Держатель датчика давления/высоты ST LPS331AP с регулятором 3,3 В, диапазон 260-1260 мбар, I2C/SPI, компактный размер 0,4"-0,9"

Обзор

Эта плата представляет собой компактный (0,4" A–0,9") носитель для MEMS-датчика абсолютного давления ST LPS331AP, или барометра; Поэтому мы рекомендуем внимательно прочитать техническое описание LPS331AP (453k pdf) перед использованием этого продукта. LPS331 — отличная микросхема, но ее небольшой безвыводной корпус LGA затрудняет ее использование обычным студентом или любителем. Он также работает при напряжении ниже 3,6 В, что может затруднить взаимодействие с микроконтроллерами, работающими при 5 В. Эта несущая плата решает эти проблемы за счет включения дополнительной электроники, включая регулятор напряжения 3,3 В и схемы сдвига уровня, при этом сохраняя максимально компактный общий размер. Плата поставляется полностью укомплектованной SMD-компонентами, включая LPS331AP, как показано на изображении продукта.

LPS331 имеет встроенную температурную компенсацию и множество настраиваемых параметров, включая выбор разрешения, выбор скорости выходных данных и два программируемых внешних сигнала прерывания. Его выходное давление имеет абсолютную точность до 2 мбар (0,2 кПа) со среднеквадратичным уровнем шума 0,02 мбар (0,002 кПа) в режиме наивысшего разрешения. Данные датчиков давления и температуры доступны через цифровой интерфейс, который можно настроить для работы в режиме I2C или SPI, и использовать для измерения высоты. (См. раздел «Пример кода» ниже, где приведена библиотека Arduino, с помощью которой можно превратить этот датчик в высотомер).

Несущая плата включает в себя линейный стабилизатор напряжения с малым падением напряжения, который обеспечивает напряжение 3,3 В, необходимое для LPS331, что позволяет питать датчик от источника питания напряжением от 2,5 В до 5,5 В. Выход регулятора доступен на выводе VDD и может подавать на внешние устройства почти 150 мА. Плата расширения также включает схему, которая переводит тактовую частоту и данные I2C/SPI на тот же уровень логического напряжения, что и поставляемый VIN, что упрощает сопряжение платы с системами 5 В, а расстояние между выводами платы 0,1 дюйма позволяет легко использовать ее со стандартными беспаечными макетными платами и перфорированными платами 0,1 дюйма.

Для приложений с использованием датчиков инерциальный измерительный блок AltIMU-10 объединяет LPS331AP с 3-осевым гироскопом L3GD20 и 3-осевым акселерометром и 3-осевым магнитометром LSM303DLHC на одной плате, обеспечивая десять независимых показаний, которые можно использовать для расчета абсолютной ориентации и высоты.

Технические характеристики

• Размеры: 0,4" A— 0,9" A— 0,1" (10 мм A— 23 мм A— 3 мм)
• Вес без штыревых контактов: 0,6 г (0,02 унции)
• Рабочее напряжение: от 2,5 В до 5,5 В
• Ток питания: 2 мА
• Формат выходного сигнала (I2C/SPI): 24-битное показание давления (4096 LSb/мбар)
• Диапазон чувствительности: от 260 мбар до 1260 мбар (от 26 кПа до 126 кПа)

Включенные компоненты

В комплект входят полоса 1A—9 с контактами 0,1" и полоса 1A—9 с прямоугольными контактами 0,1", как показано на рисунке ниже. Вы можете припаять к плате разъем по вашему выбору для использования с индивидуальными кабелями или беспаечными макетными платами, или же вы можете припаять провода непосредственно к самой плате для более компактной установки.

Плата имеет одно монтажное отверстие, которое подходит для винтов №2 и М2 (не входят в комплект).

Использование LPS331

Связи

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

Для использования LPS331 в режиме I2C (это режим по умолчанию) необходимы как минимум два логических соединения: SCL и SDA. Их следует подключить к шине I2C, работающей на том же логическом уровне, что и VIN.

Для использования LPS331 в режиме SPI по умолчанию требуются четыре логических соединения: SPC, SDI, SDO и CS. Их следует подключить к шине SPI, работающей на том же логическом уровне, что и VIN. Интерфейс SPI по умолчанию работает в 4-проводном режиме, при этом SDI и SDO находятся на отдельных контактах, но его можно настроить на использование 3-проводного режима, чтобы SDO использовал один контакт совместно с SDI.

