आशा है कि माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक 24-बिट I2C दबाव सेंसर HP203B और HP206C

कहानी तब शुरू हुई जब होपेरफ नामक एक चीनी कंपनी ने मुझे परीक्षण के लिए अपने नए दबाव सेंसर भेजे। लेख में सेंसर की मुख्य विशेषताओं, विशेषताओं, परीक्षणों और, सबसे महत्वपूर्ण बात, उनके परिणामों को रेखांकन और मौखिक विवरण के रूप में वर्णित किया गया है। लेख के अंत में, इन सेंसरों के ड्राइवरों को हार्डवेयर से जितना संभव हो, अलग किया जाता है।







बाएं से दाएं: तुलना के लिए बॉश से HP206C, HP203B और BMP085 (परीक्षणों में भी शामिल)।

सामग्री:

1. टेस्ट सर्किट
2. मुख्य विशेषताएं
3. आंतरिक रजिस्टर
4. I2C प्रोटोकॉल
5. टेस्ट और परिणाम
6. ड्राइवर
7. निष्कर्ष

1. परीक्षण सर्किट

परीक्षणों के लिए, सर्किट को इकट्ठा किया गया था:







इसमें शामिल हैं:

• Xpresso LPC डिबग बोर्ड LPC1769 ऑनबोर्ड माइक्रोकंट्रोलर लक्ष्य के साथ, एआरएम कोर्टेक्स-एम 3 कोर के साथ। हालांकि, कोई भी 8-बिट एवीआर आसानी से इस कार्य का सामना कर सकता था, बस पागल बोर्ड व्यस्त थे;
• HP203B और HP206C I2C0, और BMP085 से I2C1 से जुड़े हैं। यह इसलिए नहीं किया गया क्योंकि टांका लगाना व्यर्थ था, लेकिन क्योंकि पते मेल खाते हैं;
• नोकिया 3310 से स्क्रीन, इतनी शुद्ध रूप से सेंसर की एक की वर्तमान जानकारी प्रदर्शित करने के लिए;
• UART- यूएसबी एडेप्टर CP2102 के लिए एक पीसी के लिए जानकारी outputting के लिए;

2. मुख्य विशेषताएं

नीचे दी गई तालिका डेटाशीट से सेंसर की मुख्य विशेषताओं को तुलना के लिए दिखाती है।

सुविधा	HP203B	HP206C	BMP085
मापा दबाव की रेंज, mbar	300 - 1200	700 - 1100	300 - 1100
पूर्ण सटीकता, mbar (सर्वोत्तम / सबसे खराब स्थिति में)	± 1.5 /। 3.0	± 1.5 /। 3.0	± 2.5 /। 4.0
सापेक्ष सटीकता, mbar (सर्वोत्तम / सबसे खराब स्थिति में)	± 0.5 / ± 1.5	± 0.6 /। 1.5	± 0.2 /। 0.5
अधिकतम रिज़ॉल्यूशन, mbar / m (दबाव / ऊंचाई)	0.01 / 0.1	0.01 / 0.01	0.01 / -
मापा तापमान की सीमा, °	-20 - 60	-20 - 60	० - ६५
पूर्ण सटीकता, ° (सर्वोत्तम / सबसे खराब स्थिति में)	± 0.3 / ± 1.0	± 0.3 / ± 1.5	± 0.5 /। 2.0
अधिकतम रिज़ॉल्यूशन, °	0.01	0.01	0.1
औसत वर्तमान खपत (1 नमूना / s), minA (न्यूनतम / अधिकतम)	2.4 / 91.8	२.२ / 85५.२	3/12

इन सेंसर के बीच मुख्य अंतर क्या हैं? HP206C वाटर-प्रूफ, जिसका अर्थ है कि यह बारिश / बर्फ / कोहरे में, मौसम केंद्र के एक हिस्से के रूप में या एक क्वाड्रोकॉप्टर पर एक अल्टीमीटर के रूप में काम कर सकता है। इसका ऊँचाई रिज़ॉल्यूशन भी बाकी की तुलना में अधिक है। HP203B छोटा है और इसमें बड़ी मापी गई प्रेशर रेंज है। उसके साथ, पहाड़ों में भी। इसलिए, यह मोबाइल उपकरणों में एक altimeter के रूप में आदर्श है। ये दो सेंसर मानव रूप में परिणाम देते हैं, न केवल तापमान और दबाव के लिए, बल्कि ऊंचाई के लिए भी, जो प्रोसेसर पर लोड को कम करता है। ऊंचाई की गणना के लिए एल्गोरिथ्म सीधे पेटेंट है। अनुकूलन के लिए उनके पास आंतरिक रजिस्टर भी हैं। BMP085 के लिए , यह मुझे लगता है कि वह अपनी खुद की रूपरेखा बना चुका है। इसके फायदे से ज्यादा नुकसान हैं। डेटा कच्चे निकलता है, जिसे अभी भी ऊंचाई की तरह, गणना करने की आवश्यकता है। इसके अलावा, एल्गोरिथ्म सबसे आसान नहीं है, और डेटाशीट में त्रुटियों के साथ भी। लेकिन परीक्षण के परिणामों के अनुसार, वह शायद दूसरे स्थान पर है।

