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LSM6DSOX: acelerómetro y giroscopio con aprendizaje automático incorporado

STMicroelectronics acaba de lanzar su último circuito integrado sensor, el LSM6DSOX, que proporciona datos del sensor sobre la aceleración y la orientación. Además, también puede procesar estos datos mediante aprendizaje automático sin ninguna entrada externa del microcontrolador.

El LSM6DSOX es un encapsulado SiP (sistema empaquetado en un chip) de 2,5 mm x 3 mm x 0,83 mm.

Un SiP es un sistema o subsistema electrónico funcional que incluye dos o más matrices semiconductoras heterogéneas (a menudo de nodos de tecnología diferentes optimizados para sus funcionalidades individuales), generalmente con componentes pasivos. La forma física del SiP es un módulo y, dependiendo de la aplicación final, el módulo podría incluir un chip lógico, memoria, dispositivos pasivos integrados (IPD), filtros de RF, sensores, disipadores de calor, antenas, conectores y/o chip de potencia.

La creciente complejidad de los dispositivos de gama baja está dando lugar a una nueva forma de procesamiento de datos. En lugar de que un controlador principal realice todo el trabajo pesado, los periféricos conectados pueden tener controladores integrados y DPS que pueden preprocesar sus propios datos antes de pasar al controlador principal, que puede descargar el trabajo del controlador principal, lo que ahorra energía. Un ejemplo de esto es el LSM6DSOX, el último módulo inercial de ST que tiene capacidades de aprendizaje automático.

El LSM6DSOX

El LSM6DSOX es un acelerómetro 3D y un giroscopio 3D siempre encendidos. Se puede acceder al sensor a través de SPI e I2C, así como al último estándar de la industria, I3C. El sensor es compatible con Android para la integración con sistemas Android (como tablets y teléfonos).

También incorpora detección significativa de movimiento y detección de inclinación. El movimiento de inclinación incorporado en el sensor es capaz de desencadenar eventos durante los cambios de inclinación. Por ejemplo, un evento puede activarse cuando un usuario tiene su teléfono en el bolsillo y se levanta después de haberse sentado. Esta detección de inclinación se realiza todo en hardware sin la necesidad de un controlador, lo que puede reducir en gran medida el trabajo de potencia y descarga de un procesador.

Núcleo de aprendizaje automático en el LSM6DSOX

Sin embargo, la verdadera magia detrás del LSM6DSOX es el sistema interno de aprendizaje automático. El núcleo de aprendizaje automático, realizado mediante una serie de condiciones «si-luego-si no», permite la identificación de tareas específicas, como caminar, correr y conducir, que son programables por el usuario.

Con hasta 256 nodos disponibles, el núcleo de aprendizaje automático puede ejecutar hasta ocho flujos simultáneamente y cada flujo puede generar hasta 16 resultados. El sensor también puede tener en cuenta sensores externos con el uso de un núcleo de sensores (Sense Hub), por donde otros sensores pueden enviar sus datos al LSM6DSOX.

Conexión de sensores externos al LSM6DSOX

«El aprendizaje automático ya se usa para el reconocimiento rápido y eficiente de patrones en redes sociales, modelos financieros o manejo autónomo», dijo Andrea Onetti, vicepresidente de analógicos, MEMS y sensores del Grupo STMicro. «El sensor de movimiento LSM6DSOX integra capacidades de aprendizaje automático para mejorar el seguimiento de la actividad en teléfonos inteligentes y dispositivos portátiles».





Especificaciones:

Cápsula de 2,5 mm x 3 mm x 0,83 mm
Consumo de energía de 0,55 mA.
FIFO (First In First Out = acrónimo que significa «primero en entrar, primero en salir») de hasta 9KB
±2 / ±4 / ±8 / ±16 g escala completa
±125 / ±250 / ±500 / ±1000 / ±2000 dps (degrees per second, grados por segundo) escala completa

La integración de controladores pequeños y de baja potencia en los periféricos da paso a un cambio en la forma en que se diseña el hardware. Al descargar la mayor cantidad de trabajo posible de un procesador principal (que puede no ser el hardware con mayor ahorro de energía), los dispositivos podrían ver un mayor rendimiento con datos preprocesados y una mayor duración de la batería.

Módulo de llave pulsadora – KY-004 (Kit de sensores Keyes 4)

Bien, yo hubiese obviado hacer un artículo sobre este módulo: es un pulsador, lo mismo que tomar dos cables y unirlos para enviar una señal. Pero bueno, es parte del kit de “sensores” para Arduino, es el que sigue en orden en la secuencia númerica de Keyes, así que aquí está.

