====== 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 |}}\\ **传感器及点阵LED显示功能模块实物图** ===== 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！\\ 板载资源：\\ * 环境光传感器BH1750FVI-TR * 温度传感器DS18B20Z * Flash闪存W25Q64FVSFIG * 陀螺仪MPU-6050 * 红外对管，比较器LM393DR * 16*8 LED阵列 {{ ::模块划分11.png?600 |}} **传感器及点阵LED显示功能模块板载资源** \\ ===== 硬件资源介绍 ===== ==== 结构框图 ==== {{::sensorboard硬件资源介绍1.png?480|}}\\ ====器件选型==== | ^ 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 | ==== 接口 ==== 该模块与FPGA使用PCIE接口连接，这里只使用PCIE的物理接口与协议无关。\\ {{::sensorboard硬件资源介绍2.png?300|}}\\ ==== 温度传感器 ==== 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，DS18B20有直插和SOIC贴片两个封装，这里选用8pin SOIC。\\ {{::sensorboard硬件资源介绍3.png?260|}}{{::sensorboard硬件资源介绍4.png?380|}}\\ ==== 环境光传感器 ==== 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。\\ {{::sensorboard硬件资源介绍5.png?200|}}{{::sensorboard硬件资源介绍6.png?300|}}\\ ==== 姿态传感器 ==== 姿态传感器选用了Invensense的MPU6050，是一个I2C接口的9轴运动处理传感器，集成了3轴陀螺仪和3轴加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器，广泛应用在机器人，无人机，平衡车等产品中。\\ {{::sensorboard硬件资源介绍7.png?200|}}{{::sensorboard硬件资源介绍8.png?380|}}\\ ==== 红外传感器 ==== 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。\\ {{::sensorboard硬件资源介绍9.png?300|}}{{::sensorboard硬件资源介绍10.png?380|}}\\ ==== 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。板上集成16*8共128个LED，组成的LED阵列。\\ {{::sensorboard硬件资源介绍11.png?500|}}\\ ==== FLASH ==== 板上集成了一个串行Flash W25Q64，容量64Mbit，SPI接口。\\ {{::sensorboard硬件资源介绍12.png?400|}}\\ ===== 管脚对应表 ===== {{::sensorboard管脚对应表.png?400|}}\\ ===== 使用示例 ===== ==== 功能需求描述 ==== * 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。 ### 相关知识 * [[温度传感器模块|FPGA驱动温度传感器DS18B20举例]] * {{:单总线温度传感器驱动.pdf|DS18B20驱动说明}} \\ * {{:thermometer_step_max10.rar|温度采集和显示demo}} \\ * {{:环境光传感器驱动.pdf|环境光传感器驱动说明}} \\ * {{:ambient_light_step_max10.rar|环境光采集和显示demo}} \\ * [[智能接近系统设计|FPGA驱动I2C总线设备举例]] \\ * [[简易电压表设计|FPGA驱动SPI总线设备举例]] \\ ### FPGA逻辑实现 对于STEP Sensor板卡，其结构为模块式，故调试也是分模块进行：\\ 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。 ### 演示程序 我们提供了两个演示程序，功能包括BH1750亮度采集，DS18B20温度采集和LED的扫描显示。\\ 程序分Lattice MXO2和Intel MAX10两个版本，请根据使用的FPGA型号选择。\\ Lattice MXO2版本：{{::sensorcard-step_mxo2.rar|}} \\ Intel MAX10版本：{{::sensorcard-step_max10.rar|}} \\ ==== 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 |}} **STEP Sensor Card实现温度采集** ==== 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 |}} **亮度等级为00，环境光暗** {{ ::sensor环境光亮.jpg?500 |}} **亮度等级为63，环境光亮** ### 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。 ===== 相关文档 ===== * Sensor Card 用户使用手册：{{::sensor_board使用手册v1.0.pdf|}}\\ * Sensor Card 硬件手册：{{::sensor_board用户硬件手册.pdf|}}\\ * STEP Sensor Card原理图：{{::sensor_expandboard_v1.1.pdf|}}\\ * STEP Sensor PCB:{{::step_sensor_card_v1.1.rar|}}\\ * STEP PCIE Card尺寸图：{{:step_pcie_card_.pdf|}}\\ * 器件数据手册： * 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|}}\\