सॉफ्टवेयर के संदर्भ में, I2C बस पर डिवाइस पते को छोड़कर, HP203B और HP206C समान हैं । CS203 लेग पर स्तर के आधार पर HP203B को हार्डवेयर बदला जा सकता है। कमांड सिस्टम बहुत सरल है। केवल 10 टुकड़े हैं:

• SOFT_RST - सॉफ़्टवेयर रीसेट (सभी सेटिंग्स को ओवरराइट करता है);
• ADC_CVT (010, 3-बिट OSR, 2-बिट CHNL) - रूपांतरण अनुरोध, जहां:
  
  
  • ओएसआर - ओवरसमलिंग;
  • सीएचएनएल - तापमान या तापमान और दबाव;
• READ_PT - तापमान और दबाव पढ़ें;
• READ_AT - तापमान और ऊंचाई पढ़ें;
• READ_P - केवल दबाव पढ़ें;
• READ_A - केवल ऊंचाई पढ़ें;
• READ_T - केवल तापमान पढ़ें;
• ANA_CAL - डिवाइस का आंतरिक अंशांकन (इसका उपयोग चालू होने पर पर्यावरणीय परिस्थितियों में तीव्र परिवर्तन होने पर किया जाता है);
• READ_REG (10, 6-बिट रजिस्टर पता) - पते पर आंतरिक रजिस्टर में डेटा लिखें;
• WRITE_REG (11, 6-बिट रजिस्टर पता) - पते के साथ आंतरिक रजिस्टर से डेटा पढ़ें;

OSR मान इंगित करता है कि कितने नमूने औसत होंगे। जितना बड़ा, परिणाम उतना ही सटीक, लेकिन रूपांतरण का समय और बिजली की खपत अधिक होगी।

3. आंतरिक रजिस्टर

आंतरिक रजिस्टरों से आप तापमान / दबाव / ऊंचाई की निचली / ऊपरी सीमा निर्धारित कर सकते हैं और इन घटनाओं के साथ-साथ तापमान / दबाव / ऊंचाई रूपांतरण के पूरा होने की घटनाओं को सक्षम / अक्षम कर सकते हैं। एक बिट है जो आउटपुट स्वरूप सेट करता है: कच्चा / कच्चा नहीं (मानव)। कच्चे डेटा के साथ क्या करना है और इसे कैसे संसाधित करना है यह डेटाशीट में निर्दिष्ट नहीं है। यहाँ सभी रजिस्टर हैं:

• ALT_OFF - सेमी में सापेक्ष ऊंचाई ऑफसेट;
• PA_H / M / L_TH - क्रमशः, उच्चतम, मध्यम और सबसे कम दबाव सीमा (1 बिट = 0.02 mbar);
• T_H / M / L_TH - क्रमशः, उच्चतम, मध्य, न्यूनतम तापमान सीमा;
• INT_EN - संगत व्यवधान को सक्षम / अक्षम करना;
• INT_CFG - INT0 या INT1 पिन पर संबंधित रुकावट का उत्पादन;
  
  
  • PA_MODE - 0 - दबाव से संबंधित घटना, 1 - ऊंचाइयां;
• INT_SRC - झंडे जो इंटरप्ट की स्थिति का संकेत देते हैं (केवल पढ़ने के लिए), जहां:
  
  
  • PA_RDY - दबाव या ऊंचाई पढ़ने के लिए तैयार;
  • T_RDY - तापमान पढ़ने के लिए तैयार है;
  • PA_TRAV - दबाव या ऊंचाई मध्य सीमा पार कर गई;
  • T_TRAV - तापमान ने मध्य सीमा पार कर ली है;
  • PA_WIN - दबाव या ऊंचाई निर्दिष्ट विंडो की सीमा से अधिक हो गई ;
  • T_WIN - तापमान निर्दिष्ट विंडो की सीमा से अधिक हो गया;
• INT_DIR - दहलीज घटना का विवरण:
  