Держатель датчика давления/высоты LPS331AP с регулятором напряжения, маркирован как вид сверху.

Держатель датчика давления/высоты LPS331AP с регулятором напряжения на макетной плате.

Распиновка

Принципиальная схема

На схеме выше показаны дополнительные компоненты, входящие в состав несущей платы, которые упрощают использование LPS331AP, включая регулятор напряжения, позволяющий питать плату от источника питания 2,5 В - 5,5 В, и схему сдвига уровня, обеспечивающую связь по шинам I2C и SPI при том же уровне логического напряжения, что и VIN. Эта схема также доступна для скачивания в формате PDF (156k pdf).

I2C-коммуникация

Когда вывод CS находится в состоянии по умолчанию (подтянут к VDD), LPS331AP можно настроить и запросить показания его давления по шине I2C. Сдвиги уровня на линиях синхронизации (SCL) и данных (SDA) I2C обеспечивают связь I2C с микроконтроллерами, работающими при том же напряжении, что и VIN (от 2,5 В до 5,5 В). Подробное описание интерфейса I2C на LPS331 можно найти в его техническом описании (453k pdf), а более подробную информацию об I2C в целом можно найти в спецификации шины I2C компании NXP (371k pdf).

В режиме I2C младший бит (LSb) 7-битного адреса подчиненного устройства датчика определяется напряжением на выводе SA0. Несущая плата подключает SA0 к VDD через цепь 4,7 кОм. резистор, устанавливая LSb равным 1 и устанавливая адрес ведомого устройства по умолчанию на 1011101b. Если выбранный адрес подчиненного устройства датчика давления конфликтует с каким-либо другим устройством на шине I2C, вы можете подать на SA0 низкий уровень, чтобы установить LSb на 0.

Интерфейс I2C на LPS331 соответствует стандарту быстрого режима I2C (400 кГц). В ходе наших испытаний платы нам удалось установить связь с чипом на тактовых частотах до 400 кГц; Более высокие частоты могут работать, но они не тестировались. В нем отсутствует подавление пиков длительностью 50 нс на линиях синхронизации и данных, а для достижения соответствующих временных характеристик сигнала могут потребоваться дополнительные подтягивания на линиях синхронизации и данных.

СПИ-коммуникация

Для связи с LPS331AP в режиме SPI вывод CS (который плата подключает к VDD через резистор 4,7 кОм) должен быть переведен на низкий уровень перед началом команды SPI и должен вернуться на высокий уровень после завершения команды. Сдвиги уровня на линиях синхронизации SPI (SPC) и ввода данных (SDI) обеспечивают связь SPI с микроконтроллерами, работающими при том же напряжении, что и VIN (2,5–5,5 В).

В 4-проводном режиме по умолчанию датчик давления передает данные на ведущее устройство SPI по выделенной линии вывода данных (SDO), котораянетуровень смещен. Если интерфейс SPI настроен на использование 3-проводного режима, линия SDI дублируется как SDO и управляется LPS331 при передаче данных ведущему устройству. Подробное описание интерфейса SPI на LPS331 можно найти в его техническом описании (453k pdf).

Мы написали базовую библиотеку Arduino для LPS331, которая упрощает взаимодействие этого датчика 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.

Советы по протоколу

В техническом описании содержится вся информация, необходимая для использования этого датчика, но выбор важных деталей может занять некоторое время. Вот несколько советов по взаимодействию с LPS331AP и его настройке, которые, как мы надеемся, помогут вам немного быстрее приступить к работе:

• Датчик давления по умолчанию находится в режиме отключения питания. Вам необходимо включить его, записав соответствующее значение в регистр CTRL_REG1, чтобы выбрать скорость передачи выходных данных.
• Вы можете считывать или записывать данные в несколько регистров в одной команде I2C, утверждая старший бит адреса регистра, чтобы включить автоматическое увеличение адреса.
• Вы можете включить ту же функцию автоинкремента в режиме SPI, установив второй бит (бит 1, называемый MSбит в техническом описании) команды SPI.

Люди часто покупают этот продукт вместе с:

Держатель датчика тока ACS711EX от -31A до +31A

Гироскоп, акселерометр, компас и высотомер AltIMU-10 (носитель L3GD20, LSM303DLHC и LPS331AP)

Держатель датчика тока ACS711EX от -15,5 А до +15,5 А