Ingegneria Elettronica, Politecnico di Bari Blogger e Content Manager su Elettronica Open Source

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Ingegneria Elettronica, Politecnico di Bari Blogger e Content Manager su Elettronica Open Source"

Luigi Sasso
8 anni fa
Visualizzazioni

1 MEMS Demystified

2 Chi siamo Piero Boccadoro Ingegneria Elettronica, Politecnico di Bari Blogger e Content Manager su Elettronica Open Source Emanuele Bonanni Progettista elettronico EMCelettronica Srl Fondatore di Elettronica Open Source

Elettronica Open Source Emanuele Bonanni Progettista

3 Outline Che cosa sono i MEMS? Come sono fatti? Perché funzionano? A che cosa servono? Un esempio pratico.

4 MEMS

5 L'accelerometro Features: - Tensione di alimentazione (analogica): 2.5 V to 3.3 V - Tensione di alimentazione (digitale) IOs: 1.8 V - Power-down mode; - 3 canali per magnetic field e 3 canali per accelerazione; - fondo scala del campo magnetico (in Gauss): da ±1.3 a ±8,1; - fondo scala selezionabile dinamicamente tra: ±2g, ±4g e ±8g; - profondità di dato: 16-bit; - interfaccia I2C; - 2 generatori indipendenti e programmabili per rilevazione free-fall e motion detection; - Embedded self-test; - funzine sleep-to-wakeup (accelerometro); - rilevazione dell'orientazione 6D.

3 a ±8,1; - fondo scala selezionabile dinamicamente tra: ±2g, ±4g e ±8g; - profondità di dato: 16-bit; - interfaccia I2C; - 2 generatori

6 L'accelerometro ma andiamo con ordine...

7 L'accelerometro Applicazioni tipiche: - Compensated compassing - Map rotation - Position detection

8 L'accelerometro - Motion-activated functions - Free-fall detection - Smart power-saving - Display orientation - Dispositivi di Gaming e realtà virtuale - Impact recognition and logging - Vibration monitoring and compensation

orientation - Dispositivi di Gaming e realtà virtuale -

9 La tecnologia

10 Sempre più piccolo! Forme allotrope del carbonio a) diamante; b) grafite; c) lonsdaliete; d) fullerene C60; e) fullerene C540; f) fullerene C70; g) amorfo;

11 I materiali Materiali per realizzare il substrato: - silicio; - vetro; - GaAs; - polimeri; - resine. Materiali utilizzati per lo stampaggio plastico: - PDMS (polidimetilsilossano). Materiali utilizzati come maschere: - SiO2; - Si3N4; - Au; - Cr. Materiali utilizzati come regioni di contatto: - Au; - W; - Al; - Pt; - come strato intermedio, leghe eutettiche di Si (2,85%) e Au (97,15%) 363 C Materiali utilizzati per la rimozione selettiva: - composti chimici specializzati e reattivi, come KOH, EDP e TMAH.

Materiali utilizzati come maschere: - SiO2; - Si3N4; - Au; - Cr.

12 Le specifiche e le applicazioni

13 Le specifiche e le applicazioni

14 Il datasheet ed il controllo

15 Il datasheet ed il controllo

16 Il datasheet ed il controllo

17 Il datasheet ed il controllo

18 La board e la configurazione

19 La board e la configurazione LSM Arduino Vin 3.3V GND GND SDA A4 SCL A5 Il monitor è connesso tramite I2C (VCC = 5V)

20 Il codice - Variabili globali #define SCALE 2 // valore full scale dell'accelerazione (valori possibili: 2, 4 o 8) /* Definizione indirizzo LSM303 */ #define LSM303_MAG 0x1E // SA0 grounded #define LSM303_ACC 0x18 // SA0 grounded #define X 0 #define Y 1 #define Z 2 /* Variabili globali */ int accel[3]; // valori grezzi dell'accelerazione int mag[3]; // valori grezzi del magnetometro float realaccel[3]; // valori dell'accelerazione calcolati

grounded #define X 0 #define Y 1 #define Z 2 /* Variabili globali */ int accel[3]; // valori grezzi

21 Il codice - Registri /* Definizioni dei registri dell'lsm303 */ #define CTRL_REG1_A 0x20 #define OUT_Y_H_A 0x2B #define OUT_X_L_M 0x04 #define CTRL_REG2_A 0x21 #define OUT_Z_L_A 0x2C #define OUT_Y_H_M 0x05 #define CTRL_REG3_A 0x22 #define OUT_Z_H_A 0x2D #define OUT_Y_L_M 0x06 #define CTRL_REG4_A 0x23 #define INT1_CFG_A 0x30 #define OUT_Z_H_M 0x07 #define CTRL_REG5_A 0x24 #define INT1_SOURCE_A 0x31 #define OUT_Z_L_M 0x08 #define HP_FILTER_RESET_A 0x25 #define INT1_THS_A 0x32 #define SR_REG_M 0x09 #define REFERENCE_A 0x26 #define INT1_DURATION_A 0x33 #define IRA_REG_M 0x0A #define STATUS_REG_A 0x27 #define CRA_REG_M 0x00 #define IRB_REG_M 0x0B #define OUT_X_L_A 0x28 #define CRB_REG_M 0x01 #define IRC_REG_M 0x0C #define OUT_X_H_A 0x29 #define MR_REG_M 0x02 #define OUT_Y_L_A 0x2A #define OUT_X_H_M 0x03

