Современная электроника №7/2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 49 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2022 как программной, так и оперативной памяти по сравнению с примитив- ным обменом с ЖКИ, и «потянет» ли МК EFM8SB10F8 с программной памя- тью всего 8 кБ и оперативной 128 байт (data) плюс 512 байт «внешней» (xdata) подобный обмен, ещё неизвестно (по подсчётам автора, скорее всего, да). Если нет, можно использовать похожий МК EFM8SB20F16 (16 кБ программной памяти и 4 кБ xdata), который по сто- имости не отличается от EFM8SB10F8 (и даже немного дешевле). Таким образом, резюмируя вышеска- занное, можно отметить, что имеются три проблемы, не позволяющие исполь- зовать BME280 в устройствах на базе МК с батарейным питанием и достаточно долгим сроком эксплуатации. В насто- ящей статье приведено устройство, где все эти три проблемы сняты. Дальнейшее изложение построено следующим образом. Вначале приво- дится принципиальная схема устрой- ства, далее кратко описаны его про- граммные средства, затем показана разводка и внешний вид его платы, после этого рассказано о конструк- ции устройства (фотографии в откры- том корпусе и общий вид работающего устройства) и o результатах его работы. Принципиальная схема устройства Как видно из рис. 1, схема устрой- ства достаточно проста. В качестве МК используется DD1 (EFM8SB10F8G- A-QFN20) в корпусе QFN20 размером 3 × 3 мм. Потребление тока МК в sleep- режиме составляет 0,5 мкА (SB в назва- нии МК – сокращение от Sleepy Bee). В качестве датчика давления, влажно- сти и температуры используется гото- вый модуль, в состав которого вхо- дит собственно микросхема BME280, несколько резисторов и конденсато- ров. Стоимость такого модуля, как ни странно, существенно ниже стоимо- сти самой микросхемы BME280, поэ- тому он и использован в приборе. Кроме того, вместо модуля на BME280 можно использовать модуль на основе BMP280, который измеряет только дав- ление и температуру (он почти на поря- док дешевле модуля с BME280). Модуль с BME280 сопрягается с МК по 4-прово- дному (для BME280) интерфейсу SPI сиг- наламиMISO, MOSI, SCK и CSB. Послед- ний сигнал используется в качестве выбора кристалла (Chip Select – CS). Для МК это 3-проводный SPI (без использо- вания сигнала NSS, выставляемого авто- матически в 4-проводном режиме после передачи/приёма каждого байта). Сиг- нал CSB устанавливается в программе «вручную» тогда, когда это требуется (в начале и в конце обмена при переда- че или приёме байта или массива байт). Здесь необходимо добавить, что, для того чтобы снизить ток потребле- ния модулей BME280/BMP280 до уров- ня потребления тока самих микро- схем BME280/BMP280, рекомендуется выпаять из этих модулей все 4 резисто- ра номиналом 10 кОм, подключённых к линиям интерфейса (входным сигна- лам SCL, SDA, CSB и выходному сигна- лу SDO). Дело в том, что входные сигна- лы для BME280 одновременно являются выходными для МК (SCK, MOSI и CSB соответственно), которые настроены как цифровые (пушпульные – push- pull) выходы и в этих резисторах не нуждаются, а выходной сигнал BME280 (SDO) является входным для МК (MISO), настроенным как цифровой вход со слаботоковой подтяжкой к питанию (с эквивалентным сопротивлением око- ло 500 кОм), в связи с чем также не нуж- дается в дополнительном резисторе. ЖКИ-модуль H1313 на базе контрол- лера HT1611/HT1613 (далее ЖКИ) потребляет ток всего 3 мкА (типовое значение), поскольку его напряже- ние питания 1,5 В, что в 2 раза меньше напряжений питанияМК и BME280 (3 В). Всвязис этимимеются двепроблемыдля использования этого ЖКИ в приборе. Во-первых, источник питания должен обеспечить два напряжения питания (1,5 В и 3 В), во-вторых, поскольку циф- ровые сигналы МК имеют амплитуду около 3 В, а сигналы управленияЖКИ– в 2 раза меньше, требуется их согласо- вание по амплитуде. Первая пробле- ма может быть решена двумя спосо- бами: либо использовать 2 батарейки с напряжением по 1,5 В каждая, вклю- чённые последовательно (BAT1 и BAT2 – литиевые FR03 – в пунктирном прямоу- гольнике в верхней правой части рис. 1), либо применить 3-вольтовуюбатарейку (например, литиевуюCR2477) и стаби- лизатор с выходным напряжением 1,5 В STLQ015M15R (DA1, рис. 2), потребля- ющий ток не более 1 мкА. Примене- ние литиевых батареек объясняется тем, что, во-первых, такие батарейки могут служить до 10 лет и разряжаются не более чем на 1% в год, во-вторых, их кривая разряда (зависимость выходно- го напряжения от времени и тока раз- DI CLK HK SCK MISO MOSI CSB RST/C2CK C2D RST/C2CK RST/C2CK C2D HKR TxD RxD SCK MOSI HK DI HKR CLK Vcc GND SCL SDI MISO CSB CSB SDO CLKR DIR DIR CLKR DIR GND +3 +1,5 TxD RxD GND +1,5 +3 GND HKR CLKR +3 +3 +3 +3 +3 МодульBMP/BME280 Внутренние соединения COM1 HK CLK ЖКИ VSS VDD COM2 COM3 Плата устройства DI R2 1K R3 43K 1 2 3 4 5 6 X5 PBS-06R 4 3 2 1 X4' PBS1.27-4 C2 1,0 C1 1,0 + BAT2 R4 43K R7 43K 1 2 3 X2 PSLM-3 R5 43K C3 0,1 1 2 X3 PLS-2R1 1 2 3 4 5 6 X5' PLS-6R1 1 2 3 X1 PLL-3R1 + BAT1 BAT1,BAT2-FR03 R8 43K 1 2 3 4 5 6 8 7 X1 4 3 2 1 X4 PLL-4R1 R1 1K P0.1 1 P0.0 2 GND 3 Vdd 4 RST/C2CK 5 C2D 6 P17 7 P16 8 P15 9 P13 10 GND 12 P1.1/MOSI 13 P1.0/MISO 14 P0.7/SCK 15 P0.6 16 P0.5 17 P0.4 18 P0.2/CLK 20 P0.3/HK 19 P1.2 11 /DI /CSB DD1 EFM8SB10F8-QFN20 2 1 X3' PLSF-2 1 2 3 X1 SIP-3 R6 43K 1 2 3 4 X2 PLL-4R1 Рис. 1. Принципиальная схема устройства Рис. 2. Схема подключения батарейки CR2477 + - +3 GND +3 +1,5 +3 +1,5 +3 Плата стаб. 1,5В Кабель для CR2477 X2 + BAT1 CR2477-PCN2 C2 1,0 X1 X1,X2 -SIP1 2 1 X3 PBS1.27-2 C1 1,0 2 1 X1 PLL-2R1 1 2 3 X2 SIP-3 Out 5 NC 4 En 3 GND 2 In 1 DA1 STLQ015M15R