1. LDC0851 - новий компаратор индуктивностей
2. HDC1080 - оновлення лінійки датчиків вологості
3. TMP107 - UART-сумісний датчик температури
4. Висновок
5. Про компанію Texas Instruments

Ідеал сучасного датчика - безконтактне пристрій з автономним батарейним харчуванням, мініатюрне, але при цьому зберігає високі робочі характеристики. Саме такі новинки від компанії Texas Instruments - LDC0851 для вимірювання індуктивності, HDC1080 для вимірювання вологості і TMP107 для точного вимірювання температури.

Датчики є основними «органами почуттів», за допомогою яких здійснюється контроль зовнішніх параметрів різних керуючих систем. Компанія Texas Instruments - піонер і один з лідерів в області розробки різних типів датчиків. Сьогодні в номенклатурі Texas Instruments можна знайти рішення для вимірювання різних типів фізичних величин. Кількість рішень, пропонованих компанією, зростає з кожним роком. У них привносяться нові підходи і технології вимірювань (рисунок 1).

Мал. 1. Основні області застосування датчиків Texas Instruments

Забезпечення надійності та довговічності виробів є одним з актуальних вимог ринку, тому настільки популярні рішення із застосуванням безконтактних датчиків. Для їх реалізації використовуються різні підходи, що включають вимір магнітного поля, ємності, індуктивності. Тому останнім часом рішення Texas Instruments активно поповнюються новими представниками для систем вимірювання ємності та індуктивності, проте не забуваються при цьому і традиційні датчики температури.

LDC0851 - новий компаратор индуктивностей

LDC0851 - нова мікросхема в лінійці перетворювачів «індуктивність-код». Основна особливість, яка відрізняє виріб від інших існуючих на сьогоднішній день рішень Texas Instruments - це компаратор з двома вихідними станами.

На відміну від традиційних компараторов, для LDC0851 вхідних сигналів не рівень напруги, а величина вхідний індуктивності і стан вихідного сигналу визначається співвідношенням индуктивностей між входами LSENSE і LREF (малюнок 2). Якщо величина індуктивності котушки, підключеної до висновку LSENSE, більше ніж величина індуктивності котушки по входу LREF, то вихідна напруга буде перебувати в високому логічному стані. І навпаки - якщо індуктивність по входу LSENSE менше, то на виході буде низький логічний стан. Для запобігання паразитних перемикань по виходу в результаті шуму або механічних вібрацій компаратор має вбудований гистерезис. Різниця в величині індуктивності визначається за допомогою порівняння частот резонансних контурів, в яких ці індуктивності стоять. У порівнянні зі стандартними перетворювачами LDC в LDC0851 спочатку використовується диференціальна архітектура. Використання диференціальної архітектури дозволяє виключити вплив зовнішніх факторів - температури або вологості - на поріг спрацьовування. Також її застосування обумовлює використання однієї і тієї ж ємності для створення резонансного контуру для датчика і для опорного сигналу. Загальна ємність контуру підключається між висновком LCOM і земляним потенціалом. Частота кожного контуру визначається формулою 1:

(1)

де L - величина індуктивності - або опорної, або сигнальної, а C - величина загальної ємності, що включає в себе всі ємності, разом з паразитними, під'єднані до висновків LCOMM, LSENSE і LREF.

Мал. 2. Функціональна блок-схема LDC0851

У реальному застосуванні ефективне значення індуктивності буде зменшуватися при наближенні до неї струмопровідного об'єкта. Це означає, що в залежності від положення детектируемого об'єкта частота контурів буде відрізнятися, що призведе до перемикання сигналу на виході.

