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扩展模块_传感器 [2018/09/04 14:33] (当前版本)
gongyu 创建
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 +====== 传感器及点阵LED显示功能板 ======
  
 +{{ ::​step_sensor实物图1.jpg?​490 |}}
 +{{ ::​step_sensor实物图2.jpg?​490 |}}\\
 +
 +<WRAP center 20%>​**传感器及点阵LED显示功能模块实物图** </​WRAP>​
 +===== 板卡简介 =====
 +STEP Sensor Card是STEP团队推出的可配合小脚丫多种底板使用的扩展板卡,板载资源十分丰富,其中包括多种传感器、16*8led点阵、flash存储等多种功能,你可以用这个子卡来实现你各种各样的新奇想法,像数字水平仪,温度计,亮度检测仪,你都可以用这个板卡去完成!
 +===== 模块划分 =====
 +{{ ::​模块划分11.png?​700 |}}
 +<WRAP center 15%>​**传感器及点阵LED显示功能模块板载资源** </​WRAP>​\\
 +
 +===== 功能需求 =====
 +
 +  * 利用陀螺仪MPU6050实现数字水平仪:在LED点阵上显示一个“小球”,当板卡为水平时,“小球”在板卡中心不动,当板卡倾斜时,小球向对应方向进行移动;
 +  * 利用温度传感器DS18B20Z采集环境温度显示在数码管或者LED点阵上,并实现低温/​高温报警;
 +  * 利用环境光传感器BH1750HVI制作一个环境光强检测仪,并实现手机中自动调节屏幕亮度的功能;
 +  * 利用FLASH存储芯片W25Q64实现存储图片,并将图片在点阵上进行显示;
 +  * 利用红外对管完成距离检测,亦可实现“手势开关”等功能。
 +
 +===== 器件选择 =====
 +
 +==== 总览 ====
 +|              ^ 型号 ​        ^ 厂商 ​                              ^ 封装 ​                                   ^
 +^ 环境光传感器 | BH1750FVI-TR | RHOM Semiconductor ​                | WSOF6I ​                                |
 +^ 温度传感器 ​  | DS18B20Z ​    | Dallas Semiconductor ​              | SOP8                                   |
 +^ Flash闪存 ​   | W25Q64FVSFIG | Winbond Electronics Corporation ​  | SOP8                                   |
 +^ 陀螺仪 ​      | MPU-6050 ​    | InvenSense ​                       | QFN24                                  |
 +^ 比较器 ​      | LM393DR ​     | Texas Instruments ​                | SOP8                                   |
 +
 +==== 环境光传感器 ====
 +
 +{{:​bh1750效果图.png?​200|}}\\
 +环境光传感器选用了RHOM的BH1750FVI,是一个I2C接口的16位高精度数字式环境光传感器,无需外部接ADC进行采集,另外其功耗很低,被广泛的应用在诸如数码相机,手机等数码产品上。\\
 +
 +==== 温度传感器 ====
 +{{::​ds18b20z实物图.png?​200|}}\\
 +温度传感器选用了Dallas半导体的DS18B20Z,是一个单总线、12位进度的数字式温度传感器,输入电压为3.0V~5.5V,比较灵活,工作温度可在-55摄氏度~125摄氏度之间,可满足我们日常使用的需求。\\
 +
 +==== 姿态传感器 ====
 +{{::​mpu6050效果图.png?​200|}}\\
 +姿态传感器选用了Invensense的MPU6050,是一个I2C接口的6轴重力加速度计,封装采用QFN24贴片封装,可满足使用需求。
 +
 +==== 红外传感器 ====
 +{{::​itr9909实物图.png?​200|}}\\
 +红外传感器采用了台湾亿光电子的ITR9909,是集成了红外发射管与接收管为一体的红外传感器,并且我们使用了TI的LM393电压比较器进行结果输出,保证了距离判定的稳定性。
 +
 +==== FLASH ====
 +{{::​flash实物图.png?​200|}}\\
 +红外对管采用了华邦电子(winbond)的W25Q64BVFIG,是一个SPI接口的FLASH存储器。
