Senzorii de accelerație de la Freescale

Senzorii de accelerație sunt proiectați să detecteze schimbări de forță rezultate din cădere, înclinare, mișcare, poziționare, șoc și vibrație. Freescale a creat 3 game de accelerometre pentru a detecta aceste schimbări:

Low g (mai mic de 20g), Medium g (între 20g … 100g), High g (100g până la 500g).

Pentru electronicele de consum se cer următoarele caracteristici: timp de răspuns rapid, sensibilitate ridicată, consum redus de curent, operare la tensiune mică și o încapsulare la dimensiuni cât mai mici. Accelerometrele Freescale sunt o soluţie ideală.
În produsele electronice avansate aflate deja pe piață, se adaugă mereu noi caracteristici multifuncționale și inteligență. Poziționarea GPS, navigarea, urmărirea deplasării pe hartă, jocurile 3-D, dispozitive antifurt și PC-mouse sunt principalele domenii de aplicare ale senzorilor de accelerație. Accelerometrele sunt sensibile atât la accelerația liniară, cât și la câmpul gravita­țional local. Urmărirea mișcării permite colectarea de informații despre orientarea unui obiect precum un smartphone sau tabletă grafică pentru a se comuta automat între modul de display portret (portrait) sau peisaj (landscape).

Figura 1: Imagine la microscopul electronic a structurii unui accelerometru MEMS de la Freescale. Masa probei de sus este suspendată, iar o accelerație liniară a pachetului spre dreapta va devia masa probei spre stânga.

1. Senzorii de accelerație măsoară diferența dintre orice accelerație liniară într-un cadru de referință și vectorul câmp gravitațional al Pământului.
2. În absența accelerației liniare se măsoară rotația vectorului câmp gravitațional pentru a determina unghiul de rotire și de tangaj.
3. Unghiurile de orientare sunt dependente de ordinea în care se aplică rotațiile, ținând cont de mișcarea de girație în cazul domeniului aerospațial.
4. Senzorii de accelerație sunt insensibili la mișcarea de rotație a Pământului pentru a preveni instabilitatea.
5. Expresii simple de algebră vectorială sunt utilizate pentru calculul de înclinare a accelero­metrului de la verticală sau unghiul de rotație între oricare două citiri de accelerometru.
6. Cea mai comună aplicație a accelerometrelor în aparate electronice de consum este trecerea între portret sau peisaj.

Figura 2: Model simplificat al traductorului capacitiv și circuitul electric echivalent. Proof Mass = masă de test predeterminată într-un dispozitiv de măsură a accelerației, care servește ca masă de referință a parametrului ce urmează a fi măsurat.

Devierea masei probei se măsoară prin schimbarea valorii capacității între degetele de la masa probei și plăcile sensibile.
Un model simplificat și traductor circuit echivalent electric sunt prezentate în Figura 2.
Circuitele interne ale senzorului accelerometru convertesc variația de capacitate mică la un semnal de tensiune care, în accelerometre digitale, este apoi convertită în semnal digital de ieșire și transmis pe un bus serial.
Problema determinării poziției este complexă și presupune calcule rapide pentru a citi tranzițiile și a determina poziția actuală a dispozitivului.
Astfel, pe baza unor reguli se determină mișcările efectuate:

• (|Gpz| < 0.5g) AND (Gpx > 0.5g) AND (|Gpy| < 0.4g): Schimbarea orientării spre Top • (|Gpz| < 0.5g) AND (Gpx < -0.5g) AND (|Gpy| < 0.4g): Schimbarea orientării spre Bottom • (|Gpz| < 0.5g) AND (Gpy > 0.5g) AND (|Gpx| < 0.4g): Schimbarea orientării spre Right • (|Gpz| < 0.5g) AND (Gpy < -0.5g) AND (|Gpx| < 0.4g): Schimbarea orientării spre Left.

Figura 3: Definirea sistemului de coordonate și a axelor de rotație. Un accelerometru montat în smartphone orientat cu câmpul gravitațional g și supus unei accelerații ar va avea la ieșire un semnal Gp ce este descris de o ecuație care indică rotația față de coordonatele relative la Pământ, unde R este matricea de rotație ce descrie mișcarea complexă.

