Дивовижний датчик тиску фітнес-трекера Gear Fit2 Pro

1. Як LPS33HW став водонепроникним?
2. Чому LPS33HW надійніший?
3. Чому LPS33HW більш точний?
4. Про компанію ST Microelectronics

Gear Fit2 Pro, представлений у вересні 2017 го, є першим водонепроникним датчиком тиску з діапазоном тисків до 5 атмосфер. Частково це стало можливим завдяки інтегральному сенсора від STMicroelectronics - LPS33HW .

Трекер Gear Fit2 Pro отримав схвальні відгуки в пресі, оскільки він увібрав в себе все краще від попередньої моделі Gear Fit2 (представлена в 2016), а серед нових функцій - трекер для плавання, постійний моніторинг пульсу, більш надійний ремінь. Крім того, це один з небагатьох наречених приладів з яскравим AMOLED-дисплеєм і вбудованим GPS-трекером, який буде корисний для любителів бігу.

2017 рік можна назвати ключовим для фітнес-трекерів, оскільки експертами нарешті була визнана точність і надійність їх вимірювань. Наприклад, журнал Consumer Reports зазначає, що «фітнес-трекери зараз точні як ніколи», а Школа медицини Стенфордського університету ( School of Medicine of Stanford University ) Приходить до висновку, що їх монітор серцевого ритму працює дуже надійно. Такі прориви відбуваються тому що інтегральні сенсори стають все більш точними і потужними, в них з'являються функції обробки сигналів і зростає обсяг вбудованих обчислень. Одним із зразків цього тренда, поряд з іншими датчиками ST, такими як LPS25HBTR , LPS22HBTR , LPS25HTR , є LPS33HW , Який використовує водонепроніцаеий корпус, що дозволяє застосовувати даний сенсор в таких нових додатках як відстеження гребків і подоланих кіл в басейні.

Як LPS33HW став водонепроникним?

До недавнього часу сама конструкція інтегральних датчиків тиску не дозволяла їм працювати під водою. Ці пристрої вимірювали атмосферний тиск, що дозволяло визначати висоту користувача над рівнем моря, а також відстежувати його підйоми або спуски. Щоб визначати тиск, МЕМС-сенсор використовує гнучку мембрану, розташовану всередині корпусу, яка згинається вгору або вниз відносно підкладки в залежності від зміни тиску. Відповідно, корпус має отвір для доступу повітря, так як повністю герметичний корпус не дозволяв би проводити цей вимір.

Проблемою даного підходу є те, що навіть якщо інша частина системи вимірювання тиску герметична, вентиляційний отвір може пропустити воду всередину корпусу, руйнуючи мембрану і завдаючи шкоди електроніці під нею. LPS33HW елегантно вирішує цю проблему за допомогою гелю. Гель заповнює внутрішній простір, не даючи проникнути воді, приховує провідники, що з'єднують мембрану з електронікою всередині корпусу датчика, і при цьому не перешкоджає руху мембрани, дозволяючи проводити вимірювання.

Чому LPS33HW надійніший?

LPS33HW - водонепроникний. Як правило, водонепроникність датчика не є достатньою умовою, коли інженери розробляють фітнес-трекер для повсякденного використання. Люди можуть входити в контакт з різними агресивними середовищами, екстремальними температурами і хімічними речовинами, які можуть з часом зруйнувати захисне покриття. У багатьох аналогічних пристроях гель не може тривалий час чинити опір впливу зовнішнього середовища. Клей розм'якшується або розсихається, і гель перестає ефективно захищати внутрішні структури, що призводить до скорочення терміну служби пристрою в цілому, збільшення витрат на обслуговування і зниження продуктивності.

Мал. 1. Сенсор LPS33HW в Gear Fit2 Pro

Щоб уникнути цих проблем, в Gear Fit2 Pro використовується сенсор LPS33HW (рисунок 1). Гель в LPS33HW стійкий до впливу хлору, брому, солоної води, лугів і детергентів. В результаті плавання в громадських басейнах, в море або просто щоденний прийом душа з Gear Fit2 Pro не порушуватиме його цілісність або зменшувати термін його служби. Власні випробування STMicroelectronics довели, що характеристики датчика не змінюються з часом під впливом цих хімічних речовин. Сенсор LPS33HW настільки надійний, що він може працювати, наприклад, в таких промислових додатках як газові лічильники. Крім того, оскільки компонент працює при температурах -40 ... 85ºC, користувачам Gear Fit2 Pro не варто побоюватися виходу датчика з ладу.

