Датчик тиску/висоти LPS25HB від Pololu

Модуль цифрового барометра ST LPS25HB вимірює тиск від 260 до 1260 мбар (від 26 кПа до 126 кПа) з абсолютною точністю до ±0,2 мбар (0,02 кПа) і типовий середньоквадратичний шум 0,01 мбар (1 Па) в режимі високої роздільної здатності. Ці тиски можуть бути легко перетворені на висоти. Плата оснащена лінійним стабілізатором 3,3 В і вбудованими перемикачами рівня, які дозволяють їй працювати в діапазоні вхідної напруги від 2,5 до 5,5 В, а відстань між висновками 2,54 мм спрощує її використання зі стандартними макетними платами без паяння і перфорованими платами з кроком отворів 2,54 мм. Датчик підключається за допомогою інтерфейсів I²C та SPI.

LPS25HB - відмінна ІС, але її невеликий, безсвинцевий корпус LGA ускладнює його використання студентом або аматором. Так само вона живиться від напруги нижче 3,6 В, що може утруднити підключення до мікроконтролерів, що працюють на 5 В. Ця невелика плата вирішує ці проблеми, включаючи додаткову електроніку, стабілізатор напруги 3,3 В і схеми зсуву рівня, зберігаючи при цьому загальний розмір якомога компактнішим. Плата поставляється повністю заповненою компонентами SMD, включаючи LPS25HB.

LPS25HB є заміною більш раннього LPS25H і забезпечує підвищену надійність та вологостійкість. В іншому датчик пропонує ту ж продуктивність і ту ж карту регістрів, тому при переході з LPS25H на LPS25HB не потрібні зміни в програмі. У порівнянні з більш раннім LPS331AP, LPS25HB відрізняється покращеною точністю та зменшеним шумом на виході. Додавання вбудованого буфера FIFO (First In, First Out) дозволяє датчику зберігати показання тиску передачі пакетів, знижуючи загальне енергоспоживання, дозволяючи хост-процесору спати довше між запитами даних. В якості альтернативи, FIFO може бути налаштований для виконання усереднення показань тиску для подальшого зниження значення вихідного шуму.

Плата LPS25HB сумісна по підключенню з платою LPS331AP, але через видалення одного з контактів переривання на LPS25HB положення монтажного отвору змінилося щодо інших контактів. Два датчики використовують одні й ті ж I²C-адреси, але деякі з їх полів регістра конфігурації відрізняються, тому код, написаний для взаємодії з LPS331, можливо, знадобиться трохи модифікувати для роботи з LPS25HB.

LPS25HB оснащений вбудованою температурною компенсацією і має безліч опцій, що налаштовуються, включаючи вибираються дозволи, вибір швидкостей вихідних даних, кілька режимів роботи FIFO і програмований зовнішній сигнал переривання. Вихідне значення тиску має абсолютну точність при температурі до ±0,2 мбар (0,02 кПа), із середньоквадратичним шумом 0,01 мбар (0,001 кПа) у режимі з найвищою роздільною здатністю із включеною вбудованою фільтрацією. 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.

Модуль включає лінійний стабілізатор напруги з низьким падінням напруги, який забезпечує напругу 3,3 В, необхідне LPS25HB, що дозволяє живити датчик від напруги живлення від 2,5 В до 5,5 В. Вихід вбудованого стабілізатора напруги доступний на контакті VDD і може бачити майже 150 мА на зовнішні пристрої. Плата також включає схему, яка зрушує рівні сигналів в шинах I²C / SPI до того ж логічного рівня напруги, що і VIN, що поставляється, що спрощує сполучення плати з системами 5 В, а відстань між висновками плати 2,54 мм дозволяє легко використовувати її зі стандартними макетними платами без паяння та 2,54мм перфорованими платами.

