Sensor de Presión/altitud con Regulador de Voltaje — LPS25HB

Esta placa es un soporte compacto (0,4″ × 0,8″) para el sensor de presión absoluta o barómetro LPS25HB MEMS de ST; por lo tanto, recomendamos leer atentamente la hoja de datos de LPS25HB (2MB pdf) antes de usar este producto. El LPS25HB es un excelente IC, pero su pequeño paquete LGA sin cables hace que sea difícil de usar para el estudiante o aficionado típico. También funciona con voltajes por debajo de 3,6V, lo que puede dificultar la interfaz para los microcontroladores que funcionan a 5V. Esta placa soluciona estos problemas al incorporar componentes electrónicos adicionales, incluido un regulador de voltaje de 3,3V y circuitos de cambio de nivel, mientras mantiene el tamaño total como compacto posible. La placa se envía completa con sus componentes SMD, incluido el LPS25HB, como se muestra en la imagen del producto.

El LPS25HB es un reemplazo directo del anterior LPS25H que ofrece mayor confiabilidad y resistencia a la humedad. Por lo demás, ofrece el mismo rendimiento y presenta el mismo mapa de registro, por lo que no se requieren cambios de diseño al pasar del LPS25H al LPS25HB. En comparación con el LPS331AP anterior , el LPS25HB presenta una precisión mejorada y un ruido reducido en la salida. La adición de un búfer FIFO (First In, First Out o «primero en entrar, primero en salir») incorporado permite que el sensor almacene lecturas de presión para transmisión en ráfagas, lo que reduce el consumo general de energía al permitir que el procesador principal duerma más tiempo entre solicitudes de datos. Alternativamente, el FIFO se puede configurar para realizar un promedio móvil de lecturas de presión para disminuir aún más el ruido de salida.

La placa LPS25HB es compatible con los pines del LPS331AP, pero debido a la eliminación de uno de los pines de interrupción en el LPS25HB, la posición del orificio de montaje ha cambiado en relación con los pines restantes. Los dos sensores usan las mismas direcciones I²C, pero algunos de sus campos de registro de configuración son diferentes, por lo que es posible que sea necesario modificar el código escrito para interactuar con un LPS331 para que funcione con un LPS25HB.

El LPS25HB cuenta con compensación de temperatura integrada y tiene muchas opciones configurables, incluidas resoluciones seleccionables, una selección de tasas de datos de salida, varios modos de operación FIFO y una señal de interrupción externa programable. Su salida de presión tiene una precisión de presión absoluta sobre la temperatura tan baja como ±0,2 mbar (0,02 kPa), con un ruido RMS de 0,01 mbar (0,001 kPa) en el modo de resolución más alta con filtrado incorporado habilitado. Los datos de los sensores de presión y temperatura están disponibles a través de una interfaz digital, que puede configurarse para operar en modo I²C o SPI, y puede usarse para altimetría. (Consulte la sección Código de muestra a continuación para obtener una biblioteca Arduino que se puede usar para convertir este sensor en un altímetro).

La placa incluye un regulador de voltaje lineal de caída baja que proporciona los 3,3V requeridos por el LPS25HB, lo que permite alimentar el sensor con un suministro de 2,5V a 5,5V. La salida del regulador está disponible en el pin VDD y puede suministrar casi 150 mA a dispositivos externos. La placa de conexiones también incluye un circuito que cambia el reloj I²C/SPI y los datos en las líneas al mismo nivel de voltaje lógico que el VIN suministrado, lo que simplifica la conexión de la placa con sistemas de 5V, y el espaciado de pines de 0,1″ de la placa hace que sea fácil de usar con placas estándar sin soldadura y placas perforadas de 0,1″.

Especificaciones:

• Dimensiones: 0,4″ × 0,8″ × 0,1″ (10 mm × 20 mm × 3 mm)
• Peso sin pines: 0,5 g (0,02 oz)
• Voltaje de funcionamiento: 2,5V a 5,5V
• Corriente de suministro: 2 mA
• Formato de salida (I²C/SPI): lectura de presión de 24 bits (4096 LSb/mbar)
• Rango de sensibilidad: 260 mbar a 1260 mbar (26 kPa a 126 kPa)

Componentes incluidos:

Se incluye una tira de 1×8 de pines headers de 0,1″ y una tira de 1×8 de pines headers de ángulo recto de 0,1″ , como se muestra en la imagen a continuación. Puede soldar la tira de su elección a la placa para usar con cables personalizados o placas de prueba sin soldadura , o puede soldar cables directamente a la placa para instalaciones más compactas.

La placa tiene un orificio de montaje que funciona con tornillos #2 y M2 (no incluidos).

Usando el LPS25HB

Conexiones

Independientemente de la interfaz que se utilice para comunicarse con el LPS25HB, su pin VIN debe conectarse a una fuente de 2,5V a 5,5V y GND debe conectarse a 0 voltios. (Alternativamente, si está utilizando el sensor con un sistema de 3,3V, puede dejar el VIN desconectado y omitir el regulador integrado conectando 3,3V directamente a VDD).