  
  • टी / P_WIN_DIR - नीचे 0 तापमान (दबाव), 1 - निर्दिष्ट विंडो के ऊपर;
  • T / P_TRAV_DIR - 0 तापमान (दबाव) ऊपर से नीचे तक मध्य सीमा को पार कर गया, 1 - नीचे से ऊपर तक;
• PARA - एक रजिस्टर जिसमें केवल एक बिट CMPS_EN प्रारूप के लिए जिम्मेदार है: 0 - कच्चा डेटा, 1 - मुआवजा (मानव);

इन रजिस्टरों को देखते हुए, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि ये सेंसर बस quadrocopters के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। वास्तव में, आप एक ऊंचाई सीमा निर्धारित कर सकते हैं जिसके ऊपर डिवाइस नहीं उठेगा, दबाव जिसके नीचे उठाने बल पर्याप्त नहीं होगा, जिस तापमान पर टुकड़े हो सकते हैं। यह सोचने की ज़रूरत नहीं है कि यह सब किस से पहले काम करेगा।

4. I2C प्रोटोकॉल

संचार प्रोटोकॉल मानक I2C है और दो बार के रूप में सरल है। सभी अवसरों के लिए 4 प्रकार की टीमें हैं। उन पर विचार करें:

• टाइप 1:
  
  
  
  डिवाइस पर कमांड भेजने के लिए उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, तापमान रूपांतरण की शुरुआत।
  
  
  
  
• टाइप 2:
  
  
  
  उपकरण के आंतरिक रजिस्टर को रिकॉर्ड करने के लिए उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, ऊंचाई ऑफसेट को रिकॉर्ड करने के लिए।
  
  
  
  
• टाइप 3:
  
  
  
  डिवाइस से रजिस्टर पढ़ने के लिए उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, स्टेटस फ्लैग के रजिस्टर को पढ़ना।
  
  
  
  
• टाइप 4:
  
  
  
  पंक्ति में 3 या 6 बाइट्स पढ़ने के लिए उपयोग किया जाता है। तापमान (3 बाइट्स) या दबाव और ऊंचाई (6 बाइट्स) को पढ़ने के लिए उपयोग किया जाता है।
  
  

खैर, स्पष्टीकरण, जो मुझे लगता है कि स्पष्ट हैं, पहले से ही स्पष्ट हैं:

5. परीक्षण और परिणाम

परीक्षण बहुत ही सरलता से किए गए। प्रति सेकंड एक बार, डेटा सेंसर से पढ़ा गया और यूएआरटी से पीसी में स्थानांतरित कर दिया गया। पीसी पर, मतलबा में, एक एम-फाइल लॉन्च की जाती है, जो समय-समय पर संदर्भ के साथ, प्रत्येक सेंसर के लिए तापमान / दबाव / ऊंचाई मान प्रदर्शित करता है। HP203B और HP206C सेंसर ने अधिकतम सटीकता ( OSR = 4096 ) के साथ दबाव परिवर्तित किया, बिल्कुल BMP085 ( oss = 3 ) की तरह।



लोनली HP203B मेज पर एक कमरे में पड़ा है। चार्ट पर सही स्पष्टीकरण।



सबसे दिलचस्प बात यह है कि जब मैं सो रहा था, तो 2 से 7 तक तापमान केवल 0.15 डिग्री सेल्सियस से बदल गया था। जैसे ही आप उसके बगल में बैठते हैं, शरीर से विकिरण तुरंत ही खुद को महसूस कर लेता है। ऊपरी ग्राफ़ में छोटी चोटियाँ इन (छोड़ने / आने) से ठीक-ठीक संबंधित हैं।



हम दो सेंसर HP203B और HP206C शुरू करते हैं । दोनों एक ही शर्तों के तहत कंधे से कंधा मिलाकर चलते हैं:



शोर का स्तर तुरंत स्पष्ट होता है, जो कि HP206C काफ़ी छोटा होता है। और यहाँ गुलाबी के विशेष पारखी के लिए गवाही में अंतर है:



हम BMP085 को कनेक्ट करते हैं :



हम खिड़की के माध्यम से HP206C बाहर निकालते हैं, अन्य दो विंडोज़ पर हैं। खिड़की बंद है।



HP206C के तापमान में उतार-चढ़ाव सूरज के साथ जुड़ा हुआ है, जो दोपहर में मेरी खिड़की तक पहुंचता है, और पेड़ों के साथ। फिर सामान्य व्यवहार के साथ ग्राफ़ के कुछ जोड़े:

