Leírás
A mikrokontroller analóg bemenete addig kényelmes, amíg elég a beépített ADC felbontása és csatornaszáma. Aztán jön egy kis feszültségű szenzor, egy lassan változó mérőjel vagy egy Raspberry Pi, amin eleve nincs általános célú analóg bemenet. A ADS1115 16bit AD modul (IIC, lila) ilyenkor kerül a vezérlő és az analóg jel közé: négy single-ended bemenetet vagy két differenciális mérést ad, az eredményt pedig I2C buszon lehet kiolvasni.
Az ADS1115 16 bites delta-szigma átalakító, 8-860 mintás másodpercenkénti adatsebességgel. A beépített PGA hat különböző teljes mérési tartományt kínál ±6,144 V és ±0,256 V között. Szűkebb tartománynál kisebb lesz egy ADC-lépés: ±0,256 V beállításnál 7,8125 µV/LSB. Ez kis jelszinteknél hasznos, feltéve, hogy a szenzor, a vezetékezés és a tápzaj nem nagyobb annál, amit mérni szeretnél.
Van azonban egy korlát, amin könnyű mellényúlni. A ±6,144 V-os tartomány a konverter skálázását jelenti. Az egyes AIN lábak üzemi feszültsége továbbra is GND és VDD között maradhat. Ha a panelt 3,3 V-ról táplálod, egy single-ended csatornára nem adhatsz 5 V-ot csak azért, mert a PGA-n létezik ±6,144 V-os fokozat.
A ADS1115 16bit AD modul (IIC, lila) panelen I2C felhúzóellenállások is vannak, alapcíme 0x48, az ADDR lehetőségével pedig összesen négy ADS1115 tehető ugyanarra a buszra külön címen. A csomaghoz tüskesor jár, így breadboardos és jumpervezetékes próbakapcsolás is kialakítható.
Hol van a mérőláncban?
Az ADC feladata egyszerűen megfogalmazva az, hogy egy feszültségből számot készítsen. A szenzor vagy más analóg áramkör adja a jelet, a ADS1115 16bit AD modul (IIC, lila) elvégzi a konverziót, a mikrokontroller pedig I2C-n kiolvassa az eredményt.
Ez nem érzékelő. Ha hőmérsékletet, áramot, nyomást vagy erőt szeretnél mérni, továbbra is kell olyan szenzor vagy analóg előfok, amely megfelelő feszültségjelet ad az ADC bemenetére. Az ADS1115 azt a feszültséget digitalizálja, amit ténylegesen elé teszel.
A négy bemenet egy belső multiplexeren keresztül ugyanahhoz az átalakítóhoz tartozik. Ez fontos programozási részlet: négy csatorna nem jelent négy, párhuzamosan 860 SPS sebességű ADC-t. Ha sorban váltogatod a csatornákat, az egyes csatornákra jutó tényleges mérési ütem ennek megfelelően csökken.
Így működik a gyakorlatban
Single-ended mérésnél az A0-A3 egyikét a GND-hez képest olvasod. Ez a legegyszerűbb szenzorokhoz, potenciométerhez vagy feszültségosztóhoz. Differenciális mérésnél két analóg bemenet közötti feszültségkülönbség kerül az ADC-be. Ilyenkor negatív mérési eredmény is kijöhet, ha a negatívnak kijelölt bemenet magasabb feszültségen van. Ettől egyik fizikai AIN láb sem mehet a tápfeszültség megengedett tartományán kívül.
A PGA-val azt állítod be, mekkora bemeneti tartomány töltse ki az ADC kódtartományát. Például ±2,048 V FSR mellett egy lépés 62,5 µV, ±0,256 V mellett pedig 7,8125 µV. A szűkebb tartomány több kódot ad ugyanarra a kis jelváltozásra, közben viszont hamarabb elfogy a mérési tartomány.
A mintavételi sebességnél hasonló csere történik. A választható értékek 8, 16, 32, 64, 128, 250, 475 és 860 SPS. Egy lassú hőmérő vagy akkumulátorfeszültség mérésénél nincs sok értelme 860 SPS-sel hajtani az ADC-t. A gyorsabb beállítás zaj szempontjából sem feltétlenül előnyös. A TI mérési táblázatában a legszűkebb ±0,256 V tartomány 860 SPS mellett már nem ad 16 zajmentes bitet.
