Oferta produkcyjna firmy STMicroelectronics w zakresie sensorów MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) należy do jednej z najbardziej kompleksowych na rynku. Obecnie jest to jedyna firma, która oferuje zarówno wieloosiowe akcelerometry i żyroskopy, cyfrowe sensory pola magnetycznego (elektroniczne kompasy), czujniki ciśnienia oraz mikrofony do aplikacji audio – wszystkie wykonane w technologii MEMS. Atutami sensorów MEMS oferowanych przez STMicroelectronics są także ich łatwa dostępność w naszym kraju oraz niskie ceny, które umożliwiają stosowanie tych elementów także w projektach niskobudżetowych.
| Sensory prezentowane w artykule są dostępne w sprzedaży detalicznej w sklepie KAMAMI.pl |
W artykule przedstawiamy przegląd cech i możliwości wybranych sensorów MEMS produkowanych przez STMicroelectronics (rysunek 1), który pozwoli się naszym Czytelnikom szybko i wygodnie zorientować jak je dobierać do własnych aplikacji.
Rys. 1. Zestawienie grup sensorów MEMS produkowanych przez STMicroelectronics
|
Programowy filtr Kalmana dla klientów STMicroelectronics Inżynierowie firmy STMicroelectronics wraz z poszerzeniem oferty czujników MEMS opracowali biblioteki programowe realizujące funkcję filtru Kalmana, ułatwiające stosowanie sensorów w praktycznych aplikacjach. Dzięki temu oferowane przez ST żyroskopy i czujniki przyspieszenia można dość łatwo wykorzystać w aplikacjach sterujących realnymi, złożonymi obiektami dynamicznymi (jak na przykład quadrocoptery), co bez zastosowania tak zaawansowanej filtracji praktycznie nie gwarantowało sukcesu. |
Akcelerometry
Akecelerometry są największą, najdłużej produkowaną i najpopularniejszą – głównie dzięki uniwersalności funkcjonalnej – grupą sensorów oferowanych przez STMicroelectronics. Producent oferuje obecnie 22 typy sensorów 3D, wyposażonych w wyjścia analogowe lub zintegrowane z przetwornikiem A/C, który komunikuje się z otoczeniem za pomocą interfejsu I2C lub SPI. Dostępne są przetworniki o zakresach pomiarowych od +/–2g aż do +/–400g, co pozwala dobrać sensor do aplikacji w taki sposób, aby uzyskać maksymalną rozdzielczość i czułość pomiaru. Akcelerometry z wbudowanymi przetwornikami A/C zapewniają rozdzielczość od 8 do 16 bitów, w zależności od typu dane z toru konwersji mogą być buforowane w FIFO lub nie.
Rys. 2. Schemat blokowy 3-osiowego sensora LIS332AR, wyposażonego w trzy napięciowe wyjścia analogowe
Na rysunku 2 pokazano schemat blokowy akcelerometru z trzema wyjściami analogowymi LIS332AR, a na rysunku 3 schemat blokowy akcelerometru zintegrowanego z 16-bitowym przetwornikiem A/C H3LIS331DL (sensor o maksymalnym zakresie pomiarowym +/–400g), który jest dostępny dla zewnętrznego mikrokontrolera poprzez interfejs I2C lub SPI (użytkownik może wybrać tryb jego pracy).
Rys. 3. Schemat blokowy 3-osiowego sensora z wbudowanym przetwornikiem A/C (H3LIS331DL), wyposażonym w przełączany interfejs komunikacyjny SPI/I2C
Akcelerometry oferowane przez STMicroelectronics ewoluują, przy czym szczególnie łatwe do zauważenia są trzy trendy:
- zmniejszanie wymiarów obudowy – najnowsza generacja (LIS2) ma wymiary 2x2x1 mm, uchodząca do niedawna za ultra miniaturową poprzednia generacja (LIS3xxx) ma wymiary 3x3x1 mm,
- zmniejszania poboru mocy w trybach realizacji pomiaru, czego przykładami może być m.in.: akcelerometr z 12-bitowym przetwornikiem LIS3DH pobierający zaledwie 2mA podczas realizacji pomiarów z częstotliwością 1 Hz i 11 mA podczas realizacji pomiarów z częstotliwością 50 Hz,
- zwiększania możliwości funkcjonalnych sensorów, co polega na integracji w ich logice programowalnych detektorów podwójnego puknięcia, wykrywania ruchu, wbudowywania czujnika temperatury, czy też integracji w strukturach akcelerometrów programowalnych maszyn stanów (jak np. w LIS3DSH), które można wykorzystać do generowania przerwań sprzętowych na bazie sekwencji wydarzeń zdefiniowanych przez użytkownika (graf przejść takiego automatu pokazano na rysunku 4).
Rys. 4. Graf przejść programowalnego automatu zintegrowanego w akcelerometrze LIS3DSH, który można wykorzystać do generacji przerwania w przypadku wystąpienia zadanej sekwencji wydarzeń
Osobliwym przypadkiem w rodzinie akcelerometrów oferowanych przez STMicroelectronics jest 3-osiowy sensor FC30, który wykrywa swoje położenie względem powierzchni Ziemi dwustanowo w każdej osi (6 pozycji) jak pokazano na rysunku 5. Sposób działania tego sensora predestynuje go m.in. do sterowania wyświetlaniem obrazu na wyświetlaczu LCD w urządzeniach mobilnych oraz innych aplikacjach, w których ma znaczenie jednoznaczne określenie położenia obiektu względem powierzchni Ziemi bez konieczności wykonywania obliczeń. Prezentowany element można wykorzystać także do wykrywania podwójnych puknięć, co zwiększa funkcjonalność docelowego urządzenia bez konieczności aplikowania dodatkowych układów logicznych lub mikrokontrolera.
Rys. 5. Sposób działania sensora położenia FC30