При роботі з LDC0851 для завдання порога перемикання датчика наближення можна використовувати три підходи:

• Основний підхід базується на застосуванні повністю узгоджених индуктивностей при заземленому виведення ADJ. В даному випадку поріг спрацьовування датчика наближення встановлюється розміщенням проводить об'єкта над опорною индуктивностью на фіксованій відстані, яке і буде визначати відстань спрацьовування при наближенні до сигнального контуру.
• Визначення порога спрацьовування за допомогою регулюючого напруги на виводі ADJ. Рівень напруги на виводі ADJ перетворюється за допомогою вбудованого 4-бітного АЦП і задає додаткове зміщення (Offset) при визначенні індуктивності. Всього за допомогою виведення ADJ можна задати 15 рівнів спрацьовування. Для спрощення схемотехніки напруга можна задавати за допомогою простого резистивного подільника. В даному режимі додаткове зміщення віднімається з опорної індуктивності, тим самим зрушуючи поріг (LSENSE <LREF - Offset).
• Поріг спрацьовування встановлюється за рахунок неузгодженості індуктивності датчика і опорної індуктивності. Максимальна дистанція, при якій можливо переключення, буде досягнута, якщо опорну індуктивність зробити на 0,4% менше індуктивності датчика. Неузгодженість в 0,4% забезпечить перемикання виходу, коли детектується об'єкт забирається від датчика.

Для енергозберігаючих рішень в LDC0851 передбачений режим виключення. Для перекладу в цей режим в мікросхемі призначений окремий висновок EN. При подачі низького логічного рівня на висновок EN мікросхема переходить в режим вимкнення. Цей режим буде корисний для застосувань, де немає необхідності у високій швидкості отримання даних від компаратора і при цьому потрібно забезпечити низьке енергоспоживання. У вимкненому режимі компаратор споживає 140 нА. Для переходу з режиму вимкнення в робочий режим досить подати сигнал високого рівня на висновок EN і почекати (~ 1 мс) для отримання коректних даних на виході компаратора. Такий режим може бути затребуваний в батарейних портативних пристроях або датчиках несанкціонованого доступу. У цьому випадку ефективним рішенням буде використання спільно з LDC0851 нанотаймеров сімейства TLP, наприклад, TLP5110, або мікроконтролерів з низьким енергоспоживанням (рисунок 3).

Мал. 3. Використання LDC0851 для батарейних застосувань

Індуктивний перемикач LDC0851 може бути використаний для безконтактних застосувань підвищеної надійності за визначенням знаходження предметів на малій відстані, таких як датчик присутності, лічильник подій, кнопки управління. Так як мікросхема призначена для реалізації індуктивних датчиків, то і рішення на її основі будуть володіти всіма перевагами даної технології, такими як висока точність вимірювання незалежно від наявності бруду, масла, вологи та інших забруднень в навколишньому середовищі. На відміну від магнітних датчиків використання LDC0851 не вимагає застосування магнітів і не піддається впливу постійних магнітних полів. Стійкість до впливу зовнішнього магнітного поля дозволяє створювати надійні системи з захистом від несанкціонованого розкриття.

Приклади використання LDC08051 для реалізації лічильника подій і 32-позиційного кругового регулятора наведені в окремій статті в цьому ж номері журналу.

Для оцінки можливостей виявлення проводять об'єктів за допомогою LDC0851 компанія Texas Instruments пропонує оціночну плату LDC08051EVM (рисунок 4). На платі розташована мікросхема LDC08051, опорна і сигнальна індуктивності і змінний резистор. Харчування на мікросхему можна подати або від USB-кабелю, або від батареї. Для роботи плати немає необхідності у використанні і програмуванні мікроконтролера. Наявність об'єкта відображається світлодіодом. Поріг спрацьовування регулюється потенціометром, розташованим на платі. Реалізовані на платі індуктивності можна від неї від'єднати і використовувати замість них власні, або використовувати їх як віддалений датчик. При використанні віддалених датчиків, відстань до яких перевищує 2 см від плати, для з'єднання бажано використовувати виту пару або коаксіальний кабель - це дозволить зменшити вплив зовнішніх впливів на результати вимірювань.

Мал. 4. Оціночна плата LDC08051EVM

LDC0851 не вимагає застосування кварцового резонатора. Мікросхема призначена для роботи при напрузі живлення 1,71 ... 3,46 В в діапазоні температур -40 ... 125 ° С і виконана в мініатюрному корпусі WSON-8 2 × 2 мм.

