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传感器及点阵LED显示功能板


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、168led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

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


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。

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。

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。

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。

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。

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。

FLASH

板上集成了一个串行Flash W25Q64,容量64Mbit,SPI接口。

管脚对应表


使用示例

功能需求描述

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。

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。

亮度等级为00,环境光暗

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