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Implementazione dei sensori MEMS della Freescale in una fotocamera per rilievo incidenti

Implementazione dei Sensori MEMS della Freescale in una Fotocamera per rilievo incidenti

I sensori di accelerazione stanno diventando popolari tra gli airbag, i navigatori GPS, gli HDD, le console di gioco ed i cellulari. Quelli di ultima generazione adottano la tecnologia MEMS (MicroElectroMechanical System), la quale offre elevata efficienza e sensibilità in dimensioni ridotte.

Se desideri maggiori informazioni su questo prodotto Freescale, invia una richiesta ad Arrow utilizzando il seguente modulo.

Io stesso sono coinvolto in un progetto di fotocamera automatica per rilievo incidenti con il sensore MEMS. Il prodotto è semplice. Si tratta di un registratore di eventi come un black box per "after market". Il modulo della fotocamera continua a nascondere l'immagine/video in un buffer DRAM, finché il sensore l'avvia per salvare il buffer in una SD card esterna. Grazie a ciò, l'intero processo di un incidente stradale può venire registrato come prova legale. Ho selezionato ADI DSP per il mio modulo fotocamera, e sto cercando il sensore MEMS più adatto per il mio progetto. Poiché il DSP ha I2C/SPI e ADC, è abbastanza duttile da poter interfacciare qualsiasi tipo di sensori di accelerazione con output analogico oppure digitale su ogni asse.

Freescale MEMS

La Freescale offre un manuale di riferimento di 1080 pagine per i suoi sensori, davvero informativo, al quale sarebbe bene dare un'occhiata. Sono rimasto piuttosto sorpreso quando ho visto le dimensioni del manuale. Non spaventatevi. Il documento include tre famiglie di sensori della Freescale, inclusi quelli di accelerazione, pressione e campo elettrico. Il capitolo sul sensore di accelerazione copre una visuale d'insieme, il selettore, i datasheets, le application note e le informazioni sul contenitore.

Poiché la Freescale ha molti sensori di accelerazione in low, medium ed high-g, vi viene definito il sistema di numerazione per i sensori di accelerazione MEMS (MMA) delle classi automotive e consumer. I dispositivi automotive hanno l'MMA12XX/22XX/23XX/32XX/62XX. Mentre i dispositivi consumer hanno l'MMA745X/736X/734X/733X/726X/627X/628X/626X/623X. Il progettista dovrebbe leggere il manuale con attenzione e scegliere quello corretto per il suo progetto a seconda del tipo di accelerazione, l'asse sensibile, la sensibilità, la frequenza roll-off, il voltaggio di riserva e l'interfaccia opzionale.

L'accelerazione MEMS

Questo parametro mi ha confuso le idee per un po'. Il mio prodotto è simile ad un sistema airbag. Quando si verifica un impatto high-g, il controller dell'air bag dovrebbe avviare l'air bag all'istante. Tuttavia, la mia fotocamera è progettata per registrare anche il più piccolo strofinio e l'impatto per tutti i tipi di incidente stradale. Questo significa che i sensori per il mio prodotto dovrebbero essere avviati da un valore di accelerazione molto più basso. E ciò significa che il mio progetto dovrebbe tenere l'equilibrio tra il raggio dinamico del sensore e la sensibilità. Alla fine ho scelto un MMA a medium-g per il progetto iniziale. In aggiunta, ho inserito un pulsante per avviare il registratore.

Asse sensibile

Ho soltanto una lente per fotocamera in questo progetto, per cui un accelerometro ad asse unico è sufficiente. Tuttavia, se il prodotto viene aggiornato per rilevare altri tipi di incidenti come l'impatto laterale, il roll-over, l'urto contro animali o persone, allora esso dovrebbe utilizzare sensori a due o a tre assi con più lenti. Poiché tutti questi sensori MMA sono SMD, il progettista deve montare i sensori e farli funzionare con un asse corretto. In altre parole, il progettista dovrebbe selezionare il sensore con l'asse corretto. La Freescale offre l'MMA ad un asse nel pacchetto SO per assi X e Z. L'MMA ad asse X funziona nella direzione orizzontale del PCB, mentre l'MMS ad asse Z funziona nella direzione verticale. Poiché la mia videocamera è installata verticalmente, ho scelto l'asse Z per la percezione della direzione in verticale del PCB, es. la direzione dell'impatto insieme al corpo dell'auto.