Se necesitan un mínimo de dos conexiones lógicas para usar el LPS25HB en modo I²C (este es el modo predeterminado): SCL y SDA. Estos pines están conectados a convertidores de nivel incorporados que los hacen seguros para usar con voltajes superiores a 3,3V; deben conectarse a un bus I²C que opere al mismo nivel lógico que el VIN. Los pines restantes no están conectados a los convertidores de nivel en la placa y no son tolerantes a 5V, pero un convertidor de nivel lógico bidireccional de 4 canales se puede usar externamente con esos pines para lograr el mismo efecto.

Para usar el LPS25HB en el modo SPI predeterminado, se requieren cuatro conexiones lógicas: SPC, SDI, SDO y CS. Estos deben conectarse a un bus SPI que funcione al mismo nivel lógico que el VIN. La interfaz SPI funciona en modo de 4 vías de manera predeterminada, con SDI y SDO en pines separados, pero se puede configurar para usar el modo de 3 vías para que SDO comparta un pin con SDI.

Sensor de Presión/altitud con Regulador de Voltaje — LPS25HB, montado en una protoboard

Asignación de pines:

Diagrama esquemático:

El esquema anterior muestra los componentes adicionales que incorpora la placa portadora para hacer que el LPS25HB sea más fácil de usar, incluido el regulador de voltaje que permite que la placa se alimente con un suministro de 2,5 V a 5,5 V y el circuito de cambio de nivel que permite I²C y SPI comunicación al mismo nivel de voltaje lógico que VIN. Este esquema también está disponible como PDF descargable (71k pdf).

Comunicación I²C
Con el pin CS en su estado predeterminado (subido a VDD), se puede configurar el LPS25HB y se puede consultar su lectura de presión a través del bus I²C. Los cambiadores de nivel en el reloj I²C (SCL) y las líneas de datos (SDA) permiten la comunicación I²C con microcontroladores que funcionan al mismo voltaje que VIN (2,5 V a 5,5 V). Puede encontrar una explicación detallada de la interfaz I²C en el LPS25HB en su hoja de datos (pdf de 2 MB) y puede encontrar información más detallada sobre I²C en general en la especificación de bus I²C de NXP (pdf de 1 MB).

En el modo I²C, la dirección esclava de 7 bits del sensor tiene su bit menos significativo (LSb) determinado por el voltaje en el pin SA0. La placa portadora lleva SA0 a VDD a través de una resistencia de 10 kΩ, lo que convierte a LSb en 1 y establece la dirección esclava en 1011101b de manera predeterminada. Si la dirección esclava seleccionada del sensor de presión entra en conflicto con algún otro dispositivo en su bus I²C, puede conducir SA0 bajo para establecer el LSb en 0.

La interfaz I²C del LPS25HB cumple con el estándar de modo rápido I²C (400 kHz). En nuestras pruebas de la placa, pudimos comunicarnos con el chip a frecuencias de reloj de hasta 400 kHz; frecuencias más altas podrían funcionar, pero no se probaron.

Comunicación SPI

Para comunicarse con el LPS25HB en modo SPI, el pin CS (que la placa lleva a VDD a través de una resistencia de 10 kΩ) debe estar bajo antes del inicio de un comando SPI y debe volver a estar alto después del final del comando. Los cambiadores de nivel en el reloj SPI (SPC) y las líneas de entrada de datos (SDI) permiten la comunicación SPI con microcontroladores que funcionan al mismo voltaje que VIN (2,5 V a 5,5 V).

En el modo predeterminado de 4 hilos, el sensor de presión transmite datos al maestro SPI en una línea de salida de datos dedicada (SDO) que esnocambiado de nivel. Si la interfaz SPI está configurada para usar el modo de 3 hilos, la línea SDI funciona como SDO y es controlada por el LPS25HB cuando transmite datos al maestro. Puede encontrar una explicación detallada de la interfaz SPI en el LPS25HB en su hoja de datos (2MB pdf).

Código de muestra

Hemos escrito una biblioteca Arduino básica para el LPS25H/LPS25HB que facilita la interconexión de este sensor con un Arduino . La biblioteca simplifica la configuración del LPS25HB y la lectura de los datos de presión sin procesar a través de I²C, y proporciona funciones para calcular la altitud en función de la presión medida para aquellos que buscan usar este sensor como altímetro.

Consejos de protocolo

La hoja de datos proporciona toda la información que necesita para usar este sensor, pero seleccionar los detalles importantes puede llevar algún tiempo. Aquí hay algunos consejos para comunicarse y configurar el LPS25HB que esperamos lo ayuden a ponerlo en funcionamiento un poco más rápido:

• El sensor de presión está en modo de apagado por defecto. Debe encenderlo escribiendo el valor apropiado en el registro CTRL_REG1 para elegir una tasa de datos de salida.
• Puede leer o escribir varios registros en un solo comando I²C afirmando el bit más significativo de la dirección del registro para habilitar el incremento automático de la dirección.
• Puede habilitar la misma función de incremento automático en el modo SPI afirmando el segundo bit (bit 1, llamado bit M S en la hoja de datos) de un comando SPI.