Firmware - Settembre 2014 / N°104 - (Page 38)
Analog
sponibili componenti in grado di realizzare conversioni tra frequenza e tensione con buone caratteristiche, almeno a
frequenze dell'ordine di qualche decina
di kHz. I sensori basati su effetti induttivi
esistono, ma richiedono una circuiteria
di interfaccia più complessa (vedi Rif. 2).
Oggetto di questo articolo è l'introduzione di LDC1000, il primo convertitore monolitico Induttanza-Dato Digitale, recentemente introdotto da Texas Instruments.
LDC1000
Si tratta di un circuito integrato che realizza un sensore senza contatto, a corto raggio, capace di risoluzioni inferiori
al micron (un millesimo di millimetro),
quando viene usato come sensore di posizione. Non è influenzato dalla presenza
di polvere, umidità, sporco, operando in
modo affidabile anche in ambienti ostili.
Non sono al momento disponibili informazioni circa il comportamento in ambienti caratterizzati da elevato rumore
elettromagnetico.
È probabile che maggiori informazioni in tal senso si possano avere con un
contatto diretto con la rete di assistenza
applicativa del costruttore. L'elemento
sensore vero e proprio è una economica
bobina che può essere realizzata in molti
modi, anche stampata su PCB. L'assenza di parti in movimento e di contatto fisico on oggetti esterni contribuisce ad una
elevata vita operativa. Il principio di fun-
zionamento usato, descritto nel seguito, permette misure di posizione lineare
ed angolare, spostamento, movimento,
compressione, vibrazioni, tra l'altro, a
costo estremamente basso.
L'alimentazione può essere una singola
sorgente 5V +/-5% anche se, per maggiore flessibilità, l'alimentazione dell'interfaccia digitale è separata e funziona
tra 1,8V e 5,25V. Il consumo della porzione analogica del chip è tipicamente
di 1,7mA, senza elemento sensore. La risoluzione offerta è molto elevata, va dai
16 ai 24 bit, quest'ultima è la risoluzione
disponibile nella misura di induttanza. La
precisione dichiarata è 0,1%.
L'intervallo di frequenza in cui opera è
compreso tra 5kHz e 5MHz, ovvero la frequenza di risonanza della rete LC necessaria al suo funzionamento. L'interfaccia
digitale è costituita da una Serial Peripheral Interface, agevolando la connessione
a qualsiasi microcontrollore. LDC1000
è offerto in un solo contenitore, il compatto SON16 a montaggio superficiale.
Purtroppo questo non si presta bene al
montaggio manuale, avendo scarsa accessibilità ai terminali di saldatura.
Questo problema può essere aggirato
almeno per la fase di prototipazione, ricorrendo al modulo di valutazione di cui
parleremo in seguito (vedi Rif. 4).
Il modulo è facilmente sezionabile in tre
parti, bobina sensore, LDC1000, microcontrollore, mantenendo accessibili le
piazzole di saldatura. Connettendo la sezione centrale al nostro prototipo ci troviamo quindi il circuito integrato pre-saldato, evitando ogni rischio connesso ad
un'impropria saldatura. Il contenitore è
descritto in dettaglio nel nel foglio specifiche di LDC1000, vedi Rif. 3.
Possiamo vedere in figura 2 lo schema
semplificato di una tipica applicazione
di LDC1000. Tutto quanto necessario è
un regolatore di tensione lineare, un microcontrollore che gestisce ed utilizza la
misura ottenuta ed un sensore composto da una induttanza ed una capacità
in parallelo ("sensor" in figura, sensore
o "LC" nel seguito).
Esempi di possibili applicazioni sono misuratori di flusso, sensori di posizione,
misure di velocità e spostamento basate
sul conteggio di denti di ingranaggi, sostituzione di pulsanti meccanici. I campi
applicativi suggeriti comprendono notebook, game, stampanti multifunzione,
macchine fotografiche digitali, automotive, dispositivi medici.
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
Con un breve richiamo di elettrotecnica,
ricordiamo che una corrente alternata circolante in un conduttore, una bobina in
particolare, nel nostro caso, genera un
campo elettromagnetico nello spazio circostante. Se un materiale conduttore viene avvicinato alla bobina, vedi figura 3, si
crea una corrente indotta sulla superficie
dell'oggetto. Queste correnti sono chia-
Figura 2: Applicazione tipica
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