La sensibilità di un sensore è relativa al suo voltaggio analogico in uscita e all'accelerazione. La formula è:

Sensitibilità = voltaggio in uscita / accelerazione;
(Sensitivity = output voltage range / acceleration range)

Se prendiamo un sensore a 5V con 40g (da -40g a +40g), il suo output analogico è di circa 4V. La sensibilità risultante è di 4000 / (40 * 2) = 50 mV/g. Potete riferirvi alla sensibilità risultante del MMA3201D come verifica.

In aggiunta, l'MMA ad asse multiplo ha una sensibilità diversa per ogni asse. Il progettista dovrebbe considerare anche il montaggio e la sensibilità per ogni asse.

Frequenza Roll-off

Ogni sensore MMA dispone di un filtro interno per eliminare i tremoli del raggio di frequenza non necessario per preservare l'integrità della forma della pulsazione. Ciò significa che il progettista dovrebbe investigare sul background del prodotto. Poiché il filtro interno della maggior parte dei sensori MMS è fisso, potete considerare l'aggiunta di filtri extra assieme al filtro per circuito, shockproof meccanico o digitale nel software.

Voltaggio di Riserva

Il mio controller di sistema funziona con 3.3V, mentre la maggioranza dei MMS a medium-g funziona a 5V. Quindi devo risolvere il problema del sampling nel progetto.

Interfaccia

La maggior parte dei sensori analogici offre un voltaggio in uscita che rappresenta il vero valore di accelerazione nel sensore MMA. Il controller di sistema può misurare il voltaggio con ADC. Se la traccia di connessione tra l'MMA ed il controller di sistema è molto lunga, il progettista deve aggiungere un filtro appropriato tra le due parti. Certamente il collegamento RF è anche migliore se il luogo di montaggio del tuo MMA è molto lontano dal controller di sistema. Potete controllare i relativi AN1611 per maggiori dettagli. Alcune parti hanno l'ADC incorporato nel pacchetto e permettono al controller di sistema di leggere il valore dal popolare bus SPI. L'interfaccia digitale è molto più semplice, ma il prezzo è più alto.

Reference Design della Freescale

La Freescale offre molti reference design per la sua famiglia di MMA, incluso il grosso manuale di riferimento e le altre note all'applicazione. Tra tutti questi documenti, l' AN1611 descrive tutti i dettagli del progetto necessari per la misurazione dell'impatto con un modellino di automobile giocattolo, includendo gli schemi, l'algoritmo flowchart, ed il codice assembly per il progetto. Altro documento, l'AN3380, è molto più dettagliato, ed introduce il sensore MMA7206Q low-g della Freescale per il rilevamento della frenata, che usa l'MM908E625, un microcontrollore con modulo di controllo dell'alimentazione per l'algoritmo dedicato ed il controllo LED. L'AN3380 analizza l'applicazione in dettaglio, ed introduce le soluzioni per l'anti-shake meccanico ed il filtro digitale implementato dal software.

Tutte queste note all'applicazione implicano un fatto, cioè che il fattore di successo di un progetto con sensore MMA è in pratica il design del sistema, specialmente per ciò che riguarda l'algoritmo del software. Anche se selezioniamo il sensore più adatto, interfacciamo il sensore correttamente, abbiamo comunque bisogno di investigare il suo ambiente applicativo, implementare l'algoritmo più adatto per eliminare i rumori imprevisti e l'influenza accidentale e poi rilevare il pattern corretto per gli eventi desiderati.

Reference

Sensors Selection Guide, Freescale

Sensors Device Data, Freescale Semiconductor Reference Manual (pdf)

AN1611 Impact Measurement Using Accelerometers offers a good reference for my design. (pdf)

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ritratto di icemanb

progetto di fotocamera automatica per rilievo incidenti con il s

Salve, il prodotto è stato realizzato alla fine?

 

 

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