Датчик давления/высоты LPS22DF со стабилизатором напряжения от Pololu

Этот цифровой барометр ST LPS22DF измеряет давление от 260 до 1260 мбар (от 26 до 126 кПа) с абсолютной погрешностью до ±0.5 мбар (0.05 кПа) и типичным среднеквадратичным уровнем шума 0.0034 мбар (0.34 Па) в режиме высокого разрешения. Эти значения давления легко преобразуются в высоту. Плата оснащена линейным стабилизатором напряжения 3.3 В и встроенными преобразователями уровня, что позволяет ей работать в диапазоне входного напряжения от 1.8 до 5.5 В, а расстояние между выводами 2.54 мм обеспечивает удобство использования со стандартными беспаечными макетными платами и перфорированными платами. Датчик поддерживает интерфейсы I²C/I3C и SPI.

Код производителя: 2898, LPS22DF

Эта плата представляет собой компактный (10.16 х 20.32 мм) держатель для MEMS-датчика абсолютного давления (барометра) LPS22DF от ST, поэтому мы рекомендуем внимательно ознакомиться с техническим описанием LPS22DF перед использованием этого продукта. LPS22DF - отличная микросхема, но её небольшой безвыводной корпус LGA затрудняет использование обычным студентом или радиолюбителем. Она также работает при напряжении ниже 3.6 В, что может затруднить взаимодействие с микроконтроллерами, работающими от 5 В. Эта плата решает эти проблемы, включая дополнительную электронику, включая стабилизатор напряжения 3.3 В и схемы сдвига уровня, сохраняя при этом максимально компактный общий размер. Плата поставляется полностью укомплектованной SMD-компонентами, включая LPS22DF, как показано на изображении.

Датчик давления LPS22DF имеет встроенную температурную компенсацию и множество настраиваемых опций, включая выбор усреднения, выбор скорости передачи данных, несколько режимов работы FIFO и программируемый внешний сигнал прерывания. Абсолютная точность измерения давления в диапазоне температур составляет ±0.5 мбар (0.05 кПа), а среднеквадратичное значение шума — 0.0034 мбар (0.34 Па) при максимальном усреднении и включенной встроенной фильтрации. Данные с датчиков давления и температуры, которые можно использовать для измерения высоты, доступны через цифровой интерфейс, настраиваемый для работы в режиме I²C (TWI) или SPI. Протокол MIPI I3C также поддерживается на выводах I²C.

По сравнению с предыдущей моделью LPS25HB, LPS22DF отличается повышенной точностью, сниженным уровнем шума на выходе и значительно более высокой максимальной частотой выходных сигналов (до 200 Гц). Настраиваемое усреднение также обеспечивает большую гибкость в выборе оптимального баланса между минимизацией энергопотребления и снижением шума.

Эта плата-носитель LPS22DF совместима по выводам с предыдущими платами датчиков давления, включая плату LPS25HB. Она использует тот же адрес I²C, что и предыдущие датчики давления ST, но некоторые регистры конфигурации LPS22DF отличаются, поэтому код, написанный для взаимодействия с более ранними датчиками давления, может потребовать модификации для работы с LPS22DF.

Несущая плата включает в себя линейный стабилизатор напряжения с малым падением напряжения, обеспечивающий напряжение 3.3 В, необходимое для LPS22DF, что позволяет питать датчик от источника питания 1.8–5.5 В. Выход стабилизатора подключен к выводу VDD и может обеспечивать ток до 150 мА для внешних устройств. Плата расширения также включает в себя схему, которая переводит тактовые сигналы и линии данных I²C/SPI на тот же уровень логического напряжения, что и подаваемый сигнал VIN, что упрощает подключение платы к 5-вольтовым системам. Расстояние между выводами платы 2.54 мм позволяет использовать её со стандартными беспаечными макетными платами и перфорированными платами.

Использование LPS22DF:

Подключение:

Независимо от интерфейса, используемого для связи с LPS22DF, его вывод VIN должен быть подключен к источнику напряжения от 1.8 В до 5.5 В, а вывод GND должен быть подключен к 0 вольт. (В качестве альтернативы, если вы используете плату с логическим напряжением 3.3 В или ниже, вы можете оставить VIN отключенным и обойти встроенный регулятор, подключив питание логики напрямую к VDD.)

Для использования LPS22DF в режиме I²C (это режим по умолчанию) необходимы как минимум два логических вывода: SCL и SDA. Эти выводы подключены к встроенным преобразователям уровня, что обеспечивает их безопасное использование при напряжениях выше 3.3 В их следует подключать к шине I²C, работающей на том же логическом уровне, что и VIN. Остальные выводы не подключены к преобразователям уровня на плате и они не толерантны к напряжению 5В. Для подключения к ним понадобится внешний преобразователь уровней.