Hol használható?
- Analóg hőmérséklet-, nyomás-, fény- vagy más szenzor jelének digitalizálásánál.
- Raspberry Pi mellett, ahol külön ADC kell az analóg feszültség méréséhez.
- ESP32 vagy Arduino mellett, ha nagyobb névleges felbontású külső ADC-re van szükség.
- Akkumulátor vagy tápegység feszültségének mérésénél megfelelő feszültségosztóval.
- Áramérzékelő sönt vagy analóg árammérő fokozat kimenetének kiolvasásánál.
- Wheatstone-híd vagy más kis differenciális jel vizsgálatánál, ha a jelszintek beleférnek az ADS1115 bemeneti korlátaiba.
- Adatgyűjtő rendszerben több, lassan változó analóg csatorna mérésénél.
- Komparátoros küszöbfigyelésnél, ha az ADS1115 digitális komparátor funkcióját a kapcsolás és a kivezetés lehetővé teszi.
Mire kell figyelni beüzemeléskor?
| Mire figyelj? | Mit okoz? |
|---|---|
| Mekkora tápfeszültségről működik a modul? | A TavIR panelhez 2,6-5 V tartomány van megadva, és az analóg bemenet üzemi felső határát is a VDD korlátozza. |
| 3,3 V-os ESP32 vagy Raspberry Pi mellé kerül? | A legegyenesebb bekötés a panel 3,3 V-os táplálása, így a vezérlő és az ADC azonos logikai tápkörnyezetben dolgozik. |
| Meghaladja a mérendő jel a VDD-t? | Az AIN lábat a PGA nagyobb FSR-beállítása sem védi meg, ezért feszültségosztó vagy más előfok szükséges. |
| Mekkora jelet szeretnél mérni? | A PGA tartományát a várható maximális jelhez kell választani, különben vagy felbontást veszítesz, vagy túlcsordul a konverziós tartomány. |
| Négy csatornát gyorsan mérnél egymás után? | A négy bemenet multiplexelt, ezért a 860 SPS összes konverziós sebesség, nem csatornánkénti négy párhuzamos ADC. |
| Több ADS1115 kerül ugyanarra az I2C buszra? | Négy cím használható, de a modulok beépített felhúzóellenállásai párhuzamosan is kapcsolódhatnak; pontos ellenállásértékük !!!. |
| Pontosságot vársz pusztán a 16 bites számtól? | A tényleges mérési bizonytalanságot a zaj, az FSR, a sebesség, a jelforrás és a kapcsolás is befolyásolja. |
Vásárlás előtt ezeket nézd meg
Az első kérdés a jel sebessége. A ADS1115 16bit AD modul (IIC, lila) maximum 860 konverziót végez másodpercenként. Hőmérséklethez, feszültséghez és sok szenzorjelhez ez bőven használható, hangfrekvenciás hullámforma digitalizálására vagy gyors tranziens rögzítésére már más ADC-kategória kell.
Utána jön a feszültségtartomány. A PGA ±6,144 V-os felső skálája félrevezető lehet. Ha 3,3 V-ról jár az ADS1115, akkor egyetlen analóg bemenet sem működtethető szabályosan 5 V-on. Egy 0-12 V-os akkumulátor méréséhez például megfelelő feszültségosztó kell a modul elé.
3,3 V-os ESP32 vagy Raspberry Pi mellett célszerű magát a ADS1115 16bit AD modul (IIC, lila) panelt is 3,3 V-ról működtetni. A panel tartalmaz I2C felhúzókat, de azok pontos értéke és konkrét panelkapcsolása nincs dokumentálva, ezért az 5 V-ról táplált modul és a 3,3 V-os buszvezérlő összekeverése helyett az azonos tápfeszültség ad egyértelműbb illesztést.
Ha több ADC kell, az ADDR segítségével négy cím használható: 0x48, 0x49, 0x4A és 0x4B. Így négy ADS1115 összesen legfeljebb 16 single-ended bemeneti pontot adhat ugyanazon az I2C buszon. A cím az ADDR láb GND, VDD, SDA vagy SCL kapcsolásával választható.