El módulo Keyes KY-004 es una plaqueta con un pulsador y una resistencia que, cuando no se pulsa el interruptor, mantiene la línea en 0V, y cuando se lo pulsa envía un nivel alto. Si no estuviese el resistor, la línea de entrada de un microcontrolador quedaría flotante, y por una entrada flotante ingresa ruido. Es decir, no se puede saber qué puede leer el microcontrolador si uno quiere ingresar ese dato.

Módulo KY-004:

El módulo consta de un interruptor táctil o botón pulsador FZ1713 y una resistencia.

Capacidad del contacto: 50mA 12V CC
Temperatura: -25° C a 105° C
Vida de los contactos: 100.000 ciclos.
Fuerza de operación: 180/230 ± 20gf
Dimensiones: 18,5 mm x 15 mm

Conexión:

La línea central se conecta a +5V, la línea marcada con un signo a GND, y la salida está marcada con la letra S. Para conectarlo al Arduino se une a la línea digital 2 de la plaqueta.

Módulo de llave pulsadora – KY-004: Dibujo de la pieza para el editor Fritzing

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Módulo de emisor piezoeléctrico pasivo KY-006 (Kit de sensores Keyes 6)
Módulo codificador rotativo KY-040 [ó KY-007] – (Kit de sensores Keyes 040/007)




KY-003 Módulo de Sensor Magnético por efecto Hall (Kit de sensores Keyes 3)

Descripción:

El detector magnético Keyes KY-003 contiene un circuito integrado 3144UA-S diseñado para detectar campos magnéticos. Cuando se le aproxima el campo magnético de un objeto (por ejemplo un imán) indica esta detección cerrando a tierra el pin «S«, que es el colector de un transistor NPN sin resistor de polarización. El método de funcionamiento está basado en el efecto Hall.

El pin «S» es el de la señal de detección y corresponde al pin de la derecha de la foto de arriba, el pin del centro es el positivo de la alimentación, y el pin de la izquierda es el negativo (marcado “”).

Diagrama de conexiones del módulo:

Especificaciones:

■ La tensión de trabajo es desde 4,5 a 24 Voltios VDC
■ Consume 3 mA en reposo y 8 mA cuando detecta un campo magnético
■ La tensión de la señal de salida depende de la conexión del resistor de polarización (pull-up): 3,3V, 5V
■ La temperatura de trabajo va desde -40 a 85 grados C.
■ Dimensiones: 18,5 mm x 15 mm

3144EUA-S : Integrado de medición de campo magnético por efecto Hall

El circuito integrado 3144EUA-S, sensible al magnetismo por efecto Hall, y en esta versión comercial puede operar a temperaturas de hasta 85º C. El sensor está diseñado como un interruptor que se enciende/apaga en presencia de un campo magnético. Colocando un imán cerca de él, su salida se activará. La polaridad del campo magnético influye en la acción de conmutación.

El dispositivo incluye un regulador de voltaje interno que le permite operar con voltajes de alimentación de 4,5 a 24 voltios, diodo de protección de inversión de batería, generador de voltaje Hall cuadrático, circuito de compensación de temperatura, amplificador de pequeña señal, disparador Schmitt y salida de colector abierto que puede conducir hasta 25 mA. Con la salida adecuadamente polarizada por un resistor, se puede utilizar con circuitos lógicos bipolares o CMOS.

El A3144– es un reemplazo mejorado para el UGN/UGS3120–. El primer carácter del sufijo del número de pieza determina el rango de temperatura de funcionamiento del dispositivo.

El sufijo ‘E–’ es para el rango de temperatura industrial y automotriz de -40 ° C a + 85 ° C.

Características y beneficios

■ Superior estabilidad a la temperatura para aplicaciones automotrices o industriales
■ Operación de 4,5 V a 24 V. Solo necesita un suministro no regulado
■ Salida de colector abierto de 25 mA. Compatible con lógica digital
■ Protección contra inversión de la alimentación
■ Se activar con imanes permanentes pequeños disponibles comercialmente
■ Confiabilidad por ser de estado sólido
■ Tamaño pequeño
■ Resistente al estrés físico

Diagrama de conexión

No es necesario un Arduino para obtener una lectura de este sensor, ya que se puede conectar un led con un resistor que asegure que no circule más corriente que la que puede manejar el integrado (que es de 25 mA).

El sensor se puede conectar de manera directa con este circuito:

El led se encenderá cuando el sensor sea activado por un campo magnético.

