Breakout board Multifunzione

L’elettronica ha fatto e continua a fare progressi con una rapidità esponenziale e se è vero che nell’integrazione delle funzioni i passi sono stati “da gigante”, le dimensioni dei nuovi componenti sono sempre più “da nani”, anzi microscopiche. L’esigenza di creare dispositivi sempre più minuscoli è dettata dalle richieste dell’industria dei dispositivi portatili, che necessita sempre più funzioni a parità di ingombro e peso. Succede così che in commercio i componenti elettronici tradizionali, quelli a montaggio a terminale passante (THT) per intenderci, stanno progressivamente scomparendo a vantaggio degli SMD; ed anche che questi ultimi, dalle iniziali dimensioni paragonabili a quelle della componentistica tradizionale, diventano ogni anno più piccoli e sono ormai minuscoli, oltretutto caratterizzati da piedinature con contatti fittissimi a passo anche di 1 mm (difficile quindi saldarli senza unirne due o più con la lega saldante). Per questa ragione chi non ha particolari attrezzature per la saldatura e il rework degli SMD (saldatori a punta finissima, stazioni di saldatura con pinze termiche per SMD o stazioni ad aria calda) si sente escluso e se anche volesse tentare l’approccio ai componenti più moderni, per sfruttarne l’indubbia convenienza in fatto di funzioni svolte, non saprebbe come fare.
Lo stesso discorso vale per chi, pur pronto a dotarsi delle apparecchiature da laboratorio del caso, comincia ad avere la mano non proprio ferma e la vista da vicino un po’ incerta, tanto da non riuscire a portare a termine un montaggio del genere con successo.

In questi casi vengono in aiuto le cosiddette breakout board, ovvero schede di prototipazione contenenti il componente interessato già saldato, le cui connessioni sono portate all’esterno delle basette su connessioni facilmente utilizzabili per passo e terminazione; di solito i collegamenti sono piazzole a passo 2,54 mm, come quelle dei classici integrati DIP che per decenni sono stati alla portata di tutti.
Per consentire a chi, tra voi, vorrebbe utilizzare componentistica di un certo livello ma non ha i mezzi o le qualità per saldarla, abbiamo identificato un certo numero di integrati (comprendenti sensori, alimentatori switching, caricabatterie, amplificatori lineari ecc.) e li abbiamo montati su basette pronte all’uso; queste breakout board (di cui in questo post ne presentiamo tre) sono sia un ausilio per chi desidera avere già pronto in un formato “tradizionale” il meglio dell’elettronica SMD, sia per chi -pur riuscendo a lavorare con componenti SMD- necessita di avere tali componenti disponibili su schede di prototipazione per applicarle a circuiti esistenti e fare prove, ovvero per realizzare prototipi che integrino le funzioni dei relativi integrati, prima di realizzare il circuito stampato definitivo di un’apparecchiatura. 

 

Tutte le breakout board proposte si possono acquistare già montate presso Futura Elettronica

 

 

L’articolo completo delle Breakout multifunzione è stato presentato sul numero 192 di Elettronica In.

 

Non perdere neanche un numero: Abbonati subito 

 

 

Scheda con sensore di temperatura

Il componente chiave di tale breakout board è la sonda a semiconduttore DS18B20 della Maxim; si tratta di un componente ormai molto diffuso in svariate apparecchiature fisse e portatili. In questo progetto impieghiamo la versione in case TSSOP miniaturizzata, chiamata µSOP.
Il sensore fornisce un segnale di uscita di tipo digitale, ragion per cui deve essere interfacciato ad un microcontrollore o un microprocessore che provveda a interrogarlo secondo il protocollo previsto.


Le connessioni del sensore termico DS18B20 sono essenzialmente tre: i due pin d’alimentazione, quindi Vcc e GND, e la linea dati, che è bidirezionale e fa capo al pin che resta (DQ). Infatti la sonda della Maxim comunica sfruttando il protocollo One-Wire, che contempla la comunicazione dati mediante un solo filo (riferito al piedino di massa, ovviamente).
Affinché tutto funzioni correttamente, il canale dati necessita di una resistenza di pull-up, che in questo caso, a differenza di altre nostre realizzazioni, è implementata nel microcontrollore.
Essendo la comunicazione con il sensore di tipo digitale, si può sistemare la sonda anche molto lontano dal circuito senza preoccuparsi di disturbi ed interferenze provenienti dall’ambiente circostante.