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और अब असामान्य व्यवहार।



एक अकेला HP203B का बढ़ा हुआ टुकड़ा। एक मंझला फिल्टर या कलमैन चोट नहीं करेगा।





सुबह 6 बजे HP206C का क्या हुआ, यह मेरे लिए एक रहस्य बना हुआ है। यहाँ फिर से, HP206C के साथ कुछ:



यहाँ नरक है कि:



यहाँ एक समान व्यवहार है:



फिर से अजीब व्यवहार:



और अब दिलचस्प के बारे में:



तापमान और दबाव में एक तेज उछाल वायुमंडलीय मोर्चे के पारित होने के साथ जुड़ा हुआ है। आम आदमी के लिए, यह एक तेज आंधी के साथ हवा और बारिश में तेज वृद्धि है। लेकिन बढ़े हुए टुकड़े, जहां पर्यावरण के मापदंडों में थोड़ा बदलाव आया। शोर तुलना के लिए:



यह देखा जा सकता है कि वह HP206C के साथ कम से कम है, BMP085 व्यावहारिक रूप से रख रहा है, सभी का सबसे बुरा HP203B के साथ है। खैर, आखिरी परीक्षा। इसमें, मैंने कमरे के भीतर पूरी चीज को उठाया और उतारा। ऊँचाई: बिस्तर-छत-फर्श-छत-बिस्तर। HP206C के निचले आंतरिक शोर के कारण , तस्वीर को बेहतर तरीके से देखा जाता है। तापमान के अंतर भी मजाकिया हैं। शीर्ष वास्तव में गर्म है:



सभी रेखांकन पर, असामान्य व्यवहार के अपवाद के साथ, सभी 3 सेंसर के बीच ध्यान देने योग्य सहसंबंध है। रीडिंग में अंतर लगभग 1.5 hPa, अधिकतम 2 hPa है, जो प्रत्येक की बताई गई पूर्ण त्रुटि में फिट बैठता है। यह कहना मुश्किल है कि किसकी गवाही सबसे सच्ची है। ऐसा करने के लिए, आपके पास एक संदर्भ पारा बैरोमीटर होना चाहिए। प्रत्येक व्यक्ति सेंसर के प्रत्येक के विचरण या आंतरिक शोर का मूल्यांकन कर सकता है, जो कि कथित प्रदर्शन के साथ भी संबंधित है। अजीब व्यवहार के रूप में, वे हमेशा केवल HP206C का संबंध रखते थे और संभावित कारण केवल यह था कि यह बाहर था। लेकिन इसे जांचने के लिए, आपको सेंसर को स्वैप करना होगा और माप लेना होगा। मैंने ऐसा नहीं किया।

6. चालक

चूंकि लक्ष्य डिवाइस एक कोर्टेक्स-एम 3 कोर वाला एआरएम था, इसलिए परियोजना को सीएमएसआईएस और ड्राइवरों का उपयोग करके लिखा गया था। हालांकि, मैंने वही I2C बस ड्राइवरों को न केवल NXP के लिए, बल्कि STM32 के लिए भी देखा, जो यह सुनिश्चित करना संभव बनाता है कि वे प्रत्येक प्रोसेसर परिवार के लिए सभी Cortex-M * कोर पर मौजूद हों। नीचे GitHub के लिंक दिए गए हैं, जहां पर विचार किए गए सेंसर के लिए C लाइब्रेरी रखी गई हैं। * .ह फ़ाइल सभी के लिए समान है। अंतर केवल * .c फाइलों में हैं और वे HP203B में I2C बस पर डिवाइस का पता बदलने के लिए हार्डवेयर क्षमता से संबंधित हैं। कोड के रूप में संभव के रूप में टिप्पणी की है। प्रत्येक * .सी फ़ाइल में आपको फ़ंक्शंस मिलेंगे:

• राइट 1 बाईट - 1 बाइट (टाइप 1) भेजें;
• write2byte - 2 बाइट्स (टाइप 2) भेजें;
• read1byte - 1 बाइट (टाइप 3) पढ़ें;
• read3byte - 3 बाइट्स पढ़ें (टाइप 4);
• read6byte - 6 बाइट्स (टाइप 4) पढ़ें;

ये कार्य हार्डवेयर पर निर्भर हैं। यदि आप किसी अन्य कर्नेल या I2C ड्राइवर का उपयोग करते हैं, तो यह आपके लिए इन कार्यों को अपने तरीके से व्यवस्थित करने के लिए पर्याप्त है, जब तक कि वे स्थानांतरण के प्रकार और प्रोटोकॉल के अनुसार अपना कार्य पूरा करते हैं (I2C भेजने को पूरा)। निम्नलिखित फ़ंक्शन I2C पैकेज को पूरी तरह से परिभाषित करने वाली संरचना को आरंभ करता है:

