схема:

На схемі вище показані додаткові компоненти, включені в несучу плату для спрощення використання LPS22DF, включаючи регулятор напруги, що дозволяє живити плату від джерела живлення 1.8 - 5.5 і схему зсуву рівня, що забезпечує зв'язок по інтерфейсам I²C і SPI при тому ж рівні логічного напруги, що і VIN.

I²C підключення:

Коли вивід CS перебуває в стані за промовчанням (підтягнутий до VDD), LPS22DF можна налаштувати та запитати показання тиску по шині I²C. Перетворювачі рівня на лініях синхронізації (SCL) та даних (SDA) I²C забезпечують зв'язок по шині I²C з мікроконтролерами, що працюють при тій самій напрузі, що і VIN (від 1.8 до 5.5 В). Детальний опис інтерфейсу I²C LPS22DF можна знайти в його технічному описі, а докладнішу інформацію про I²C в цілому можна знайти в специфікації шини I²C компанії NXP.

У режимі I²C молодший біт (LSb) 7-бітної адреси веденого пристрою датчика визначається напругою виведення SA0. Плата-носій підключає SA0 VDD через резистор 10 кОм, що встановлює LSb рівним 1 і адресу веденого пристрою за умовчанням 1011101b. Якщо вибрана адреса пристрою датчика тиску конфліктує з адресою іншого пристрою на шині I²C або якщо ви хочете використовувати два датчика LPS22DF на одній шині, можна подати низький рівень на SA0, щоб встановити LSb рівним 0 (що встановить адресу пристрою 1011100b).

Інтерфейс I²C LPS22DF відповідає стандарту I²C fast mode plus (1 МГц), а датчик також підтримує зв'язок MIPI I3C через ті ж контакти.

SPI-підключення:

Для зв'язку з LPS22DF в режимі SPI вивід CS (який плата підключає до VDD через резистор 10 кОм) повинен бути переведений у стан низького рівня перед початком команди SPI і повинен повернутися до високого рівня після її завершення. Перетворювачі рівня на лініях тактового сигналу SPI (SPC) і вхідного сигналу даних (SDI) забезпечують зв'язок SPI з мікроконтролерами, що працюють при тій же напрузі, що і VIN (від 1.8 до 5.5 В).

У 4-провідному режимі за замовчуванням датчик тиску передає дані головному пристрою SPI по виділеній лінії виведення даних (SDO), яка немає зсуву рівня. Якщо інтерфейс SPI налаштований використання трипровідного режиму, лінія SDI дублюється лінією SDO і керується мікросхемою LPS22DF під час передачі даних провідному пристрою. Детальний опис інтерфейсу SPI мікросхеми LPS22DF можна знайти у її технічному описі.

Приклад коду:

Написано базову бібліотеку Arduino для LPS22DF, яка спрощує взаємодію цього датчика з Arduino. Бібліотека спрощує налаштування LPS22DF 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 протоколу:

У технічному описі представлена ​​вся необхідна інформація щодо використання цього датчика, але вивчення важливих деталей може зайняти деякий час. Ось кілька порад щодо налаштування та взаємодії з LPS22DF, які, як ми сподіваємося, допоможуть вам швидше приступити до роботи:

• Стандартний датчик тиску знаходиться в режимі вимкнення живлення. Щоб вибрати швидкість передачі вихідних даних, необхідно включити його, записавши відповідне значення регістр CTRL_REG1.
• Адреса регістру автоматично збільшується на одиницю при багатобайтовому доступі, що дозволяє зчитувати та записувати дані у кілька регістрів однією командою I²C або SPI. На відміну від деяких інших датчиків ST автозбільшення включено за замовчуванням; його можна вимкнути за допомогою поля IF_ADD_INC у регістрі CTRL_REG3.

Характеристики:

• Інтерфейс: I²C/I3C, SPI ²
• Мінімальна робоча напруга: 1.8 В
• Максимальна робоча напруга: 5.5 В
• Діапазон вимірювань: від 26 кПа до 126 кПа
• Струм живлення: 1 мА
• Розмір: 10.16 х 20.32 х 2.54 ¹
• Маса: 0.5 г ¹

Розпізнавальні знаки:

• Коди розробки друкованої плати: ps03a
• Інші маркування друкованих плат: 0J14060

Примітки:

1. Без увімкнених необов'язкових контактів
2. Інтерфейс керується виведенням CS.

Посилання:

• Технічний опис LPS22DF
• Принципова схема тримача датчика тиску/висоти LPS22DF з регулятором напруги
• Габаритна схема тримача датчика тиску/висоти LPS22DF з регулятором напруги
• 3D-модель тримача датчика тиску/висоти LPS22DF з регулятором напруги
• Посібник зі свердління для тримача датчика тиску/висоти LPS22DF з регулятором напруги
• AN5699: Примітка до застосування LPS22DF
• Специфікація та посібник користувача шини I²C UM10204
• Бібліотека LPS Arduino
• LPS22DF documentation and resources