 +
 +==== LED点阵 ====
 +LED点阵由于小脚丫STEP FPGA的管脚充足,可直接连接在管脚上,便于进行驱动。
 +
 +===== 原理图说明 =====
 +
 +{{ ::​step_sensor原理图1.png?​1000 |}}
 +{{ ::​step_sensor_原理图2.png?​1000 |}}
 +
 +===== PCB布局布线 =====
 +
 +{{ :​sensor_layout1.png?​600 |}}
 +{{ :​sensor_layout2.png?​600 |}}
 +{{ ::​step_sensor_pcb1.png?​600 |}}
 +{{ ::​step_sensorpcb2.png?​600 |}}
 +
 +===== 板卡尺寸 =====
 +{{ ::​step_pcie_card截图.png?​1000 |}}
 +===== 板卡调试 =====
 +对于STEP Sensor板卡,其结构为模块式,故调试也是分模块进行:
 +==== 温度采集模块 ====
 +通过与DS18B20Z建立通讯,并利用LED点阵进行显示,验证了DS18B20Z与点阵模块的电路是可以正常工作的。\\
 +{{ ::​sensor_温度采集.jpg?​500 |}}
 +<WRAP center 12%>​**STEP Sensor Card实现温度采集** </​WRAP>​
 +==== 环境光模块 ====
 +通过与BH1750FVI进行通讯,将环境光的数据采集回来,并按照亮度等级,对RGB_LED灯光亮度进行控制,说明环境光传感器可正常工作。
 +{{ ::​sensor环境光暗.jpg?​500 |}}
 +<WRAP center 12%>​**亮度等级为00,环境光暗** </​WRAP>​
 +{{ ::​sensor环境光亮.jpg?​500 |}}
 +<WRAP center 12%>​**亮度等级为63,环境光亮** </​WRAP>​
 +==== 红外传感器模块 ====
 +红外对管的驱动比较简单,调试结果为可通过距离控制将红外对管作为开关使用。
 +姿态传感器:​可与MPU6050建立通讯并读取其发送回的数据。
 +
 +===== FPGA逻辑实现 =====
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 +模块1:bh1750fvi代码设计
 +
 +  * 第一步(collect data):与BH1750FVI环境光传感器建立通讯,根据BH1750的手册可知,该传感器采用的是I2C通讯协议,在成功与其建立通讯之后,BH1750会周期性地向我们的小脚丫开发板发送16位二进制数据,当我们拿到这个数据之后,就可以对其进行数据处理。
 +  * 第二步(process data):将采集回来的16位数据进行处理,并将其划分为64个亮度等级;
 +  * 第三步(display data):将处理后的数据以三种形式显示出来。
 +
 +三色灯:利用pwm脉冲调制的原理,根据第二步获取的亮度参数来调整自身的亮度。
 +
 +led点阵:将亮度的变化体现在LED点阵上箭头流动的快慢当中。
 +
 +数码管:小脚丫核心板卡上两位数码管可显示当前的亮度等级。
 +
 +模块2:ds18b20代码设计
 +
 +  * 第一步(collect data):与DS18B20Z温度传感器建立通讯,根据DS18B20Z的手册可知,该传感器采用的是单总线的通信方式,在成功与其建立通讯之后,DS18B20Z会周期性地向我们的小脚丫开发板发送16位二进制数据,当我们拿到这个数据之后,就可以对其进行数据处理。
 +  * 第二步(process data):取二进制数据前5位数据判断正负号;并取后面的11位数据,进行二进制转十进制bcd码的转换。
 +  * 第三步(display data):将处理后的数据以两种形式显示出来。分别将当前的温度显示到小脚丫核心板卡上两位数码管上和LED点阵上。
 +===== 测试报告及说明 =====
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 +===== 相关文档 =====
 +STEP Sensor Card原理图:{{::​step_sensor_card.rar|}}\\
 +STEP Sensor PCB:​{{::​step_sensor_card_v1.1.rar|}}\\
 +STEP PCIE Card尺寸图:{{:​step_pcie_card_.pdf|}}\\
 +陀螺仪MPU6050数据手册:{{::​ps-mpu-6000a.pdf|}}\\
 +温度传感器DS18B20Z数据手册:{{::​ds18b20.pdf|}}\\
 +红外对管ITR9909数据手册:{{:​itr9909.pdf|}}\\
 +电压比较器LM393D数据手册:{{::​lm393d.pdf|}}\\
 +环境光传感器BH1750FVI数据手册:{{:​bh1750hvi.pdf|}}\\
 +FLASH W25Q64数据手册:{{::​w25q64.pdf|}}\\