Для использования LPS22DF в режиме SPI, обычно, используются 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 четырёхпроводном режиме, с SDI и SDO на отдельных выводах, но его можно настроить на трёхпроводной режим, чтобы SDO использовал один вывод с SDI.

Принципиальная схема:

На схеме выше показаны дополнительные компоненты, включённые в несущую плату для упрощения использования LPS22DF, включая регулятор напряжения, позволяющий питать плату от источника питания 1.8 – 5.5 В и схему сдвига уровня, обеспечивающую связь по интерфейсам I²C и SPI при том же уровне логического напряжения, что и VIN.

I²C подключение:

Когда вывод CS находится в состоянии по умолчанию (подтянут к VDD), LPS22DF можно настроить и запросить показания давления по шине I²C. Преобразователи уровня на линиях синхронизации (SCL) и данных (SDA) I²C обеспечивают связь по шине I²C с микроконтроллерами, работающими при том же напряжении, что и VIN (от 1.8 до 5.5 В). Подробное описание интерфейса I²C LPS22DF можно найти в его техническом описании, а более подробную информацию об I²C в целом можно найти в спецификации шины I²C компании NXP.

В режиме I²C младший бит (LSb) 7-битного адреса ведомого устройства датчика определяется напряжением на выводе SA0. Плата-носитель подключает SA0 к VDD через резистор 10 кОм, что устанавливает LSb равным 1 и адрес ведомого устройства по умолчанию 1011101b. Если выбранный адрес ведомого устройства датчика давления конфликтует с адресом другого устройства на шине I²C или если вы хотите использовать два датчика LPS22DF на одной шине, можно подать низкий уровень на SA0, чтобы установить LSb равным 0 (что установит адрес ведомого устройства 1011100b).

Интерфейс I²C на LPS22DF соответствует стандарту I²C fast mode plus (1 МГц), а датчик также поддерживает связь MIPI I3C через те же контакты.

SPI-подключение:

Для связи с LPS22DF в режиме SPI вывод CS (который плата подключает к VDD через резистор 10 кОм) должен быть переведен в состояние низкого уровня перед началом команды SPI и должен вернуться в состояние высокого уровня после её завершения. Преобразователи уровня на линиях тактового сигнала SPI (SPC) и входного сигнала данных (SDI) обеспечивают связь по SPI с микроконтроллерами, работающими при том же напряжении, что и VIN (от 1.8 В до 5.5 В).

В 4-проводном режиме по умолчанию датчик давления передает данные главному устройству SPI по выделенной линии вывода данных (SDO), котораянетСдвиг уровня. Если интерфейс SPI настроен на использование трёхпроводного режима, линия SDI дублируется линией SDO и управляется микросхемой LPS22DF при передаче данных ведущему устройству. Подробное описание интерфейса SPI микросхемы LPS22DF можно найти в её техническом описании.

Пример кода:

Написана базовая библиотека Arduino для LPS22DF, которая упрощает взаимодействие этого датчика с Arduino . Библиотека упрощает настройку LPS22DF 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 протокола:

В техническом описании представлена ​​вся необходимая информация по использованию этого датчика, но изучение важных деталей может занять некоторое время. Вот несколько советов по настройке и взаимодействию с LPS22DF, которые, как мы надеемся, помогут вам быстрее приступить к работе:

Датчик давления по умолчанию находится в режиме отключения питания. Чтобы выбрать скорость передачи выходных данных, необходимо включить его, записав соответствующее значение в регистр CTRL_REG1.

Адрес регистра автоматически увеличивается на единицу при многобайтовом доступе, что позволяет считывать и записывать данные в несколько регистров одной командой I²C или SPI. В отличие от некоторых других датчиков ST, автоувеличение включено по умолчанию; его можно отключить с помощью поля IF_ADD_INC в регистре CTRL_REG3.

Характеристики:

• Интерфейс: I²C/I3C, SPI ²
• Минимальное рабочее напряжение: 1.8 В
• Максимальное рабочее напряжение: 5.5 В
• Диапазон измерений: от 26 кПа до 126 кПа
• Ток питания: 1 мА
• Размер: 10.16 х 20.32 х 2.54 ¹
• Масса: 0.5 г ¹

Опознавательные знаки:

• Коды разработки печатной платы: ps03a
• Другие маркировки печатных плат: 0J14060

Примечания:

1. Без включенных необязательных контактов
2. Интерфейс управляется выводом CS.

Ссылки:

• Техническое описание LPS22DF
• Принципиальная схема держателя датчика давления/высоты LPS22DF с регулятором напряжения
• Габаритная схема держателя датчика давления/высоты LPS22DF с регулятором напряжения
• 3D-модель держателя датчика давления/высоты LPS22DF с регулятором напряжения
• Руководство по сверлению для держателя датчика давления/высоты LPS22DF с регулятором напряжения
• AN5699: Примечание к применению LPS22DF
• Спецификация и руководство пользователя шины I²C UM10204
• Библиотека LPS Arduino
• LPS22DF documentation and resources