22 Il codice - Funzioni void printvalues(int * magarray, int * accelarray) /* Definizione delle funzioni */ { void initlsm303(int fs) /* stampa dei valori "come sono" */ { Serial.print(accelArray[X], DEC); LSM303_write(0x27, CTRL_REG1_A); // 0x27 = modalità normale, tutti gli assi attivi Serial.print("\t"); Serial.print(accelArray[Y], DEC); Serial.print("\t"); if ((fs==8) (fs==4)) Serial.print(accelArray[Z], DEC); LSM303_write((0x00 (fs-fs/2-1)<<4), CTRL_REG4_A); // imposta full-scale Serial.print("\t\t"); else LSM303_write(0x00, CTRL_REG4_A); Serial.print(magArray[X], DEC); LSM303_write(0x14, CRA_REG_M); // 0x14 = output rate mag 30Hz Serial.print("\t"); LSM303_write(0x00, MR_REG_M); // 0x00 = continouous conversion mode Serial.print("\t"); Serial.print(magArray[Y], DEC); Serial.print(magArray[Z], DEC); } Serial.println(); delay(1000); }

23 Il codice - Heading float getheading(int * magvalue) { // paragrafo 1.2 dell'application Note AN3192 // pitch e roll = 0 => level position float heading = 180*atan2(magValue[Y], magvalue[x])/pi; if (heading <0) heading += 360; return heading; }

24 Il codice - Heading float gettiltheading(int * magvalue, float * accelvalue) { // Appendice A dell'application Note AN3192 float pitch = asin(-accelvalue[x]); float roll = asin(accelvalue[y]/cos(pitch)); float xh = magvalue[x] * cos(pitch) + magvalue[z] * sin(pitch); float yh = magvalue[x] * sin(roll) * sin(pitch) + magvalue[y] * cos(roll) magvalue[z] * sin(roll) * cos(pitch); float zh = -magvalue[x] * cos(roll) * sin(pitch) + magvalue[y] * sin(roll) + magvalue[z] * cos(roll) * cos(pitch); float heading = 180 * atan2(yh, xh)/pi; if (yh >= 0) return heading; else return (360 + heading); }

25 Il codice - Prelievo dei dati void getlsm303_accel(int * rawvalues) { rawvalues[z] = ((int)lsm303_read(out_x_l_a) << 8) (LSM303_read(OUT_X_H_A)); rawvalues[x] = ((int)lsm303_read(out_y_l_a) << 8) (LSM303_read(OUT_Y_H_A)); rawvalues[y] = ((int)lsm303_read(out_z_l_a) << 8) (LSM303_read(OUT_Z_H_A)); // assegnamento corretto in funzione degli assi } void getlsm303_mag(int * rawvalues) { Wire.beginTransmission(LSM303_MAG); Wire.write(OUT_X_H_M); Wire.endTransmission(); Wire.requestFrom(LSM303_MAG, 6); for (int i=0; i<3; i++) rawvalues[i] = (Wire.read() << 8) Wire.read(); }

26 Il codice - Lettura // Lettura del sensore byte LSM303_read(byte address) { byte appo; // questa è solo una variabile di appoggio if (address >= 0x20) Wire.beginTransmission(LSM303_ACC); else Wire.beginTransmission(LSM303_MAG); Wire.write(address); if (address >= 0x20) Wire.requestFrom(LSM303_ACC, 1); else Wire.requestFrom(LSM303_MAG, 1); while(!wire.available()); appo = Wire.read(); Wire.endTransmission(); return appo; }

27 Il codice - Scrittura // Scrittura dei dati void LSM303_write(byte data, byte address) { if (address >= 0x20) Wire.beginTransmission(LSM303_ACC); else Wire.beginTransmission(LSM303_MAG); Wire.write(address); Wire.write(data); Wire.endTransmission(); }

28 Il codice - Il programma void setup() { Serial.begin(9600); Wire.begin(); lcd.begin(20,4); lcd.setbacklight(high); initlsm303(scale); } void loop() { getlsm303_accel(accel); while(!(lsm303_read(sr_reg_m) & 0x01)); getlsm303_mag(mag); // prelevo i valori e li salvo nell'array mag for (int i=0; i<3; i++) { realaccel[i] = accel[i] / pow(2, 15) * SCALE; // calcolo i valori reali, in unità [g] } /* Stampa del level e dell'heading tilt-compensated */ Serial.print("Heading: "); Serial.println(getHeading(mag), 3); // funzione solo se il sensore è a livello Serial.print("Heading_compensated: "); Serial.println(getTiltHeading(mag, realaccel), 3); // effetto della compensazione // e poi faccio le stesse cose sull'lcd, visto che la seriale serviva solo di debug lcd.print("heading: "); lcd.print(getheading(mag), 3); lcd.setcursor(0,1); lcd.print("heading_cmp: "); lcd.print(gettiltheading(mag, realaccel), 3); delay(500); lcd.clear(); }

29 I risultati

30 BUON APPETITO......e grazie per l'attenzione

31 Bibliografia Appunti e dispense del corso di Sistemi Micro e Nano Elettronici della prof.ssa Caterina Ciminelli (Politecnico di Bari) Fonti consultate il: 10/05/2013

32 Elettronica Open Source Blog: it.emcelettronica.com Forum: it.emcelettronica.com/forum Feed RSS:

Documenti analoghi

TUTORIAL: COME USARE UN LM35 PER MISURARE UNA TEMPERATURA SU TUTTA LA SCALA CENTIGRADA

TUTORIAL: COME USARE UN LM35 PER MISURARE UNA TEMPERATURA SU TUTTA LA SCALA CENTIGRADA Molte persone (io compreso) che comprano la prima volta un LM35, lo fanno perché sono spinti da come sia facile da