Freescale Freedom Board – Placa de Sensores (Parte I)

Sensores Freescale Freedom Board

A Freescale possui uma linha de placas chamada Freedom Board que permite ao desenvolvedor ter o primeiro contato com os dispositivos Freescale, em especial os microcontroladores de sua linha de produtos com core ARM Cortex-M e sua linha de MEMS. São placas bem baratas, ideais para experiências rápidas, validação de conceitos e para fins educacionais. E também, porque não, para primeiros protótipos de engenharia, em projetos que demandam um microcontrolador ou sensores. Possuem footprint Arduino e pequenas dimensões:  (81 x 52 x 2 mm).

Neste artigo vamos tratar das placas de sensores da familia Freedom. As placas Freescale Freedom relacionadas a sensoriamento já lançadas são as seguintes:

  • Placas de sensores – A proposta dessas placas é permitir ao usuário o primeiro contato com os sensores que a Freescale fabrica. São oferecidas três diferentes versões (montagens) da mesma placa. Veja a seguir:

FRDM-FXS
Figura 1: Comparativo entre a três placas de sensores

A placa mais completa, a FRDM-FXS-MULTI-B, possui todos os sensores e ainda inclui um módulo Bluetooth BlueRadio. Ela não possui microcontrolador e foi criada pensando em ser utilizada em conjunto com a placa Freedom FRDM-K25Z, a primeira placa Freedom Board lançada. Possui uma interface com Cartao SD, o que permite que essa placa fique capturando dados por um longo tempo e armazenando os dados colhidos nesse cartão, sem necessidade de um hardware externo extra. E, claro, essas placas são recheadas de MEMS. Para ler mais sobre MEMS, confira o artigo de Henrique Torres.

FRDM2
Figura 2: Placa de Sensores

Carregador de bateria Freeescale MC34673

Essa placa possui um carregador para uma bateria Litio-Ion ou Li-Polímero, o CI Freeescale MC34673AEP. Dessa forma, uma bateria pode ser conectada a placa e pode ser carregada sem que a mesma seja desconectada do circuito. Podemos notar pelo circuito abaixo retirado do esquemático da placa que não existe nenhum tipo de controle digital do processo de carga e o CI está sempre habilitado para carga. Ao plugar a alimentação e a bateria começará a ser carregada e poderemos conferir a carga através do LED verde.

Esse CI opera com 4,7V de tensao fixa de saída e corrente menor que 200 mA, configurada pelo resistor Iset de 22k Ohms.

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Figura 3: Carregador de Bateria Freeescale MC34673

Magnotômetro Freescale MAG3110

Essa placa inclui um Magnotômetro Freescale MAG3110. Ele se comunica com o microcontrolador via I2C a até 400 kHz e possui uma Interrupção que também é ligada ao microcontrolador. Esse componente é capaz de fazer medidas de campos magnéticos em três eixos, X, Y e Z,  a cada 12,5 ms, ou seja, 80 Hz.  

magnetometro
Figura 4: Magnetômetro

Consegue medir tais campos magnéticos com variação de +/- 1000 uT (microTeslas) com sensibilidade de 0,10 uT e com ruído de no maximo 0,25 uT. Permite também que o offset magnéticos sejam alterados, para que se possa alterar o valor de referência, que passa a ser  o valor calibrado de fábrica menos um valor de offset programado pelo usuário. Para medidas mais lentas, com taxa de transmissao de 5 Hz, o ruido é bem menor, bem como o consumo desse Magnetômetro, que cai em aproximadamente 40%, se comparado com o funcionamento a 80 Hz.

Veja como o Magnetômetro Freescale MAG3110 está conectado nessa placa na figura a seguir: 

mag3110
Figura 5: Magnetômetro Freescale MAG3110 – Esquema elétrico da placa de Sensores

Giroscópio Freescale FXAS21000

A placa de sensores Freedom também conta com um Giroscópio Freescale FXAS21000 .

Esse giroscópio está conectado via I2C, pronto para ser conectado a um microcontrolador. Em I2C consegue se comunicar com o host a 400 kHz. Poderia ser mais rápida a comunicação, caso fosse escolhida a comunicação SPI, também disponível no CI.

