2013年10月21日月曜日

LPS331による気圧計の製作

しばらく前に秋月で安価な高精度気圧センサLPS331のモジュールが出ていたので購入してあったのですが、これを電池駆動の気圧センサとして仕立ててみました。
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おもなキーパーツは、
  • 気圧センサ:LPS331AP
  • 液晶モジュール:AQM0802A
  • マイコン:PIC16F1823何でもよかったのですが、手頃なサイズでI2Cをもっているので採用しました。
  • スイッチングレギュレータ:HT7750A
    47uHのインダクタを使って一旦5Vを生成します。
  • CMOS三端子レギュレータ:S-812C33AY-B-G
    5VからPICマイコンおよびLCDモジュール用の3.3V生成に1個、センサの電源用に1個使っています。消費電流を抑えるため、CMOSのレギュレータとしています。
といったところです。
小型軽量かつ長時間駆動を目指すため、単4電池1本からスイッチングレギュレータを使って電源を生成しています。
当初はHT7733Aを使用し、LCフィルタでノイズを低減して使用していたのですが、どうも動作が安定しないのでノイズが原因かと疑って、一旦5Vにしてから3.3VのCMOSリニアレギュレータで電源を生成しています。(根本原因は他にあったので、結局これがどのくらい影響しているかはわかりません)
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センサにはLEDが搭載されていますが、電池での動作時間を伸ばすため、その右上の電流制限抵抗を除去することでLEDへの電流をカットしています。
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背面は試行錯誤の繰り返しで汚くなってしまいました。
ソフトウェアはMPLAB-X+XC8で作成していますが、このLPS331というデバイスは結構くせがあり苦労しました。(XC8にもいろいろ癖があって苦労しました)
当初は自動モードで勝手に連続変換させて、変換終了時に割り込みにてPICに通知、値を読み取って表示させようとしていました。しかしこちらの記事にあるように連続モードで変換すると、変換の処理自体?が抜けていることがあるのです。そこで、約1秒周期でワンショットの変換コマンドを発行することにしたのですが、それでも表示の変動が起こります。「レジスタは初期値に関わらず全部書き込まないとダメ」など、いろいろWebで見かけた情報を取り込みながら、最終的には約2秒周期での変換とすると変換値の暴れが収まるようですので、約2秒周期での変換&表示としています。それでも時折温度については±1℃程度の範囲で暴れることがあるようですが、妥協しました。
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気圧についてはLPS331APの方がごくわずか・・・0.2hPa程度ですが、低めに出る傾向があるようです。
温度の方はLPS331APの方が0.7℃程度ですが低めに出ています。
値の安定性については気圧・温度ともにSCP1000の方が明らかに安定しています。
LPS331のほうはドキュメントもよく読むとおかしな所が結構あって(ドキュメントの)出来がよくありません。ドキュメントの出来が悪いデバイスは概してデバイス自体にもいろいろ問題を抱えている場合が多いように経験しています。
#原因切り分け用に買い足したLPS331APがあるのだけど、どうしようかな・・・(^^;
それと消費電流ですが、電池のところで測定すると、センサが動作していないタイミングでは1.8mAくらいで、センサが動作すると4mA程度に上がります。ただ、デジタルテスタで測定しているので、どのくらいが本当のピークなのかはわかりません。センサの動作時間自体は100msにも満たないようなので、平均でも2mA以下くらいなのでしょうか。2mAとすると、単4アルカリ乾電池の容量は700~800mAh程度のようですので、電池1本で350~400時間程度(電圧が下がってくるので、もうちょっと短いか)=約2週間程度の動作時間というところでしょうか。
現状では消費電流を下げて駆動時間を伸ばすためにPICの動作周波数は内蔵オシレータ使用で125kHzとしてあります。さらに消費電流を下げるために表示更新の待ち時間でのPIC自体のスリープも考えたのですが、内部の31kHzのLFINTOSCでスリープ動作させる方法が見つかりませんでした。どうやら外付けの32kHzのクリスタルで動作させないといけないようで、そこまで部品追加するのは面倒なので止めました。
ソースも置いておこうかな・・・と思ったのですが、コメントが古い(試行錯誤する前)ので、とりあえずやめておきます。(コメントを整理したら置くかも・・)

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