HDC1080 - оновлення лінійки датчиків вологості

HDC1080 - це представник другого покоління датчиків вологості, що випускаються компанією Texas Instruments. Воно приходить на зміну лінійок HDC1000 , HDC1008 і HDC1050 .

HDC1080 є інтегральний цифровий датчик вологості з вбудованим температурним датчиком (малюнок 5). Принцип роботи датчика заснований на зміні діелектричної проникності в залежності від кількості вологи, що міститься в діелектрику. Використовуючи лінійну залежність діелектричної проникності від вологості, можна визначити вологість навколишнього середовища шляхом вимірювання заданої ємності. Датчик HDC1080 призначений для роботи з живлять напругою 2,7 ... 5,5 В і забезпечує точність вимірювання вологості до ± 2% і точність вимірювання температури до ± 0,2 ° C. Точність забезпечується шляхом калібрування датчика в заводських умовах. При цьому струм споживання мікросхеми в активному режимі складає 1,3 мкА при 1 виб / с в режимі 11-бітної точності і при одночасному вимірі вологості і температури. Додатково слід звернути увагу на те, що ток датчика в сплячому режимі складає всього 100 нА, тому при використанні датчика в режимах з малим часом перебування в активному стані можна значно розширити час роботи від однієї батареї за рахунок зменшення середнього струму споживання. Додаткова перевага малого струму споживання - це те, що його розігрів власним струмом не приведе до помилок вимірювання температури і вологості. Роздільна здатність датчика визначається часом вимірювання і може бути 8 ... 14 біт при вимірюванні вологості і 11 ... 14 біт при вимірюванні температури.

Мал. 5. Блок-схема HDC1080

У HDC1080 є всього два режими роботи: сплячий і режим вимірювання.

Відразу після включення мікросхема переходить в сплячий режим, в якому очікує команди для подальшої роботи. Всі дані для її управління передаються через I2C-інтерфейс. Через нього задається час перетворення, визначається статус батареї, запускається вимір і зчитуються його результати. При отриманні команди на вимір HDC1080 переходить із сплячого режиму в режим вимірювання. Після завершення вимірювання мікросхема знову повертається в сплячий режим.

Датчик HDC1080 є прямою заміною HDC1050 c поліпшеної точністю вимірювання вологості. У HDC1080 розширена верхня межа температурного діапазону роботи датчика вологості, що дозволяє отримувати коректні дані до 70 ° С (замість 60 ° С у HDC1050). Удвічі поліпшений довготривалий дрейф - тепер він становить 0,25% за рік. За рахунок поліпшення конструкції тепер не потрібно додаткової регидратации для усунення можливого негативного зсуву показань вологості після пайки. Щоб досягти заявлених виробником параметрів, необхідно ретельно підійти до процесу розробки друкованої плати. Так як показання виміру відносної вологості залежать від температури, мікросхема датчика на платі повинна розміщуватися якнайдалі від усіх джерел тепла, таких як батарея, дисплей, мікроконтролер. Для ще великий термоізоляції рекомендується створити повітряний бар'єр навколо датчика шляхом фрезерування плати. Тим самим забезпечується зменшення температурної інерційності і, відповідно, більш швидка реакція на зміну навколишнього середовища. Майданчик, розміщена на нижній частині корпусу мікросхеми, може бути припаяна до вільного полігону на платі. Цей полігон не повинен приєднуватися до землі, харчуванню або сигнальним лініях.

Для оцінки можливостей датчика вологості і температури HDC1080 компанія Texas Instruments пропонує оціночний набір HDC1080EVM (Рисунок 6). Набір дозволяє за допомогою USB-інтерфейсу управляти роботою датчика і передавати дані на персональний комп'ютер. Пропонований графічний інтерфейс дає можливість в лічені секунди отримати дані про вологість і температурі. На оціночної платі встановлений мікроконтролер MSP430F5528 , Який виступає в ролі моста USB-I2C між ПК і HDC1080. Частина оціночної друкованої плати з датчиком може бути від'єднана для перевірки працездатності HDC1080 в якості віддаленого датчика. Оціночний набір HDC1080EVM не потребує додаткової калібрування або будь-яких інших програмних настройках. З його допомогою можна відстежувати відносну вологість і температуру навколишнього середовища, ведення логу, мати повний доступ до регістрів настройки. Є можливість від'єднати датчик для створення прототипу віддаленого датчика.

