Диссертация (Формирование облика стенда бросковых испытаний и полномассового макета спускаемого аппарата для полунатурной имитации посадки на Луну в земных условиях), страница 12

На концептуальном уровневсе платы программируются через RS-232 (последовательное соединение) [28,54].3.4.Аппаратура измерений3.4.1. Датчики расстоянияДля измерения расстояния предлагается использовать в качествеизмерителей ультразвуковые и инфракрасные датчики расстояний.Инфракрасный дальномер Sharp GP2Y0A02YK (20-150 см)122Инфракрасный дальномер, модель GP2Y0A02YK компании Sharp,позволяет определять расстояние до объектов.

Сенсор определяет расстояниепо отражённому лучу света в инфракрасном спектре.Выводом является аналоговый сигнал, с уровнем напряжения,зависимым от расстояния до цели в установленном направлении.Датчик подключается к управляющей электронике через 3 провода.Поскольку в основе работы устройства используется свет, сенсор плохоподходит для определения расстояния до светопоглощающих объектов.Данный инфракрасный дальномер имеет довольно большую мёртвуюзону перед собой: 20 см.Инфракрасный дальномер Sharp GP2Y0A021 (10-80 см)Инфракрасный дальномер, модель GP2Y0A021 компании Sharp,позволяет определять расстояние до объектов. Сенсор определяет расстояниепо отражённому лучу света в инфракрасном спектре.Выводом является аналоговый сигнал, с уровнем напряжения,зависимым от расстояния до цели в установленном направлении.Датчик подключается к управляющей электронике через 3 провода.Поскольку в основе работы устройства используется свет, сенсор плохоподходит для определения расстояния до светопоглощающих объектов.Ультразвуковой датчик расстояния LV-MAXSONAR-EZ1LV-MAXSONAR-EZ1 — ультразвуковой сонар для детектированияобъектов на расстоянии от 15см.

до 6,45м. На выходе платы сигналы одальности объекта присутствуют в трёх формах: аналоговый сигнал, ШИМ ипоследовательные данные Rx и Tx. Данные с датчика считываются синтервалом в 50мс (20Гц).3.4.2. Трехосевые акселерометры MMA7341L и MMA7361LМаленький датчик ускорения создан на базе микросхем измерениянизкого уровня ускорения MMA7361L и MMA7341L по МЭМС-технологии(микроэлектромеханические системы). Эта плата включает себя все123необходимые для работы компоненты, а штырьевые разъёмы расположенныетак же, как в 10-разъёмном DIP корпусе, 12,7×10,2 мм, делают эту платупростой при использовании со стандартными макетными и монтажнымиплатами (расстояние между выводами 2,54 мм).Имеется две версии платы с различной чувствительностью: датчик наоснове MMA7361L с возможностью выбора чувствительности в ±1,5g или ±6g,и MMA7341L с чувствительностью в ±3g или ±11g.Спецификация: Размеры (без штырьевых разъёмов): 10 x 13 x 3 мм. Рабочее напряжение (VDD): 2,2 - 3,6 В (контакты не выдерживают5 В). Рабочий ток: 0,5 мA. Поддерживаемый ток в режиме ожидания: < 3 мкA. Формат вывода: 3 аналоговых вывода (по одному на ось) сосредним значением напряжения, равным VDD/2. Диапазон чувствительности (устанавливается выводом g-Select):o MMA7361L: ±1,5g (по умолчанию) или ±6g.o MMA7341L: ±3g (по умолчанию) или ±11g. Вес без штырьевых разъёмов: 0,35 гр.Порядок подключения и работы с акселерометром.Напряжение питания от 2,2 до 3,6 В подаётся на вывод VDD.