Il DS18B20 misura tra -55 e + 125°C ed esprime la temperatura rilevata con una risoluzione di 11 bit o 12 bit; inoltre presenta un tolleranza nella misura di appena 0,5 °C in un range che va da -10°C a +85°C. Per interrogarlo si utilizza un primo codice comando “Convert T” (codice 44h), corrispondente all’avvio dell’operazione di conversione della misura. La sonda risponde con uno 0 mentre esegue la conversione e con un 1 ad operazione terminata. A questo punto nei registri del componente sono disponibili due byte corrispondenti al valore della temperatura rilevata in gradi Celsius. Quindi, non resta che leggerli con un codice comando “Read ScratchPad (codice BEh)”. Nella modalità ad 11 bit, dei 16 bit restituiti dal DS18B20 ogni volta che il microcontrollore lo interroga, i primi 11 (tutto il byte meno significativo e primi tre bit di quello più significativo) esprimono il valore della temperatura e gli ultimi cinque il segno, che viene indicato con tutti 0 se la temperatura rilevata è positiva e tutti 1 se, invece, la misura si riferisce a una temperatura negativa (sotto lo zero).

La particolarità del componente Dallas è che può esprimere la temperatura con i decimali, infatti, i primi quattro bit meno significativi si riferiscono a valori minori di 1, dato che il primo vale 2 alla -4, ossia 1/16, il secondo vale 0,125, il terzo 0,25 e il quarto 0,5. Così il sensore Dallas riesce ad esprimere praticamente tutti i valori di temperatura che può misurare.
Per fare un esempio chiarificatore, immaginiamo di misurare 64,25°C positivi; all’uscita dell’integrato DS18B20 avremo due byte, il primo dei quali sarà (partendo dal bit più significativo) 00000100 e il secondo (sempre tenendo a sinistra il bit maggiormente significativo) 00000100. Analizzando i dati, il byte LSB dà il valore di 0,25 e il secondo byte dà +64 gradi. Volendo considerare il dato nell’insieme, ossia il valore complessivo formato dai due byte, possiamo dire che i possibili valori esprimibili dall’uscita del DS18B20 sono compresi tra 11111101101110000 (-55 °C) e 0000011111010000 (+125 °C). Trasferendo questi valori in formato esadecimale, possiamo dire che l’escursione è compresa fra AB70h e 07D0h. Sempre ragionando in esadecimale, vediamo che una temperatura di 10,125 °C corrisponde a 00A2h e che una di -20 °C si esprime con BCC0h.
Oltre alla modalità descritta, il DS18B20 ne implementa una seconda, dove il valore della temperatura è espresso da 12 bit e il segno da quattro; le procedure di interrogazione e il formato dei dati sono simili a quella appena descritta, con la differenza che dei due byte ottenuti, uno riporta i 8 bit di temperatura e il secondo i restanti quattro più quattro di segno.

[not_logged_in]


Per poter visualizzare il post completo
devi effettuare il login

[login_form]
Register


[/not_logged_in]

[restrict]

 

Scheda con sensore di umidità

Questa seconda breakout board monta un sensore igrometrico, quindi si presta a rilevare l’umidità presente nell’ambiente in cui viene posta. Il sensore è prodotto dalla Honeywell e siglato HIH-5030-001: funziona a bassissima tensione (opera correttamente anche a meno di 2,7 Vcc e fino a 5,5 Vcc) assorbendo tipicamente 200 microampere, quindi risulta ideale anche nelle applicazioni alimentate a pile e dove sia richiesto un assorbimento minimo.
Il sensore HIH-5030-001 ha il grande pregio di fornire, a differenza del DS18B20, un segnale di uscita analogico, che consiste in una tensione continua che varia in modo quasi lineare al variare dell’umidità relativa (RH); può quindi essere interfacciato sia a circuiti analogici che controllano la portata d’aria di un impianto di deumidificazione, sia essere letto da un A/D converter o dall’ingresso di un microcontrollore dotato di convertitore analogico/digitale.


L’elemento sensore del dispositivo è di tipo capacitivo, composto da polimeri termoindurenti tagliati a laser; nell’integrato è presente la circuiteria di condizionamento del segnale integrata su chip. La costruzione multistrato dell’elemento sensibile fornisce un’eccellente resistenza alla maggior parte dei rischi di applicazioni come ad esempio la formazione di condensa, polvere, sporco, oli e prodotti chimici comuni presenti nell’ambiente di misura.