Pero si necesita ingresar la señal a un sistema microcontrolado, conecte la línea de alimentación (centro) a +5 y tierra () a GND. Conecte la señal (S) al pin digital 2 en el Arduino.

Con este circuito el Arduino encenderá el LED incluido en la placa Arduino cuando se detecte un campo magnético.

Código de ejemplo




KY-003 Módulo de Sensor Magnético por efecto Hall: Dibujo de la pieza para el editor Fritzing

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Módulo detector de vibración KY-002 (Kit de sensores Keyes 2)

Descripción:

El módulo KY-002 de Keyes para Arduino permite la detección de impactos y vibraciones.

El módulo detector de vibración KY-002 consta de un resorte y un poste conductor central con una resistencia de 10K conectada a la alimentación positiva. Ante golpes y vibraciones, el resorte reacciona desplazándose de su centro y cerrando el circuito a tierra. Por esto la salida es inversa: un nivel ALTO significa que no hay detección, y un nivel BAJO que sí existe impacto o vibración.

Especificaciones:

  • Voltaje de operación: 3,3V – 5V
  • Dimensiones: 18,5 mm x 15 mm

Conecte la línea de alimentación (pin central) del KY-002 a +5V del Arduino. Conecte el pin de tierra marcado al pin GND del Arduino. Conecte el pin de señal marcado S al pin digital 2 del Arduino.

Diagrama de la placa KY-002:

Módulo Detector de Vibración KY-002: Dibujo de la pieza para el editor Fritzing

Conexión con el Arduino:

Pin S de KY-002 al pin digital 2 del Arduino.
Pin central (línea de alimentación) de KY-002 al +5V de Arduino.
Pin – de KY-002 a GND de Arduino.

Atención: hay módulos en los que la salida S está cambiada por el negativo (GND), y viceversa. No es un gran problema porque las conexiones tienen un leyenda visible en la placa. La literatura original de Keyes muestra ambas configuraciones, de modo que es posible que ellos fabriquen los dos módulos. Este artículo está basado en el módulo que teníamos de modelo para las pruebas. El símbolo de Fritzing (no el de esta imagen —que está corregido—, sino el original que se obtiene en el enlace) indica invertidas la salida S y el GND. Sólo la línea central de alimentación se mantiene en el mismo lugar en ambas configuraciones. Antes de conectar, observe siempre las notaciones grabadas en la plaqueta que usted adquiera, y conecte S al pin 2 del Arduino y el pin marcado con el símbolo a GND del Arduino.

Programa de ejemplo:

El siguiente programa de Arduino genera un parpadeo del led incluido en la placa Arduino cuando se detecta movimiento al golpear o sacudir el módulo KY-002. Se utiliza el pin digital 2 del Arduino como entrada de la señal del sensor.

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Módulo sensor de temperatura KY-001 (Kit de sensores Keyes 1)

Descripción:

El módulo de sensor de temperatura para Arduino Keyes KY-001 permite la medición de la temperatura ambiente entregando datos mediante un bus serie digital (llamado One Wire, o “Un Cable” en español).

En realidad, sólo es una plaqueta base con conector de tres pines para el sensor de temperatura DS18B20, y el único agregado de circuito es un led con su resistor para indicar que está encendido.

Especificaciones:

El módulo de sensor de temperatura KY-001 es compatible con plataformas de microcontrolador populares como Arduino, Raspberry Pi y Esp8266.

  • Voltaje de operación: 3,0V a 5,5V
  • Rango de medición de temperatura: -55° C a 125° C
  • Rango de precisión de medición: ± 0,5° C
  • Dimensiones: 18,5 mm x 15 mm

Circuito integrado DS18B20:

Diagrama de conexión del módulo:

Pin S de KY-001 al pin digital 2 del Arduino.
Pin central (línea de alimentación) de KY-001 al +5V de Arduino.
Pin – de KY-001 a GND de Arduino.

Enlaces a las bibliotecas y otros datos necesarios para el ejemplo de programa en Arduino para el KY-001:

Módulo Sensor de Temperatura KY-001: Dibujo de la pieza para el editor Fritzing
Biblioteca Dallas para control de temperatura por Miles Burton.
Biblioteca OneWire por PJRC.
Hoja de datos del DS18B20 por Maxim Integrated.





Programa de ejemplo:

El siguiente programa de Arduino utiliza la biblioteca OneWire para comunicarse por línea serie con el KY-001, y así descargará la temperatura leída por el dispositivo.

Suba el programa y observe los datos en el Monitor Serie del IDE de Arduino.

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