Модуль датчика давления/высоты на LPS331AP от Pololu

Модуль цифрового барометра ST LPS331AP измеряет давление от 260 мбар до 1260 мбар (от 26 кПа до 126 кПа) с абсолютной точностью давления до ±2 мбар (0,2 кПа) и средним среднеквадратичным шумом 0,02 мбар (0,002 кПа) в режиме высокого разрешения. Эти давления могут быть легко преобразованы в абсолютные высоты. Плата оснащена линейным стабилизатором напряжения 3,3 В и встроенными переключателями уровня, которые позволяют ей работать в диапазоне входных напряжений от 2,5 В до 5,5 В, а расстояние между выводами 2.54 мм упрощает ее использование со стандартными макетными платами без пайки и шагом отверстий 2.54 мм. Датчик содержит интерфейсы I²C и SPI с преобразователями уровней сигналов.

Код производителя: 2126, LPS331AP

Плата представляет собой носитель для микросхемы датчика абсолютного давления LPS331AP MEMS. Перед использованием модуля рекомендуем внимательно ознакомиться с техническим описанием микросхемы LPS331AP (ссылка ниже). LPS331 - отличная ИС, но ее небольшой, бессвинцовый, корпус LGA затрудняет его использование среднестатистическим студентом или любителем. Он также работает при напряжениях равных или ниже 3,6 В, что может затруднить сопряжение для микроконтроллеров, работающих на напряжении 5 В. Эта плата решает эти проблемы и содержит дополнительную электронику, такую как, стабилизатор напряжения 3,3 В и схемы сдвига уровня логических сигналов, сохраняя при этом общий размер как можно более компактным. Плата поставляется полностью заполненной компонентами SMD, включая LPS331AP, как показано на картинке продукта.

Модуль LPS331 оснащен встроенной температурной компенсацией и имеет множество настраиваемых опций, включая выбор разрешения, выбор скоростей выходных данных и два программируемых внешних сигнала прерывания. Измеряемое давление имеет абсолютную точность до ±2 мбар (0,2 кПа), с среднеквадратичным шумом 0,02 мбар (0,002 кПа) в режиме с самым высоким разрешением. Данные датчиков давления и температуры доступны через цифровой интерфейс, который может быть сконфигурирован для работы в режиме I²C или SPI и может использоваться для альтиметрии. (См. раздел Пример кода ниже для библиотеки Arduino, которую можно использовать для превращения этого датчика в высотомер).

Плата содержит линейный стабилизатор напряжения с низким падением напряжения, который обеспечивает напряжение 3,3 В, требуемое LPS331, что позволяет питать датчик от напряжения питания от 2,5 В до 5,5 В. Выход регулятора доступен на контакте VDD и может подавать почти 150 мА на внешние устройства. Плата также включает в себя схему, которая сдвигает напряжения логических уровней сигналов интерфейсов I²C / SPI до того же логического уровня напряжения, что и уровень входа VIN, что упрощает сопряжение платы с 5 В системами, а расстояние между выводами платы составляет 2.54 мм, что позволяет легко использовать ее со стандартными макетными платами без пайки и 2.54 мм макетными платами под пайку.

Для применения в композиции датчиков инерциальный измерительный блок AltIMU-10 v3 сочетает в себе LPS331AP с 3-осевым гироскопом L3GD20H и 3-осевым акселерометром LSM303D и 3-осевым магнитометром на одной плате, обеспечивая десять независимых показаний, которые можно использовать для расчета абсолютной ориентации и высоты.

Данный модуль является более дешевой альтернативой новому модулю LPS25HB, который предлагает улучшенную точность, уменьшенный выходной шум, а встроенный буфер FIFO (First In, First Out) позволяет датчику хранить показания давления для неравномерной передачи данных или выводить среднее рабочее значение для дальнейшего снижения выходного шума.

Характеристики:

• Размеры: 10 мм × 23 мм × 3 мм
• Вес без коннекторов: 0,6 г
• Рабочее напряжение: от 2.5 В до 5.5 В
• Потребляемый ток: 2 мА
• Выходной интерфейс: I²C/SPI
• Разрешающая способность: 24-битное считывание давления (4096 LSb/мбар)
• Диапазон чувствительности: от 260 мбар до 1260 мбар (от 26 кПа до 126 кПа)

Компоненты, входящие в комплект поставки:

В комплект входят 1×9 полоса из 2.54 мм угловых коннекторов и полоса 1×9 из 2.54 мм прямых коннекторов, как показано на рисунке ниже. Вы можете припаять полосу коннектора по вашему выбору к плате для использования с пользовательскими кабелями или макетными платами без пайки или вы можете припаять провода непосредственно к самой плате для более компактных устройств.

Плата имеет одно крепежное отверстие, которое работает с винтами #2 и M2 (не входят в комплект).

Использование LPS331:

Подключение и контакты:

Независимо от интерфейса, используемого для связи с LPS331AP, его контакт VIN должен быть подключен к источнику питания от 2,5 В до 5,5 В, а GND должен быть подключен к 0 В. (Кроме того, если вы используете датчик с системой 3,3 В, вы можете оставить VIN отключенным и обойти встроенный регулятор, подключив 3,3 В непосредственно к выводу VDD.)

