W artykule przedstawiamy zestaw demonstracyjny z energooszczędnymi akcelerometrami MC3635 oraz MC3672 z oferty firmy mCube.

Akcelerometry są dziś nieodzownym elementem wielu urządzeń elektronicznych. Umożliwiają m.in. automatyczną zmianę orientacji wyświetlacza, stabilizację obrazu aparatu fotograficznego, a także mierzenie ilości przebytych kroków. Nowoczesne czujniki są w stanie wykryć nawet najmniejsze drgania. Zgodnie ze współczesnymi trendami w elektronice, również wśród akcelerometrów notujemy coraz większą miniaturyzację i presję na osiąganie coraz mniejszego poboru energii.

Jedną z firm, specjalizujących się w produkcji miniaturowych i energooszczędnych czujników ruchu, jest mCube. Firma założona w 2009 roku jest znana z produkcji najmniejszych sensorów MEMS dostępnych na rynku. Dzięki tym układom umożliwia inżynierom realizację Internetu Rzeczy Ruchomych (ang. IoMT – Internet of Moving Things). Poza niewielkimi rozmiarami czujniki mCube charakteryzują się także niewielkim poborem energii, znakomitymi parametrami, a także niskim kosztem produktu. Firma produkuje także płytki demonstracyjne do testowania możliwości sensorów.

W artykule zaprezentujemy jeden z najnowszych produktów mCube – zestaw demonstracyjny DB3672B Demo Board. Jest to kompletna platforma umożliwiająca własnoręczne przetestowanie możliwości czujników ruchu. Najważniejszymi elementami zestawu są dwa miniaturowe 3-osiowe akcelerometry: układy MC3635 oraz MC3672. Dostarczają one danych do mikrokontrolera z serii Apollo2 z rdzeniem ARM Cortex-M4. W mikrokontrolerze zaimplementowano algorytmy analizy ruchu, które pozwalają na prezentację najpopularniejszych sposobów użycia czujników. Wyniki są wyświetlane na ekranie OLED. Płytka jest także wyposażona w złącze microUSB służące do zasilania oraz aktualizacji oprogramowania. Zestaw można też zasilać z baterii CR2032 dołączonej do zestawu.

Rys. 1. Zestaw DB3672B Demo Board – widok od spodu

Akcelerometry MC3672 i MC3635

Wbudowany na płytce akcelerometr MC3672 charakteryzuje się programowanym zakresem czułości od ±2 g do ±16 g. Pomiary mogą być wykonywane z szybkością od 14 Hz do 1300 Hz. Dysponuje również buforem FIFO mieszczącym 32 pomiary. Rozdzielczość przy wykorzystaniu bufora FIFO może wynosić do 12 bitów, natomiast przy pomiarze pojedynczym nawet 14 bitów. Przy pracy ciągłej z kolejką FIFO, pobór prądu wynosi od 0,9 µA przy próbkowaniu 25 Hz do 36 µA przy próbkowaniu 1300 Hz.

Rys. 2. Akcelerometry MC3635 oraz MC3672 wbudowane w zestaw

Czujnik ma wbudowany interfejs I2C pracujący z częstotliwością do 1 MHz oraz SPI, który może pracować do 8 MHz. Akcelerometr charakteryzuje się także wyjątkowo niskim poziomem szumu, który wynosi jedynie 2,3 mgRMS.

Podobnymi parametrami charakteryzuje się również drugi akcelerometr zainstalowany na płytce demonstracyjnej – układ MC3635.

Akcelerometry wbudowane na płytce charakteryzują się bardzo niewielkimi rozmiarami. Układ MC3635 dostępny jest w obudowie LGA o wymiarach jedynie 1,6 x 1,6 x 0,94 mm. Jeszcze mniejszy jest czujnik MC3672. Sensor jest dostępny w obudowie CSP o wymiarach jedynie 1,1 x 1,3 x 0,74 mm. Producent podaje, że jest to najmniejszy 3-osiowy akcelerometr dostępny na rynku.