Чому LPS33HW більш точний?

Точність також є одним з фундаментальних аспектів роботи МЕМС-барометра, але не всі пристрої однакові. Як було сказано раніше, мембрана, розташована у верхній частині сенсора, згинається в залежності від тиску. Щоб кількісно виміряти величину вигину, поверх діафрагми наноситься резистивний міст Уїнстона, в залежності від вигину система реєструє на позитивні або негативні зміни електричного опору, за якими і визначається тиск. Також важливо, щоб до складу сенсора входив датчик температури, зміни якої враховуються алгоритмом компенсації LPS33HW при проведенні вимірювань.

LPS33HW демонструє високу точність, тому що на відміну від інших конкуруючих пристроїв він використовує пьезорезістори, здатні фіксувати найменші зміни в електричному опорі. Це пояснює, чому пристрій має широкий діапазон виміру тиску - 260 Па ... 1260 ГПа. Барометри STMicroelectronics часто зустрічаються в таких пристроях як мультиспортивних датчик PIQ, який раніше рассматрівалcя в Life.Augmented Blog. Крім того, мікросхема LPS33HW може виводити 24-бітові значення і досягати вихідний швидкості передачі даних (ODR) 75 Гц. Це означає, що додаток буде мати безперервний потік точних даних для прийняття критичних рішень і обчислення результатів.

Крім даних, відображених в специфікації, у ST є і технологічні розробки, помітно полегшують життя інженерів і виробників. Наприклад, при промислової пайку датчики тиску піддаються впливу високої температури. Це призводить до вигину чутливого елемента, і проходить близько семи днів, перш ніж він відновиться і зможе знову видавати точну інформацію. Однак унікальною особливістю LPS33HW є дрейф пайки всього ± 2 мбар, що в два рази менше, ніж у конкуруючих виробів. Отже, спотворень також набагато менше, і LPS33HW відновлюється всього за 72 години. В результаті скорочується час виробництва.

Щоб допомогти розробникам швидше виводити продукцію на ринок, компанія ST пропонує апаратні абстракції (Hardware Abstraction Layers) для Android і Linux, які включають в себе драйвери і фреймворки, необхідні для налаштування LPS33HW, а також для збору і аналізу його даних. У розробці також перебуває оціночна плата STEVAL-MKI183V1 . Вона буде містити LPS33HW і займати в процесі розробки додатків місце, аналогічне платі STEVAL-MKI109V3 . Це стане доступним способом для початку тестування барометра і роботи безпосередньо над додатком, що прискорить випуск готового виробу. Таке рішення особливо важливо для невеликих груп розробників, які повинні пройти етап прототипирования швидко і ефективно. Отже, основна перевага датчика тиску LPS33HW від ST - в тому, що він однаково підходить як для масових брендових продуктів, аналогічних Gear Fit2 Pro, так і для невеликих стартапів

Специфікацію та інші матеріали по LPS33HW можна знайти на сайті STMicroelectronics .

Gear Fit2 Pro має сертифікат ISO 22810: 2010 року для наручних годинників і здатний витримувати тиск до 5 атмосфер, що еквівалентно зануренню на глибину до 50 метрів (165 футів). Це означає, що пристрій безпечно носити, воно не боїться дощу або душа, його можна використовувати при плаванні в басейні або в природних водоймах. Однак Gear Fit2 Pro не слід використовувати для підводного плавання, водного спорту або інших видів діяльності, пов'язаних з раптовими різкими змінами температури або зануренням нижче певної глибини. Для збереження працездатності протягом тривалого періоду пристрій рекомендується промивати в прісній воді і висушувати після перебування в морській воді.

Про компанію ST Microelectronics

Компанія STMicroelectronics є №1 виробником електроніки в Європі. Компоненти ST широко представлені в оточуючих нас споживчих товарах - від iPhone до автомобілів різних марок. Лідери індустріального ринку вибирають компоненти ST за їх надійність і видатні технічні параметри. У компанії ST працює 48 000 співробітників в 35 країнах. Виробничі потужності розташовані в 12 країнах світу. Понад 11 тисяч співробітників зайняті дослідженнями і розробками - інноваційне лідерство ... читати далі