Для использования LPS331 в режиме I²C (это режим по умолчаю) необходимо, как минимум, два логических соединения: SCL и SDA. Эти контакты подключены к встроенным переключателям уровня, что делает их безопасными для использования при напряжениях питания более 3,3 В. Они должны быть подключены к шине I²C, работающей на том же напряжении что и напряжение входа VIN. Остальные контакты не подключены к преобразователям уровня на плате и не устойчивы к 5 В, но дополнительный 4-канальный двунаправленный логический преобразователь уровня может использоваться снаружи с этими контактами для достижения того же эффекта.

Для использования LPS331 в режиме SPI по умолчанию требуется четыре логических соединения: SPC, SDI, SDO и CS. Они должны быть подключены к шине SPI, работающей на том же логическом уровне, что и VIN. Интерфейс SPI по умолчанию работает в 4-проводном режиме, с SDI и SDO на отдельных контактах, но его можно настроить на использование 3-проводного режима, чтобы SDO совместно использовал контакт с SDI.

Датчик давления/высоты LPS331AP на плате с обозначениями сверху и на макетной плате:

Расположение и назначение выводов:

Принципиальная электрическая схема:

На приведенной выше схеме показаны дополнительные компоненты, которые включает в себя несущую плату, чтобы сделать LPS331AP более простым в использовании, включая стабилизатор напряжения, который позволяет питать плату от напряжения питания от 2,5 В до 5,5 В, и схему преобразования уровня, которая обеспечивает связь I²C и SPI на том же логическом уровне напряжения, что и VIN. Эта схема также доступна в формате PDF для загрузки.

Интерфейс I²C:

С контактом CS в состоянии по умолчанию (подтянутым к VDD) LPS331AP может быть сконфигурирован, а показания давления могут быть запрошены через шину I²C. Переключатели уровня на тактовых линиях I²C (SCL) и данных (SDA) обеспечивают связь I²C с микроконтроллерами, работающими на том же напряжении, что и VIN (от 2,5 В до 5,5 В). Подробное описание интерфейса I²C на LPS331 можно найти в техническом описании, а более подробную информацию о интерфейсе I²C в целом можно найти в спецификации I²C-шины NXP.

В режиме I²C 7-битный подчиненный адрес датчика имеет наименее значимый бит (LSb), определяемый напряжением на контакте SA0. Несущая плата тянет SA0 к VDD через резистор 4,7 кОм, делая LSb равным логической 1 и устанавливая подчиненный адрес 1011101b по умолчанию. Если выбранный ведомый адрес датчика давления конфликтует с каким-либо другим устройством на шине I²C, вы можете притянуть вход SA0 к земле, чтобы установить значение LSb равным 0.

Интерфейс I²C на LPS331 соответствует стандарту быстрого режима I²C (400 кГц). В тестах платы контроллеры смогли связаться с чипом на тактовых частотах до 400 кГц. Более высокие частоты могут работать, но не были протестированы. В нем отсутствует подавление пиков импульсов длительностью 50 нс на тактовых сигналах и линиях передачи данных и дополнительные подтягивания на тактовых и информационных линиях также могут потребоваться для достижения совместимых характеристик синхронизации сигнала.

Интерфейс SPI:

Для связи с LPS331AP в режиме SPI контакт CS (который плата вытягивает на VDD через резистор 4,7 кОм) должен быть опущен до 0 до начала команды SPI и иметь возможность вернуться обратно после окончания команды. Преобразователи уровня на тактовых линиях SPI (SPC) и передачи данных (SDI) обеспечивают связь SPI с микроконтроллерами, работающими на том же напряжении, что и VIN (от 2.5 В до 5.5 В).

В 4-проводном режиме, по умолчанию, датчик давления передает данные на мастер SPI по выделенной линии вывода данных (SDO), которая не смещается по уровню. Если интерфейс SPI настроен на использование 3-проводного режима, линия SDI удваивается как SDO и управляется LPS331 при передаче данных мастеру. Подробное описание интерфейса SPI на LPS331 можно найти в техническом описании).

Пример кода:

Написана базовая библиотека Arduino для LPS331, которая позволяет легко использовать этот датчик с Arduino. Библиотека упрощает настройку LPS331 и считывание необработанных данных о давлении через I²C, а также предоставляет функции для расчета высоты на основе измеренного давления для тех, кто хочет использовать этот датчик в качестве высотомера.

Подсказки по протоколу:

Техническое описание предоставляет всю информацию, необходимую для использования этого датчика, но выбор важных деталей может занять некоторое время. Вот несколько советов для взаимодействия и настройки LPS331AP, которые, как мы надеемся, помогут вам начать работу немного быстрее:

• По умолчанию датчик давления находится в режиме отключения питания. Вы должны включить его, записав соответствующее значение в регистр CTRL_REG1, чтобы выбрать скорость выходных данных.
• Можно считывать или записывать несколько регистров в одной команде I²C, указывая наиболее значимый бит адреса регистра, чтобы включить автоматическое увеличение адреса.
• Вы можете включить ту же функцию автоматического увеличения в режиме SPI, подав второй бит (бит 1, называемый битом MS в таблице) команды SPI.

Ссылки:

• Библиотека Arduino
• Даташит на микросхему датчика
• Спецификация I²C интерфейса