Отметим,что разъём не выдерживает питание в 5 В, а внешние компоненты (такие какделители напряжения) необходимо при согласовании разъёмов g-Select, SelfTest, и Sleep подключать к 5 В питанию. Подключение к этим выводам неявляется обязательными; плата будет работать с отключенными контактамипока на вывод Sleep, будет подаваться высокий уровень напряжения.Вывод режима ожидания Sleep внутренне «подтянут» до низкогоуровня, что устанавливает плату в энергосберегающий режим по умолчанию.Для использования платы необходимо установить на выводе высокий уровень.124Это может быть реализовано с портами ввода/вывода, если использоватьвыборочный контроль спящего режима, или можно спаять мост через узлыповерхностного монтажа с пометкой "ON" на плате. Это соединит выводрежима ожидания Sleep с разъёмом VDD, и будет запускать плату поумолчанию.Выводы датчика X, Y, и Z представляют собой три отдельныханалоговых выхода со средним значением напряжения, равным VDD/2.

Приположительном ускорении выходное напряжение выше уровня VDD/2, приотрицательном, соответственно, ниже. Выходные данные всегда будутнаходиться в диапазоне от 0 до VDD.На вывод выбора чувствительности g-Select по умолчанию подаётсянизкий уровень, которому соответствует ±1,5g (800 мВ/g) на платах сMMA7361L и ±3g (440 мВ/g) на плате с MMA7341L. Высокий уровеньнапряжения устанавливает ±6g (206 мВ/g) на плате с MMA7361L и ±11g (118мВ/g) на MMA7341L.На выходном выводе 0g-Detect появляется высокий уровень приодновременном обнаружении невесомости по всем трём осям, этонаблюдается при свободном падении платы. Этот отмечено только вдокументации для более чувствительной микросхемы MMA7361L (вдокументации к MMA7341L вывод обозначен как "NC"), но он работает и наMMA7341L при чувствительности ±3g.

Этот вывод не работает причувствительности в ±11g.3.4.3. Трехосевой гироскоп L3GD20Эта компактная (12,7 x 22,9 мм) плата представляет собой устройство наоснове микросхемы ST L3GD20 3-осевой гироскоп. Устройство такжеработает от напряжения ниже 3,6 В, что затрудняет её подключение кмикроконтроллерам, работающим от 5 В. Эти проблемы решены в этой плате,путём добавления дополнительных электронных компонентов, в том числе 3,3В стабилизатора напряжения и схемы смещения логического уровня, сохраняя125при этом компактный размер устройства. На плате полностью установленыSMD компоненты и в том числе L3GD20, как это показано на фотографии.У L3GD20 есть много настраиваемых параметров: выборочнаяустановка чувствительности по трём угловым скоростям, выбор выходнойскорости передачи данных, встроенный алгоритм FIFO (первым пришёл,первымобслужен)длябуферизациивыходныхданных,атакжепрограммируемые внешнего прерывания сигнала.

Данные об измененииугловых скоростей доступны через цифровой интерфейс, который можнонастроить для работы в I²C или SPI режиме.Плата включает в себя стабилизатор с низким падением напряжения,обеспечивающий 3,3 В необходимые для L3GD20, и позволяет подключатьдатчик к внешнему источнику питания 2,5 - 5,5 В. Выход стабилизаторадоступен на VDD ножке, и может служить источником питания внешнихустройств с током потребления до 150 мА.

Плата также включает в себя схему,смещающую (подтягивающую) шины синхронизации и данных интерфейсаI²C/SPI к напряжению логического уровня вывода VIN, что делает её простойдля взаимодействия с 5 В устройствами, а 2,54 мм расстояние междуштырьками упрощает использование ее со стандартными макетными имонтажными платами.Спецификация: Размеры: 13 х 23 х 3 мм Вес без штырьевых разъёмов: 0,6 гр Рабочее напряжение: от 2,5 до 5,5 В Потребляемый ток: 7 мА Выходной формат (I²C/SPI): 16-битный вывод на ось Диапазон чувствительности (конфигурируемый): ±250, ±500 или±2000 °/секПодключение126Независимо от используемого интерфейса, для подключения платынеобходимо соединить вывод VIN (питание) с источником 2,5 - 5,5 В, и разъёмGND (земля) с 0 В.Для соединения в режиме I²C (работает по умолчанию), необходимо какминимум два логических соединения: SCL и SDA.