Мал. 6. Оціночна плата HDC1080EVM

TMP107 - UART-сумісний датчик температури

TMP107 - температурний датчик з цифровим виходом і можливістю послідовного під'єднання до 32 пристроїв до однієї комунікаційної лінії. TMP107 є одним з найточніших на сьогоднішній день цифрових температурних датчиків в лінійці Texas Instruments (малюнок 7). Він дозволяє вимірювати температуру з дозволом 0,015625 ° C (14-біт) і точністю ± 0,4 ° C в діапазоні -20 ... 70 ° C без необхідності додаткового калібрування. При роботі в розширеному температурному діапазоні -40 ... 125 ° С точність вимірювання стає ± 0,7 ° C. Такий датчик підійде для широкого класу пристроїв промислової автоматизації та зв'язку, де часто потрібно забезпечити працездатність в широкому діапазоні температур. Завдяки своїй точності TMP107 може використовуватися у виробах, де застосовуються NTC / PTC-термістори і потрібна висока точність вимірювань.

Мал. 7. Функціональна блок-схема температурного датчика TMP107

Для передачі даних між послідовно включеними датчиками TMP107 використовується UART-сумісний інтерфейс SMAART. До однієї шині можна під'єднати послідовно до 32 пристроїв (малюнок 8). При цьому даний інтерфейс забезпечує надійну передачу даних на відстань до 300 м між сусідніми пристроями в послідовному ланцюзі. Максимальна довжина між ними може змінюватися і залежить від параметрів використовуваного кабелю, його опору і ємності. Також вона може бути обмежена падінням напруги на лініях землі і харчування. Для коректної роботи напруга живлення повинно бути не менше 1,8 В.

Мал. 8. Схема послідовного з'єднання декількох пристроїв в один ланцюг

Система команд, реалізована для зв'язку з TMP107, дозволяє управляти як конкретно обраним пристроєм, так і всіма пристроями, підключеними до шини. В якості ведучого пристрою може виступати стандартний приймач UART або мікроконтролер з GPIO-висновками. Тільки ведучий пристрій може ініціювати сеанс зв'язку. До того як почалася передача даних, все послідовно включені пристрої знаходяться в режимі «прозорого» доступу. У цьому режимі всі команди ведучого пристрою послідовно передаються всіх пристроїв в ланцюзі. Пристрої не можуть зв'язуватися між собою за винятком виконання команди ініціалізації адреси. Після ініціалізації всі пристрої, під'єднані до ланцюга, знаходяться в одному з чотирьох режимів: в режимі очікування команди, передачі даних ведучому пристрою, передачі даних від провідного пристрою наступного пристрою в ланцюзі, передачі даних від подальшого влаштування назад до ведучого пристрою. За замовчуванням датчики знаходяться в режимі очікування команд.

Завдяки інтерфейсу, реалізованому в температурному датчику TMP107, легко вирішуються завдання, пов'язані з вимірюванням температури в кількох місцях - як на платі, так і поза нею без застосування окремого з'єднання з кожної вимірюваної точкою. При послідовному підключенні тільки одне з'єднання кабелем необхідно для опитування 32 точок. За рахунок цього кількість проводів зменшується до трьох. Наприклад, в системі, де відбувається вимір температури в 16 точках, при стандартному підході необхідно використання 32 проводів, а при використанні TMP107 - тільки 3.