/************************************************************ * Configure I2C transfer structure for HP203B * - this structure define the I2C transfer * - this function exist because we are using certain I2C driver ***********************************************************/ static void HP203B_TrasferCfgInit(void) { if(CSB_GPIO->FIOPIN & (1<<CSB_PIN)) TransferCfg.sl_addr7bit = 0x76; // Slave address of HP203B if CSB high else TransferCfg.sl_addr7bit = 0x77; // Slave address of HP203B if CSB low TransferCfg.tx_data = I2CMasterBuffer; // Pointer to transmit buffer // TransferCfg.tx_length = 0; // Number of bytes for write TransferCfg.tx_count = 0; // Counter for writing bytes TransferCfg.rx_data = I2CSlaveBuffer; // Pointer to receive buffer // TransferCfg.rx_length = 0; // Number of bytes for read TransferCfg.rx_count = 0; // Counter of reading bytes TransferCfg.retransmissions_max = 5; // Number of attempts TransferCfg.retransmissions_count = 0; // Counter of retransmissions TransferCfg.status = 0xF8; // Current status of I2C bus TransferCfg.callback = NULL; // Pointer to function that's executes after I2C transfer (NULL if none) }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

इसमें मुख्य बात बस पर डिवाइस का पता और प्रेषित / प्राप्त बाइट्स की संख्या है। हम इस राशि को ऊपर वर्णित कार्यों में निर्धारित करते हैं। HP203B सेंसर के लिए, 2 पते का चयन करना संभव है: 0x76 या 0x77 । HP206C के लिए यह हमेशा 0x76 है , साथ ही BMP085 के लिए भी है। इसके अलावा, फ़ंक्शन में HP203B_Init, हम CSB लेग पर स्तर निर्धारित करते हैं और, हमारी पसंद के आधार पर, पता स्वचालित रूप से दर्ज किया जाता है।



HP203B

HP206C

7. निष्कर्ष

माना जाता है कि दबाव सेंसर बहुत खराब नहीं हैं और आवेदन में उनके आला पाएंगे। इसलिए HP206C पानी है और डस्टप्रूफ , जो इसे मौसम के स्टेशनों में खुले तौर पर उपयोग करने की अनुमति देता है, उदाहरण के लिए। HP203B में एक बड़ा गतिशील रेंज और छोटा आकार है, जो इसे पर्वतारोहियों के लिए एक altimeter के रूप में मोबाइल उपकरणों में एम्बेड करने की अनुमति देता है। दोनों सेंसर केवल क्वाड्रोकोप्टर के लिए आदर्श होते हैं, क्योंकि जब वे समायोज्य ऊंचाई, दबाव और तापमान खिड़कियों से परे जाते हैं, तो वे हार्डवेयर इंटरप्ट होते हैं। एक अच्छी विशेषता आउटपुट का मानवीय रूप है, जिसमें अतिरिक्त प्रोसेसर लागत की आवश्यकता नहीं होती है। यह संभव नहीं है कि घोषित मानों की पर्याप्त संख्या के लिए चलती औसत को छोड़कर, घोषित 10 सेमी अंतर को पंजीकृत करना संभव होगा। हमें तकनीकी सहायता के बारे में भी बात करनी चाहिए। साइट में PIC के लिए इन सेंसर के साथ काम करने के लिए कोड हैं , जाहिरा तौर पर, और यहां तक ​​कि कोडांतरक आवेषण के साथ, जो उन्हें समझने की इच्छा को पूरी तरह से हतोत्साहित करता है। डेटशीट भी बहुत कच्ची है। मैंने यह भी नहीं पाया कि दबाव के लिए डेटा किस रूप में निकलता है। यह स्पष्ट रूप से स्पष्ट था कि हमारी राय में mbar या GPA, लेकिन प्रलेखन में इस बारे में एक शब्द भी नहीं। डेटा को कैसे प्रोसेस करना है, इसकी भी कोई जानकारी नहीं है। मुझे लगता है कि उत्पाद विकसित किया जाएगा, और इसके साथ प्रलेखन की गुणवत्ता में सुधार किया जाएगा। लेकिन इसके बावजूद, मुझे वास्तव में सेंसर पसंद थे, शायद मेरा अगला मौसम स्टेशन उनका उपयोग करेगा।