Sniff Mode

Bardzo interesującą funkcją zaimplementowaną w obu układach jest tryb Sniff Mode. Jest to tryb pracy akcelerometru charakteryzujący się wyjątkowo niskim poborem prądu. W tym trybie sensory konsumują jedynie 400 nA przy próbkowaniu 6 Hz oraz 300 nA przy próbkowaniu 1 Hz. Akcelerometr w trybie Sniff Mode działa w ten sposób, że wyłączone są układy FIFO, a czujnik oczekuje na aktywność. Po wykryciu ruchu, układ rozpoczyna normalną pracę. Ten tryb jest idealny do implementacji funkcji wybudzania całego systemu po wykryciu określnego ruchu urządzenia.

Oba układy można zastosować w wielu aplikacjach z dziedziny urządzeń ubieralnych oraz elektroniki użytkowej. Można je także wykorzystać m.in. w urządzeniach IoT, interfejsach użytkownika, kontrolerach gier, układach kompensacji odczytów kompasu, a także przenośnych urządzeniach multimedialnych.

Demonstracja możliwości akcelerometrów

Rys. 3. Zestaw DB3672B Demo Board – odczyt danych z akcelerometru

Zestaw DB3672B Demo Board pozwala na przetestowanie możliwości akcelerometrów w typowych aplikacjach stosowanych w urządzeniach elektronicznych. Płytkę można zasilać za pomocą przewodu USB, lub też z baterii CR2032 dołączonej do zestawu. Źródło zasilania jest wybierane za pomocą przełącznika umieszczonego na płytce. Sterowanie płytką jest bardzo proste – efekty pomiarów w poszczególnych trybach są wyświetlane na ekranie OLED, natomiast wyboru trybu można dokonać przyciskiem. Zestaw demonstruje następujące funkcje czujników:

• Same pomiary przyspieszenia we wszystkich trzech osiach,
• Wykrywanie stuknięcia oraz podwójnego i potrójnego stuknięcia,
• Wykrywanie potrząśnięcia,
• Detekcja swobodnego spadania,
• Detekcja wychylenia,
• Wykrywanie ustawienia akcelerometru – wzdłuż osi X, Y lub Z,
• Licznik kroków,
• Licznik skoków na skakance,
• Demonstracja trybu Sniff Mode.

Rys. 4. Zestaw DB3672B Demo Board – demonstracja wykrywania ustawienia akcelerometru

Do precyzyjnego wykrywania odpowiednich zdarzeń służą specjalne algorytmy zaimplementowane w mikrokontrolerze z rdzeniem ARM Cortex-M4. Mikrokontoler obsługuje także wyświetlacz oraz zarządza zasilaniem. Algorytmy umożliwiają interpretację odczytów akcelerometru i wykrycie czy dane zdarzenie miało miejsce. Kod algorytmów producent opublikował w sieci, na portalu GitHub. Można je obejrzeć i pobrać ze strony: https://github.com/mcubemems/mCube_DB3672

Podsumowanie

Zestaw demonstracyjny DB3672B Demo Board ma za zadanie zaprezentować możliwości miniaturowych akcelerometrów z oferty mCube. Pozwala na pokazanie pracy sensorów w najpopularniejszych zastosowaniach w analizie ruchu. Wbudowane na płytce czujniki MC3635 oraz MC3672 cechują się niewielkimi rozmiarami, bardzo niskim poborem prądu, a także dobrymi parametrami. Ważną funkcją akcelerometrów jest możliwość pracy w trybie Sniff Mode, co pozwala jeszcze bardziej ograniczyć pobór energii przez system. Czujniki są przeznaczone do aplikacji IoT, interfejsów użytkownika oraz wielu innych zastosowań, w których konieczne jest monitorowanie ruchu.

Dodatkowe informacje na temat zestawu demonstracyjnego, próbek oraz innych zagadnień technicznych związanych z firmą mCube są dostępne w firmie Cedar Technologies.