Характеристики:

• Розміри: 10 мм × 20 мм × 3 мм
• Вага без конекторів: 0,5 г
• Робоча напруга: від 2,5 до 5,5 В
• Споживаний струм: 2 мА
• Вихідний формат (I²C/SPI): 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:

• 1×8 смуга з 2,54 мм прямих конекторів
• 1×8 смуга з 2,54 мм кутових конекторів
• Повністю змонтована плата датчика тиску
• Ви можете припаяти смугу конектора за вашим вибором до плати для використання з користувальницькими кабелями або макетними платами без паяння або можете припаяти дроти безпосередньо до самої плати для більш компактних варіантів монтажу.

Плата має один отвір для кріплення, який розрахований для гвинтів M2 (не входять комплект).

Підключення LPS25HB:

Незалежно від інтерфейсу, що використовується для зв'язку з LPS25HB, його контакт VIN повинен бути підключений до джерела від 2,5 до 5,5 В, а GND повинен бути підключений до 0 вольтів. (Крім того, якщо ви використовуєте датчик із системою 3,3 В, ви можете залишити VIN вимкненим та обійти вбудований регулятор, підключивши 3.3 В безпосередньо до VDD.)

Для використання LPS25HB в 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 більше 3.3; вони повинні бути підключені до шини I²C, що працює на тому ж логічному рівні, що і VIN. Інші контакти не підключені до перетворювачів рівня на платі і не стійкі до 5, але додатковий 4-канальний двонаправлений логічний перемикач рівня може використовуватися зовні з цими контактами для досягнення того ж ефекту.

Для використання LPS25HB у режимі SPI за замовчуванням потрібно чотири логічні з'єднання: SPC, SDI, SDO та CS. Вони повинні 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.

Інтерфейс I²C:

З виводом CS у стані за замовчуванням (підтягнутим до VDD) LPS25HB може бути налаштований, а його 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). Докладне пояснення інтерфейсу I²C на LPS25HB можна знайти в його технічному описі (2 МБ pdf), а докладнішу інформацію про I²C загалом можна знайти у специфікації I²C-шини NXP (1 МБ pdf).

У режимі I²C 7-бітний підпорядкований адресу датчика має менш значний біт (LSb), який визначається напругою на контакті SA0. Несуча плата тягне SA0 до VDD через резистор 10 кОм, роблячи LSb 1 і встановлюючи адресу 1011101b за умовчанням. Якщо вибраний ведений адреса датчика тиску конфліктує з будь-яким іншим пристроєм на шині I²C, можна знизити SA0, щоб встановити значення LSb рівним 0.

Інтерфейс I²C на LPS25HB відповідає стандарту швидкого режиму I²C (400 кГц). У наших тестах плати ми змогли зв'язатися із чіпом на тактових частотах до 400 кГц; Вищі частоти можуть працювати, але не були протестовані.

Інтерфейс SPI:

Для зв'язку з LPS25HB в режимі SPI контакт CS (який плата підтягує на VDD через резистор 10 ком) повинен бути опущений до 0 перед початком команди SPI і мати можливість повернутися в 1 після закінчення команди. Перемикачі 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 замовчуванням датчик тиску передає дані на майстер SPI виділеної лінії виведення даних (SDO), яка не зміщується за рівнем. Якщо інтерфейс SPI налаштований на використання 3-провідного режиму, лінія SDI подвоюється як SDO і управляється LPS25HB під час передачі даних на майстер. Детальний опис інтерфейсу SPI на LPS25HB можна знайти в технічному описі (2 МБ pdf).

Приклад коду:

Написано базову бібліотеку Arduino для LPS25H/LPS25HB, яка дозволяє легко опитувати цей датчик з Arduino. Бібліотека спрощує налаштування LPS25HB 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 зв'язку та налаштування LPS25HB, які, як ми сподіваємося, допоможуть вам працювати трохи швидше:

За замовчуванням датчик тиску перебуває в режимі вимкнення живлення. Ви повинні увімкнути його, записавши відповідне значення в регістр CTRL_REG1, щоб вибрати період 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.

Характеристики:

• Інтерфейс: I²C, SPI2
• Мінімальна робоча напруга: 2.5 В
• Максимальна робоча напруга: 5.5 В
• Діапазон вимірювань: від 26 кПа до 126 кПа
• Споживаний струм: 2 мА
• Розмір: 10 х 20 х 2,54 мм
• Вага: 0,5 г