Для звернення до будь-якого датчика, приєднаному до послідовного ланцюга, використовується унікальний 5-бітову адресу, який зберігається в EEPROM. Адреса задається під час операції автоматичного призначення адрес і визначається положенням кожного датчика щодо ведучого пристрою SMAART-інтерфейсу. Надалі після закінчення процесу ініціалізації адрес при будь-яких операціях скидання датчики відновлюють свою адресу з EEPROM. Крім власного адреси, в EEPROM зберігаються дані про конфігурацію мікросхеми, верхній і нижній температурний межа, 16 біт загального призначення. Конфігураційний регістр використовується для зберігання таких критично важливих системних даних, як результати калібрування, ID пристрою, швидкість перетворення. Під час скидання дані з EEPROM копіюються у відповідні регістри. Вбудований EEPROM дає можливість зберігати результати вимірювань, межі спрацьовування температурного компаратора або будь-яку іншу інформацію.

Різні режими роботи датчика дозволяють Гнучкий налаштовуваті его для забезпечення найбільш сприятливі характеристик системи. Комбінуючі Різні режими, можна вібіраті между режимами з низьких електроспоживання и великою швідкістю опитування для систем реального часу. Для цього існує три робочих режиму - Безперервна превращение, Спляча режим и режим одноразової Вибірки. У режимі безперервного перетворення температура вимірюється постійно, після кожного перетворення оновлюється температурний регістр і встановлюється прапор готовності. Сплячий режим мінімізує енергоспоживання датчика за рахунок відключення всіх внутрішніх схем за винятком тих, які відповідають за комунікацію пристрою. Протягом сплячого режиму все регістри пристрою можуть читатися і записуватися. Коли Ви телефонуєте з сплячого режиму - режиму однократного перетворення пристрій може конвертувати і знову повертається в сплячий режим. При використанні режиму однократного перетворення можна досягти найменшого енергоспоживання датчика.

Датчик забезпечує максимальну роздільну здатність 14 біт. При цьому малий робочий струм 35 мкА і ток 10 мкА в режимі очікування дозволяють використовувати його для батарейних застосувань.

Мал. 9. Функціональна блок-схема TIDA-00800

Мал. 10. Датчики TMP107 для під'єднання
до SensorTag

Як приклад використання TMP107 компанія Texas Instruments пропонує типовий проект TIDA-00800 (рисунок 9). У запропонованому проекті показаний приклад використання чотирьох послідовно включених датчиків. У наведеному проекті модуль SensorTag (рисунок 10), виконаний на базі CC2650 , Через UART-інтерфейс взаємодіє з чотирма температурними датчиками TMP107, підключеними до одного кабелю. Датчики забезпечують вимір температури на великій відстані в декількох точках. Для забезпечення найменшого енергоспоживання датчики TMP107 знаходяться в режимі очікування і при вимірюванні температури використовують режим одноразового перетворення в моменти, коли мікроконтролер під'єднується до смартофону через BLE-інтерфейс.

Використання SimpleLink ™ SensorTag дозволяє швидко розробити прототип IoT-пристроїв на базі бездротового мікроконтролера CC2650 з малим енергоспоживанням.

Висновок

Володіючи широкою номенклатурою випущених датчиків, компанія Texas Instruments продовжує розвивати і вдосконалювати технології їх виробництва, розширюючи свою лінійку і пропонуючи кінцевим користувачам готові варіанти рішень з їх застосуванням. У представлених датчиках основний упор зроблений на мале енергоспоживання без шкоди для інших характеристик, що дозволяє легко реалізувати безконтактні датчики на батарейках.

Отримання технічної информации , замовлення зразків , замовлення и доставка .

Про компанію Texas Instruments

У середіні 2001 р компании Texas Instruments и КОМПЕЛ постелили офіційну ДИСТРИБ'ЮТОРСЬКА догоду, Пожалуйста стало результатом трівалої и успішної роботи КОМПЕЛ в якості офіційного дистриб'ютор фірми Burr-Brown. (Як відомо, Burr-Brown увійшла до складу TI так само, як и компании Unitrode, Power Trend и Klixon). З цього часу компанія КОМПЕЛ получила доступ до постачання всієї номенклатури Вироблення компанією TI компонентів, технологій та НАЛАГОДЖУВАЛЬНА ЗАСОБІВ, а також ... читати далі