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Freedom开发平台完美搭档——XTRINSIC-SENSORS-EVK传感器开发套件评测
发布时间:2015-02-15
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Freedom开发平台完美搭档——XTRINSIC-SENSORS-EVK传感器开发套件评测
发布时间:2015-02-15
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近些年来,电子产品更新迭代的速度已经大大超过了我们的预期,智能手机、平板电脑等其它一些电子产品演绎了从无到有,再到普及的过程。在这过程中,MEMS传感器的加入使电子产品的功能愈加丰富、产品更具智能化。相信一定还有人记得,曾经在苹果的发布会上,一个小小的3轴陀螺仪都可以被作为卖点而大赚眼球,而如今,这几乎已经成为了智能手机的标配,这些技术得以普及到底还是和MEMS传感器技术的发展密不可分,毫不夸张的说,传感器是引领今后电子产品“衍生”智能的核心因素。

作为一个老牌的半导体企业,飞思卡尔早在多年前就推出了其Xtrinsic传感解决方案,适当的组合了高性能传感功能、处理功能和定制软件,提供智能的、与众不同的传感应用。如今,飞思卡尔的传感器产品线可以说是遍地开花,包括了压力传感器、加速度传感器、磁力计等产品,一系列产品如下图所示

而今天爱板网就要给大家推荐一款基于飞思卡尔Xtrinsic传感器方案的开发套件XTRINSIC-SENSORS-EVK,板卡由e络盟电子提供,我们首先来了解下这个套件。

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XTRINSIC-SENSORS-EVK传感器开发套件包含了一块飞思卡尔Freedom KL25Z开发板、一块传感器板卡XTRINSIC-SENSOR Board,以及一份说明文档。

乍眼一看,是不是似曾相识?确实,FRDM-KL25Z开发板是爱板网很早之前就评测过的一块看板,具体的内容可以参考如下,这里就不再多做介绍了:

本篇文章重点会围绕XTRINSIC-SENSORS Board来讲述,值得一提的是,XTRINSIC-SENSOR Board传感器板卡和FRDM-KL25Z是通过排针座连接的,可以拆分,并且它在飞思卡尔所有的Freedom开发板上都可以通用,而且还兼容Ardunio Uno的扩展接口,是不是适用性很广?

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那如果我告诉你其实e络盟电子还有一块XTRINSIC-SENSORS Board(与文中的这块接插件接口定义不同)是兼容树莓派的扩展座接口的,是不是立马想拥有一块?

XTRINSIC-SENSOR Board

回到正题,我们还是先来看看此时爱板网手上的这块XTRINSIC-SENSORS Board有些什么特色。XTRINSIC传感器开发板长宽约为53.38mm*25.15mm,电子元件都分布在板卡正面,背面就只有接插件的排针座。

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板卡正面搭载3颗飞思卡尔XTRINSIC传感器,分别为:

  • 海拔/气压、温度传感器 MPL3115
  • 磁力计 MAG3310
  • 加速度计 MMA8491Q

目前来说,这3颗传感器的功能应用已经相当的成熟了,在一些旗舰智能手机上也均有搭载,如三星note4、iPhone6、小米4等,支持的相关功能如:海拔/气压传感器用于测海拔高度,天气情况等,磁力计则可在指南针这种应用中定位方向,加速度计的话大家就更熟悉了,目前市面上一些入门级的手环基本都是采用加速度计的方案,可以用于测步,监测睡眠质量等相关衍伸功能。

事实上,这三种传感器的工作原理“类似”,都是通过一个MEMS传感装置,再经过ADC转化,最后再经过数字信号处理输出,而输出的外设接口基本都是采用大多数微控制器常见的I2C接口。下面,我们就以其中的一个传感器来进一步了解其工作原理。

  • MPL3115

MPL3115是一个包含了可以测气压、高度和温度的传感器装置,如下图所示,第一眼看起来挺像硅麦克风的,器件采用了LGA的封装,大小只有5.0mm*3.0mm*1.1mm,非常适合目前的移动电子设备应用。

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MPL3115的一些主要的特点有:

  • VDD供电电压为1.95~3.6V,VDDIO供电电压为1.6~3.6V
  • 高度测量范围:精度可以在30cm以内
  • 气压测量范围:20 ~110k 帕斯卡
  • 20-bit 压力测量(帕斯卡)
  • 20-bit 高度测量(米)
  • 12-bit 温度测量
  • 过采样比特率最大达128