L’accuratezza della misura, considerata tra l’11% e l’89% di umidità relativa è di ÷3% e il tempo di risposta alle variazioni di umidità è di circa 5 secondi. La curva di variazione della tensione di uscita del dispositivo in funzione dell’umidità relativa, a 3,3 volt di alimentazione e a una temperatura ambiente di 25 °C, è qui illustrata:


L’uscita del componente è ad alta impedenza e può pilotare circuiti che abbiamo non meno di 65 kohm di impedenza; diversamente la tensione fornita in funzione dell’umidità potrà non rispondere alla curva, ma varierà diversamente.


Oltre che a un A/D converter, l’uscita del dispositivo si può collegare a un microamperometro a lancetta o a un voltmetro opportunamente tarato, così da realizzare un vero e proprio igrometro dal quale avere un’indicazione diretta dell’umidità relativa.

 

Scheda con sensore di pressione

Concludiamo l’analisi delle breakout board con quella che monta il trasduttore di pressione, un componente prodotto dalla NXP e siglato MPXH6115A6U; come quello di umidità relativa, questo sensore fornisce un segnale di uscita analogico, ragion per cui può essere utilizzato per pilotare direttamente strumentini a lancetta e ottenere un’indicazione immediata della pressione che si sta misurando, per esempio in un tubo dove passa aria o in un contenitore a tenuta.

L’MPX6115A6U è un sensore integrato che su un unico chip comprende il trasduttore di pressione, un amplificatore operazionale in tecnologia bipolare e una rete di resistori a film sottile che permette di fornire un segnale di livello apprezzabile e la compensazione dell’errore introdotto dalle variazioni di temperatura; in pratica l’elemento trasduttore di pressione corredato dalla circuiteria necessaria al condizionamento del segnale. Il trasduttore all’interno del componente è di tipo piezoresistivo.
L’insieme fornisce una precisione dell’ordine dell’1,5% in un campo di temperatura operativa compreso tra 0 e 85 °C, la compensazione in temperatura fra -40 e +125 °C e un segnale di uscita analogico piuttosto lineare, in un campo di misura della pressione che va tra 15 e 115 kPa, che in bar significa poter misurare tra 0,15 e 1,15 bar (tra 0,1529 e 1,1726 kg/cm²).
La tensione di uscita fornita varia abbastanza linearmente con un rateo di salita di 45 mV/kPa; l’uscita presenta un’escursione utile (con alimentazione di 5 volt e un range di temperatura operativa fra 0 e 85 °C) di 4,5 V, con un offset pari a 0,2 V alla minima pressione misurabile e un massimo di 4,7 V a 115 kPa. La massima pressione tollerabile dal trasduttore (superata la quale il dispositivo può essere compromesso) è 400 kPa (4 bar). Il tempo di risposta alle variazioni di temperatura è dell’ordine del millisecondo, mentre il tempo di avvio (affidabilità dell’indicazione fornita in uscita dopo l’applicazione dell’alimentazione) è tipicamente 20 ms.


Il sensore è disponibile in varie esecuzioni; per la nostra scheda di prototipazione abbiamo scelto quella in contenitore SSOP, ovviamente pensato per il montaggio in SMD.
Gli utilizzi dell’MPX6115A6U vanno dai rilevatori barometrici agli altimetri per aeromodelli e aerei veri, ai misuratori di pressione in circuiti pneumatici di vario genere.
Per il collegamento del sensore a circuiti esterni reammentate che la massima corrente erogabile dal contatto di uscita è 0,5 mA (a 4,7 V di uscita e 5 V di alimentazione) e che l’impedenza di carico dell’uscita non deve scendere sotto i 10 kohm, almeno se si desidera mantenere una corretta proporzione tra la pressione rilevata e la tensione erogata.

Tutte le schede si alimentano con tensione stabilizzata di 5 volt, quindi se le collegate a circuiti esistenti dovete accertarvi della disponibilità di un’alimentazione stabilizzata a livello TTL; le correnti richieste sono davvero minime e prelevabili in linea di massima da qualsiasi circuito o pila, ma anche pannello fotovoltaico in miniatura.

[/restrict]

Queste breakout board rendono semplice la sperimentazione anche ai neofiti. E’ stato anche scritto un libro che spiega come collegarle tramite semplici cavetti per realizzare delle specifiche applicazioni:  IMPARA L’ELETTRONICA SPERIMENTANDO

L’articolo completo delle Breakout multifunzione è stato presentato sul numero 192 di Elettronica In.

 

Non perdere neanche un numero: Abbonati subito 

 

Dallo store Futurashop.it

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.

0