MEMS
Freescale oferă portofoliul de senzori de accelerație Xtrinsic pentru gama low g (sub 20g) care are un timp de răspuns rapid, consum redus de energie atât în stare activă, cât și în modul de așteptare. Se utilizează pentru detectarea orientării, agitării, loviturilor ușoare simple sau duble, căderii, înclinării, mișcării, poziţionării, șocului și vibrațiilor. Aceste accelerometre detectează cu acuratețe orice mișcare, fiind utilizate în perceperea realității, eReadere, aparate medicale și aparate casnice, dispozitive electronice mobile, smartphone și tablete.

Caracteristici de bază
• Capsulă de mici dimensiuni 2 × 2 × 1.0mm DFN
• Sensibilitate ridicată: 1 mg per LSB
• Low noise: 150 micro g per root Hz (independent de rezoluţie)
• Low-power mode: 7 micro amperi
• Interfață de întreruperi și interfață IIC: 1.62 … 3.6V
• Tensiune de alimentare: 1.95 … 3.6V
• Rata datelor la ieșire: 1.5 … 800Hz

Freescale oferă și Sensor Toolbox – instrument de dezvoltare – care permite o selectare în funcție de aplicația senzorilor, accesoriilor și un software adecvat pentru a micșora timpul de proiectare și trecere la fabricație, îmbogățind capabilitățile de detectare a condițiilor din lumea reală.
Accelerometrul Freescale MMA8652FC Xtrinsic 12-biţi este lider la performanțe în industrie într-o capsulă de mici dimensiuni, 2×2×1mm DFN. Acest accelerometru include funcții ce permit o programare flexibilă a opțiunilor, având și doi pini configurabili pentru întreruperi. Pe durata inactivității rămâne într-o stare de consum redus de energie și se activează prin semnale de trezire inerțiale.

Senzori de Acceleraţie Medium g
Freescale oferă sisteme MEMS (Micro-ElectroMechanical Systems) bazate pe accelerometre, proiectate să detecteze schimbări în forță datorită căderii, mișcării, schimbării poziției, șocului, înclinării și vibrației. Portofoliul de accelerometre între 20g … 100g este soluția ideală pentru aplicații în industria auto. Portofoliul cuprinde accelerometre cu diverse tipuri de semnale de ieșire:
• ieșire analogică: MMA12XX, MMA22XX, MMA32XX
• ieșire DSI: MMA16XX, MMA26XX
• ieșire PSI5: MMA51XXW, MMA52XX
• ieșire SPI: MMA65XX, MMA685XX, MMA68XXKW, MMA690XQ

Senzori de Acceleraţie High g
Freescale oferă sisteme MEMS (Micro-ElectroMechanical Systems) bazate pe accelerometre, fiind proiectate să detecteze schimbări în forță datorită căderii, mișcării, schimbării poziției, șocului, înclinării și vibrației. Portofoliul de accelerometre între 100g … 250g este soluția ideală pentru aplicații în industria auto. Portofoliul cuprinde accelerometre cu diverse tipuri de semnale de ieșire:
• ieșire analogică: MMA12XX, MMA 23XX,
• ieșire DSI: MMA16XX, MMA26XX, MMA8XXXEG

MMA9550L – Platforma inteligentă de sesizare a mișcării
Acest dispozitiv reprezintă în industrie prima platformă inteligentă, de mare precizie pentru sesizarea mișcării care poate controla multiple intrări de senzori și poate stabili decizii la nivel de sistem pentru a permite noi aplicații ca recunoaşterea gesturilor, funcționalități legate de mers și compensarea încli­nării și păstrarea echilibrului. Dispozitivul are un nivel ridicat de configurare și adaptare la diverse tipuri de senzori, iar deciziile se iau pe baza unor calcule complexe care interpretează informațiile de la senzori. Prelucrarea avansată este realizată printr-un procesor V1 ColdFire cu 32 biți care permite luarea de decizii contextuale. Având până la 12 intrări de la senzori, platforma MMA9550L este programată și configurată cu CodeWarrior Development Studio 6.3 software, care ridică aplicațiile la nivelul generației următoare, folosind algoritmi de bază pe 32 biți.

Documentaţii Freescale legate de senzori:
AN1925, AN3107, AN3232, AN3397, AN3461, AN4069, LFSTBEB865xQSG, MMA9550LFS, MPC560XPRM

Distribuitori Freescale în România
Arrow Electronice SRL • 026 4417251 • office@arrowromania.com
EBV Elektronik • 021 5296911 • catalin.raduta@ebv.com
Farnell • 0800 894 946 • info-ro@farnell.com
Future Electronics SRL • 0264 457774 • info-RO-future@futureelectronics.com

Câştigător “iPod touch”: Ştefan Nedelcu, Găeşti