Fot. 1. Wygląd płytki opisywanego zestawu
W ofercie firmy STMicroelectronics znajduje się płytka demonstracyjna STEVAL-MKI029V1 umożliwiająca demonstrację możliwości czujników ruchu LIS331DLH wykonanych w technologii MEMS. Prezentację możliwości tych elementów realizuje mikrokontroler STM8S207R6 zamontowany na płytce. Konstruktorzy zadbali o bardzo efektowną, audio-wizualną sygnalizację stanu czujnika, do czego są wykorzystywane różnokolorowe diody LED oraz buzzer. Schemat elektryczny zestawu pokazano na rys. 2.
Rys. 2. Schemat elektryczny opisywanego zestawu
Diody LED rozmieszczono na jednej stronie okrągłej płytki. Są one wlutowane na planie dwóch współcentrycznych okręgów. Dwanaście czerwonych diod (na większym okręgu) sygnalizuje stan sensora jednej osi, natomiast osiem diod żółtych współpracuje z sensorem drugiej osi. Dodatkowa dioda umieszczona w centralnym punkcie płytki zmienia kolor świecenia z zielonego na czerwony, gdy zostanie wykryty spadek swobodny. Tak zbudowany inklinometr jest zasilany trzema bateriami AAA umieszczonymi w pojemniku znajdującym się na spodniej stronie płytki. Po ok. 10 sekundowej bezczynności urządzenia jest ono przełączane w tryb standby. Pozwala to zmniejszyć pobór energii, a więc zwiększyć trwałość baterii. Układ powraca do normalnej pracy po wykryciu ruchu lub wstrząsu. Automatyczne wyłączenie urządzenia następuje również po wykryciu zbyt niskiego napięcia baterii.
Użytkownik ma możliwość debugowania pracy programu mikrokontrolera. Do tego celu jest wykorzystywane gniazdo SWIM udostępniające odpowiednie linie systemu. Na pola lutownicze umieszczone blisko krawędzi płytki wyprowadzono również wolne linie I/O, które mogą być ewentualnie uwzględniane we własnych programach eksperymentalnych.
Przykładowe funkcje programu demonstrują reakcję czujnika na pochylenie płytki wzdłuż osi X i Y, sygnalizują ruch po okręgu, a także wykrywają spadek swobodny. Funkcje te są przełączane przyciskiem MODE znajdującym się między diodami LED. Dzięki dobrej czytelności stanu czujników oraz sygnalizacji dźwiękowej, płytka MKI029V1 bardzo dobrze nadaje się do prezentacji układów LIS331DLH na seminariach i wystawach. W miarę zwiększania kąta pochylenia płytki, niezależnie dla osi X i Y, zapalane są kolejne diody LED. Mogą temu towarzyszyć również efekty dźwiękowe. Podczas działania funkcji wykrywającej ruch po okręgu w każdym momencie świecą się tylko trzy diody: centralna oraz dioda żółta i czerwona znajdujące się po przeciwnych stronach względem środka. Święcące punkty na obwodzie obracają się zgodnie z ruchem obrotowym płytki. Warunkiem prawidłowej sygnalizacji jest ułożenie płytki w płaszczyźnie poziomej.
Zastosowany na płytce czujnik LIS331DLH to 3-osiowy akcelerometr rodziny „nano” wyposażony w interfejsy szeregowe I2C i SPI. Jego zaletą jest możliwość programowego przełączania czułości: ±2g/±4g/±8g. Może on pracować w zakresie częstotliwości od 0,5 Hz do 1 kHz. Jednym z zastosowań układu jest detektor upadku. Funkcja ta jest bardzo przydatna i często wykorzystywana na przykład w różnych rodzajach komputerów przenośnych z klasycznymi dyskami. Urządzenia te, z racji swojego przeznaczenia, są wyjątkowo narażone na takie zdarzenia. Prawidłowo działający układ może zapobiec uszkodzeniom dysku przez szybkie zaparkowanie głowic jeszcze w czasie „lotu” komputera. Możliwość wystąpienia takiej sytuacji jest wykrywana na podstawie nagłego pochylenia komputera, co jest bardzo łatwe do określenia na podstawie sygnałów z inklinometru. Sama faza lotu jest również rozpoznawana przez czujnik. Procedury alarmowe są najczęściej inicjowane przez odpowiednie przerwanie, przy czym próg jego zadziałania określa użytkownik.
Rys. 3. Obudowa i orientacja czujnika MEMS zastosowanego w zestawie
Układ LIS331DLH jest programowany przez sterujący nim mikrokontroler komunikujący się poprzez jeden z dostępnych interfejsów szeregowych. Parametry pracy są zapisywane w rejestrach sterujących. Napięcie zasilające powinno mieścić się w zakresie od 2,16 do 3,6 V, a zakres dopuszczalnej temperatury pracy jest równy -40…+85°C. Układ jest produkowany w obudowie LGA 16 (rys. 3).