从MPL3115的内部结构看,我们大致可以划分为三部分:一个传感感应单元(MEMS装置,不同的传感器搭载不同的MEMS装置,这也可以算是不同传感器之间最大的不同点),一个模拟单元以及一个数字信号处理控制单元,其中模拟单元包含了一个24位的高精度ADC,这在同类产品中也属于佼佼者了(ADI的24位ADC ADuCM360)。

在实际的电路设计中,MPL3115的外部电路连接非常简单,VDD以及VDDIO供电引脚在设计的时候可以接在一起,减少供电源,节省成本,I2C接口实现与外部MCU的通信,两个中断信号可以设置多种功能,比如当高度/温度 达到/降到什么时候的时候触发中断,唤醒相应的功能,用起来非常灵活简单。

还有电磁计MAG3310以及加速度计MMA8491Q在本文中就不多做介绍了,内部除了MEMS装置的不同,其它大部分功能、工作原理都类似,具体的内容可以参考官方的规格书。有关三轴加速度计实现计步功能的原理和应用可以参考爱板网的连爱手环拆解

上电试用

由于笔者手上拿到的是一整套的XTRINSIC-SENSORS-EVK传感器开发套件,配备的FRDM-KL25Z 微控制器开发板已经内置了针传感器板卡相应的程序,故上电即能使用。

如果是使用自己的FRDM-KL25Z开发板,可以在e络盟电子设计中心相关页面下载源码进行编译下载(KL25Z板卡需要进入Debug模式)或者直接下载.srec格式的程序文件进行MSD模式下载。有关FRDM-KL25Z开发板的驱动安装、下载等操作步骤可以参考KL25Z开发板的使用

下载完成后,我们就可以通过串口输出打印查看传感器的输出,如下图所示

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串口输出的内容包括KL25Z微控制器的信息以及传感器数据输出操作菜单,我们可以看到此时软件设置的过采样比特率为128。按照提示信息分别输入s0(MPL3115)、s1(MAG3110)、s2(MMA8491Q)命令可以观察各个传感器的数据输出。

  • MPL3115

当输入S0后,串口会打印出气压/高度/温度传感器MPL3115采集的数据,KL25Z开发板的RGB LED也会呈现红色闪烁状态,我们通过手指触摸MPL3115,可以明显的看到输出温度的变化。

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  • MAG3110

按PC机上的Enter按键停止输出,重新输入S1则会看到磁力计MAG3110的数据输出以及RGB LED呈现绿色闪烁状态,通过旋转KL25Z板卡也能看到磁力计输出数据的变化。

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  • MMA8491Q

类似的操作方式(输入S2),以下是加速度传感器MMA8491Q输出的数据,输出数据是在板卡挥舞的过程中采集到的。

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小结

本文介绍了飞思卡尔FRDM-KL25Z开发板配套的XTRINSIC-SENSORS Board传感器板卡的功能以及试用情况,XTRINSIC板卡搭载飞思卡尔海拔/气压/温度传感器 MPL3115、磁力计 MAG3310、加速度计 MMA8491Q,支持飞思卡尔的Freedom平台、Arduino平台的扩展,并具备完善的学习、开发资料,尤其是有这两个平台开发基础的工程师可以快速的上手;除此之外,Xtrinsic Sensor Boarde络盟电子还有另一个支持树莓派平台的版本,更为树莓派粉提供了驱动完整的系统镜像支持,有兴趣的可以去看看。

总的来说,XTRINSIC-SENSORS Board是一块非常适合想要接触传感器、学习、开发传感器应用的工程师,目前板卡搭载的这三颗传感器属于十分常见常用的,甚至,一些半导体商已经把其中的某些功能都整合在一起了,比如意法半导体的LSM303D电子罗盘,就整合了磁力计和加速度计,这使传感器在精确地测量外部磁场方向和强度的同时,通过集成的加速度计修正倾斜度对精确度的影响,这样,即使在手持设备倾斜时,仍能确保罗盘方向的精确度。这种整合不但可以使各传感器功能的配合更加“亲密无间”,而且还能减少产品设计时的空间布局,何乐而不为呢?相信随着这种新兴传感器市场份额的逐渐打开,这种整合也将会是一个趋势,进一步为智能产品设备提供更多丰富的功能支持。当然,整合这些不同特性的传感器也将是一个极具艰难的任务,也是一个漫长的过程,而作为享受最后成果的我们,只需静静地看着那些半导体厂商为此互相角逐。

参考资料

 原创申明:本文为爱板网原创,谢绝转载!
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jhcj2014 ·  2015-02-28