Amikor más megoldást keress
- Ha 860 SPS-nél gyorsabb mintavétel kell, gyorsabb ADC szükséges.
- Ha hangjelet vagy gyors rezgést szeretnél hullámformaként rögzíteni, az ADS1115 sebessége már korlátozó.
- Ha a bemenet közvetlenül a tápfeszültségnél nagyobb vagy GND alá kerülhet, megfelelő analóg illesztőáramkör kell elé.
- Ha sok analóg csatornát egyszerre kell mintavételezni, a multiplexelt négybemenetes felépítés helyett párhuzamos ADC-csatornák lehetnek szükségesek.
- Ha önmagában a 16 bites szám miatt laboratóriumi mérőműszer-pontosságot vársz, a teljes mérőláncot is ehhez kell megtervezni.
- Ha galvanikusan leválasztott mérés szükséges, ezt a modul önmagában nem biztosítja.
- Ha a mérendő jel közvetlen 230 V-os hálózati potenciálon van, ez a modul önmagában nem alkalmas biztonságos illesztésre.
Egy részlet, amin sok múlhat
A PGA beállítást érdemes a legnagyobb várható jelhez, nem a pillanatnyi mérési értékhez választani. Ha egy szenzor általában 100 mV körül mozog, de induláskor 400 mV-os csúcsot is adhat, a ±0,256 V-os tartomány ugyan szebb számfelbontást mutatna normál üzemben, a csúcsot viszont már levágná.
Több ADS1115 16bit AD modul (IIC, lila) egy buszra kötésekor a címzés csak az egyik feladat. A modulokon lévő I2C felhúzók is párhuzamosan kerülnek. Ha négy lap kerül egymás mellé, a busz eredő felhúzóellenállása kisebb lesz, ezért ilyen összeállításnál a busz jelszintjét és felhúzását külön érdemes műszaki paraméterként kezelni.
Műszaki jellemzők
| Jellemző | Érték |
|---|---|
| Terméknév: | ADS1115 16bit AD modul (IIC, lila) |
| ADC IC: | Texas Instruments ADS1115 |
| ADC architektúra: | Delta-szigma |
| Felbontás: | 16 bit |
| Analóg bemenetek: | 4 single-ended vagy 2 differenciális |
| Multiplexer: | Beépített |
| Modul tápfeszültsége: | 2,6-5 V |
| Modul maximális áramfelvétele: | 5 mA |
| Chip tipikus üzemi árama: | 150 µA folyamatos konverzióban |
| Interfész: | I2C / IIC |
| Alapértelmezett I2C cím: | 0x48 |
| Választható címek: | 0x48, 0x49, 0x4A, 0x4B |
| I2C buszsebesség: | 100 kHz, 400 kHz, chip szinten legfeljebb 3,4 MHz Hs mód |
| Beépített I2C felhúzás: | Van |
| Adatsebességek: | 8 / 16 / 32 / 64 / 128 / 250 / 475 / 860 SPS |
| Maximális adatsebesség: | 860 SPS |
| PGA mérési tartományok: | ±6,144 / ±4,096 / ±2,048 / ±1,024 / ±0,512 / ±0,256 V |
| LSB ±6,144 V FSR mellett: | 187,5 µV |
| LSB ±4,096 V FSR mellett: | 125 µV |
| LSB ±2,048 V FSR mellett: | 62,5 µV |
| LSB ±1,024 V FSR mellett: | 31,25 µV |
| LSB ±0,512 V FSR mellett: | 15,625 µV |
| LSB ±0,256 V FSR mellett: | 7,8125 µV |
| Egyes AIN lábak üzemi tartománya: | GND…VDD |
| Belső referenciafeszültség: | Van |
| Belső oszcillátor: | Van |
| Digitális komparátor: | Van |
| Konverziós mód: | Single-shot vagy folyamatos |
| Modul mérete: | kb. 40 x 20 x 5 mm |
Dokumentáció
Csomag
- 1 db ADS1115 16bit AD modul (IIC, lila)
- 1 db tüskesor
Értékelések
Még nincsenek értékelések.