É capaz de medir um fundo de escala máximo de +/- 1600 graus por segundo com sensibilidade de 0,2 graus por segundo nesse modo, com taxa de amostragem digital de 1,5625 a 200 Hz.

giro
Figura 6: Giroscópio

Possui também dois pinos de interrupção que podem ser programados conforme um limiar de valor de velocidade angular seja atingido. Uma característica que chama atenção tambem é a não necessidade de um capacitor externo para o perfeito funcionamento desse giroscópio. Como um extra, possui um sensor de temperatura digital interno.

Internamente possui um filtro passa-alta configurável digitalmente e tambem um filtro anti-aliasing. Conta com um buffer circular de 32 amostras que pode ser utilizado de diferentes formas, como por exemplo, buffer circular ou para que faça medições antes de ser necessário fazer a leitura do Giroscópio. As interrupções podem trabalhar junto com esse dispositivo a fim de ficarem ativas no momento do buffer cheio, por exemplo.

Veja como o Giroscópio está preparado para conectar no microcontrolador na figura a seguir:

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Figura 7: Giroscópio Freescale FXAS21000 – Esquema elétrico da placa de Sensores

Acelerômetro Freescale FXLS8471

 A placa de sensores vem com o Acelerômetro Freescale FXLS8471 montado e disponível para uso.

Trata-se de um acelerômetro de três eixos com ranges selecionáveis por software de ±2, ±4 ou ±8g, com 18 bits de resolução. A frequência de amostragem pode ser configurada de 1,563 Hz a 800 Hz e o ruído da medida depende da taxa de amostragem selecionada. Possui 14 bits de resolução de ADC interno. Dispõe tambem de filtro passa alta, que pode ser alterado digitamente dependendo da taxa de frequência de leitura das acelerações escolhida. O filtro é capaz de eliminar o offset de Tilt DC e as mudanças dos valores de aceleração de baixa frequência.

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Figura 8: Acelerômetro

Pode ser programado para possuir sensibilidade de 0,25 mg/amostra e dispõe de buffer para armazenamento de 32 amostras de cada eixo, x, y e z.

Além dessas caracteristicas, possui algumas características bem interessantes de software, tais como eventos que alertam sobre queda livre (normalmente confgurado para variações de aceleração de ±100 ou ±500 mg) ou detecção de movimento, Detecção transiente, Detecção de orientação, como nos celulares, além de outros padrões. Esses eventos internamente já programados ajudam a diminuir o overhead do processador principal, que pode ser alertado por um evento de interrução externa de hardware.

Este MEMS está ligada nessa placa utilizando o barramento SPI, com velocidade de transmissão de até 1 MHz.

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Figura 9: Acelerômetro Freescale FXLS8471 – Esquema elétrico da placa de Sensores

No próximo artigo continuaremos analisando os componentes dessa placa. São eles:

Referências

Artigo MEMS, de Henrique Torres

Freescale

Freedom Board

ARM

Placa Freescale FRDM-FXS-MULTI for Multiple Sensors

Placa Freescale FRDM-FXS-MULTI-B for Sensors (Bluetooth)

Placa Freescale FRDM-FXS-9AXIS for 9-Axis Sensor Solution

BlueRadio

 Carregador de bateria Litio-Ion Freescale MC34673 – Apresentação

Carregador de bateria Litio-Ion Freescale MC34673 – Datasheet

Magnôtometro Freescale MAG3110 – Apresentação

Magnôtometro Freescale MAG3110 Datasheet

Giroscópio Freescale FXAS21000 – Apresentação  

Giroscópio Freescale FXAS21000 – Datasheet

Acelerômetro Freescale FXLS8471 – Apresentação

Acelerômetro Freescale FXLS8471 – Datasheet

Acelerômetro Freescale MMA8652FC – Apresentacao

Acelerômetro Freescale MMA8652FC – Datasheet

Sensor digital para medida de 6 eixos: Acelerômetro + magnetômetro: Freescale FXOS8700CQ – Apresentação

Sensor digital para medida de 6 eixos: Freescale FXOS8700CQ – Apresentação

Sensor barométrico Freescale MPL3115A2 – Apresentação 

Sensor barométrico Freescale MPL3115A2 – Datasheet

Módulo Bluetooth BlueRadios BR-LE4.0-D2A

Pedômetro Freescale MMA9553L – Apresentação

Pedômetro Freescale MMA9553L – Datasheet

Apresentação do DWF 2013

Esquemático 

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Felipe Neves
Felipe Neves
21/10/2014 09:20

Caramba, é sensor a rodo.

Onde compro essa beleza?

Parabens pelo artigo.

🙂

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