Они должны бытьподключены к I²C шине, работающие на том же логическом уровне, что и VIN.Для использования в SPI режиме, требуется четыре соединения: SPC,SDI, SDO, и CS. Они должны быть подключены к SPI шине, работающей натом же логическом уровне, что и VIN. Интерфейс SPI работает по 4проводному каналу по умолчанию, с разделёнными выводами SDI и SDO. Новывод SDO можно совместно использовать и для SDI, получив, таким образом,3-проводной режим передачи данных.Схема расположения выводов VDD – выход со стабилизатора 3,3 В. Почти 150 мА доступно дляпитания внешних компонентов.

(Если необходимо, обойтивнутренний стабилизатор, то можно использовать разъём как входпитания 3,3 В, предварительно отключив VIN.) VIN –SDA/SDIвходное напряжение 2,5 - 5,5 В. Уровни SCL/SPC и«подтягиваются»шинойI²Cдоэтогоуровня.(Напряжение питания соответствует высокому логическомууровню на выводах). GND – земля (0 В) соединяется с нулевым потенциалом (землёй)вашего источника питания. Земля должна быть общей дляисточника питания и для интерфейса управления платой I²C. SCL/SPC – уровень смещением шины синхронизации SCL I²C:ВЫСОКИМ является уровень VIN, НИЗКИМ = 0 В. SDA/SDI – уровень смещением шины данных SDA I²C. SDO – вывод данных SPI при 4-проводном режиме: ВЫСОКИЙуровень соответствует VDD, НИЗКИЙ = 0 В. Этот вывод не127«подтягивается» до 5 В.

Также используется в качестве входа дляопределения I²C адреса ведомого устройства (см. ниже). CS–входразрешенияSPI(выборэлементапамяти).«Подтягивается» до VDD для включения связи по I²C поумолчанию; Связь по SPI управляется низким логическимуровнем. DRDY/INT2 – индикатор готовности считывания данных, слогическим уровнем 3,3В. INT1 – вывод инерциального прерывания, с логическим уровнем3,3 В. Этот вывод не "подтягивается" до 5 В.При стандартном состоянии вывода CS (уровень VDD), данные обугловой скорости можно получить, настроив микросхему L3GD20 на работупо I²C шине. Сдвиг уровня на I²C синхронизации (SCL) и линии передачиданных (SDA) позволяют I²C взаимодействовать с микроконтроллерами,работающими на таком же напряжении, как и VIN (2,5 - 5,5 В).В I²C режиме, ведомый 7-битный адрес датчика имеет младший разряд(LSb) определяемый по напряжению на выводе SDO.

Разъём SDO соединяетсяс VDD через подтягивающий 10 кОм резистор, при этом устанавливается LSb1. Если выбранный для датчика ведомый адрес конфликтует с другимиустройствами на вашей I²C шине, можно сбросить уровень SDO, установив 0на LSb.При тестировании платы, была достигнута передача с чипа на тактовыхчастотах до 400 кГц; датчик способен работать и на более высоких частотах,но соответствующие испытания проведены не были.

Сами чипы и платы неотвечают некоторым требованиям для создания I²C - совместимых устройств,работающих в быстром режиме. Они пропускают 50 нс импульс на шинахсинхронизации и передачи данных, а также требуют дополнительнуюподтяжку на эти выводы для достижения совместимых характеристик сигналасинхронизации.Передача данных по SPI128Для работы с микросхемой L3GD20 в SPI режиме, разъём CS(соединяющийся с VDD через подтягивающий 10кОм резистор) долженуправляться низким уровнем перед SPI команды и возвращаться к высокомууровню после конца команды.