傳感器及點(diǎn)陣LED顯示功能板

STEP Sensor Card是STEP團隊推出的可配合小腳丫多種底板使用的擴展板卡，板載資源十分豐富，其中包括多種傳感器、168led點(diǎn)陣、flash存儲等多種功能，你可以用這個(gè)子卡來(lái)實(shí)現你各種各樣的新奇想法，像數字水平儀，溫度計，亮度檢測儀，你都可以用這個(gè)板卡去完成！
板載資源：
* 環(huán)境光傳感器BH1750FVI-TR * 溫度傳感器DS18B20Z * Flash閃存W25Q64FVSFIG * 陀螺儀MPU-6050 * 紅外對管，比較器LM393DR * 168 LED陣列

該模塊與FPGA使用PCIE接口連接，這里只使用PCIE的物理接口與協(xié)議無(wú)關(guān)。

溫度傳感器選用了Dallas半導體的DS18B20Z，是一個(gè)單總線(xiàn)、12位進(jìn)度的數字式溫度傳感器，輸入電壓為3.0V~5.5V，比較靈活，工作溫度可在-55攝氏度~125攝氏度之間，可滿(mǎn)足我們日常使用的需求，DS18B20有直插和SOIC貼片兩個(gè)封裝，這里選用8pin SOIC。

環(huán)境光傳感器選用了RHOM的BH1750FVI，是一個(gè)I2C接口的16位高精度數字式環(huán)境光傳感器，無(wú)需外部接ADC進(jìn)行采集，另外其功耗很低，被廣泛的應用在諸如數碼相機，手機等數碼產(chǎn)品上。

姿態(tài)傳感器選用了Invensense的MPU6050，是一個(gè)I2C接口的9軸運動(dòng)處理傳感器，集成了3軸陀螺儀和3軸加速度計，以及一個(gè)可擴展的數字運動(dòng)處理器，廣泛應用在機器人，無(wú)人機，平衡車(chē)等產(chǎn)品中。

紅外傳感器采用了臺灣億光電子的ITR9909，是集成了紅外發(fā)射管與接收管為一體的紅外傳感器，并且我們使用了TI的LM393電壓比較器進(jìn)行結果輸出，保證了距離判定的穩定性。

LED點(diǎn)陣由于小腳丫STEP FPGA的管腳充足，可直接連接在管腳上，便于進(jìn)行驅動(dòng)。板上集成16*8共128個(gè)LED，組成的LED陣列。

板上集成了一個(gè)串行Flash W25Q64，容量64Mbit，SPI接口。

• 利用陀螺儀MPU6050實(shí)現數字水平儀：在LED點(diǎn)陣上顯示一個(gè)“小球”，當板卡為水平時(shí)，“小球”在板卡中心不動(dòng)，當板卡傾斜時(shí)，小球向對應方向進(jìn)行移動(dòng)；
• 利用溫度傳感器DS18B20Z采集環(huán)境溫度顯示在數碼管或者LED點(diǎn)陣上，并實(shí)現低溫/高溫報警；
• 利用環(huán)境光傳感器BH1750HVI制作一個(gè)環(huán)境光強檢測儀，并實(shí)現手機中自動(dòng)調節屏幕亮度的功能；
• 利用FLASH存儲芯片W25Q64實(shí)現存儲圖片，并將圖片在點(diǎn)陣上進(jìn)行顯示；
• 利用紅外對管完成距離檢測，亦可實(shí)現“手勢開(kāi)關(guān)”等功能。 相關(guān)知識 * [[溫度傳感器模塊|FPGA驅動(dòng)溫度傳感器DS18B20舉例]] * {{:單總線(xiàn)溫度傳感器驅動(dòng).pdf|DS18B20驅動(dòng)說(shuō)明}} * {{:thermometer_step_max10.rar|溫度采集和顯示demo}} * {{:環(huán)境光傳感器驅動(dòng).pdf|環(huán)境光傳感器驅動(dòng)說(shuō)明}} * {{:ambient_light_step_max10.rar|環(huán)境光采集和顯示demo}} * [[智能接近系統設計|FPGA驅動(dòng)I2C總線(xiàn)設備舉例]] * [[簡(jiǎn)易電壓表設計|FPGA驅動(dòng)SPI總線(xiàn)設備舉例]]  FPGA邏輯實(shí)現 對于STEP Sensor板卡，其結構為模塊式，故調試也是分模塊進(jìn)行：
  模塊1：bh1750fvi代碼設計
• 第一步（collect data）：與BH1750FVI環(huán)境光傳感器建立通訊，根據BH1750的手冊可知，該傳感器采用的是I2C通訊協(xié)議，在成功與其建立通訊之后，BH1750會(huì )周期性地向我們的小腳丫開(kāi)發(fā)板發(fā)送16位二進(jìn)制數據，當我們拿到這個(gè)數據之后，就可以對其進(jìn)行數據處理。
• 第二步（process data）：將采集回來(lái)的16位數據進(jìn)行處理，并將其劃分為64個(gè)亮度等級；
• 第三步（display data）：將處理后的數據以三種形式顯示出來(lái)。

三色燈：利用pwm脈沖調制的原理，根據第二步獲取的亮度參數來(lái)調整自身的亮度。

led點(diǎn)陣：將亮度的變化體現在LED點(diǎn)陣上箭頭流動(dòng)的快慢當中。

數碼管：小腳丫核心板卡上兩位數碼管可顯示當前的亮度等級。

模塊2：ds18b20代碼設計

• 第一步（collect data）：與DS18B20Z溫度傳感器建立通訊，根據DS18B20Z的手冊可知，該傳感器采用的是單總線(xiàn)的通信方式，在成功與其建立通訊之后，DS18B20Z會(huì )周期性地向我們的小腳丫開(kāi)發(fā)板發(fā)送16位二進(jìn)制數據，當我們拿到這個(gè)數據之后，就可以對其進(jìn)行數據處理。
• 第二步（process data）：取二進(jìn)制數據前5位數據判斷正負號；并取后面的11位數據，進(jìn)行二進(jìn)制轉十進(jìn)制bcd碼的轉換。
• 第三步（display data）：將處理后的數據以?xún)煞N形式顯示出來(lái)。分別將當前的溫度顯示到小腳丫核心板卡上兩位數碼管上和LED點(diǎn)陣上。

我們提供了兩個(gè)演示程序，功能包括BH1750亮度采集，DS18B20溫度采集和LED的掃描顯示。
程序分Lattice MXO2和Intel MAX10兩個(gè)版本，請根據使用的FPGA型號選擇。
Lattice MXO2版本：sensorcard-step_mxo2.rar
Intel MAX10版本：sensorcard-step_max10.rar

通過(guò)與DS18B20Z建立通訊，并利用LED點(diǎn)陣進(jìn)行顯示，驗證了DS18B20Z與點(diǎn)陣模塊的電路是可以正常工作的。

通過(guò)與BH1750FVI進(jìn)行通訊，將環(huán)境光的數據采集回來(lái)，并按照亮度等級，對RGB_LED燈光亮度進(jìn)行控制，說(shuō)明環(huán)境光傳感器可正常工作。

紅外對管的驅動(dòng)比較簡(jiǎn)單，調試結果為可通過(guò)距離控制將紅外對管作為開(kāi)關(guān)使用。 姿態(tài)傳感器:可與MPU6050建立通訊并讀取其發(fā)送回的數據。

• Sensor Card 用戶(hù)使用手冊：sensor_board使用手冊v1.0.pdf
  
• Sensor Card 硬件手冊：sensor_board用戶(hù)硬件手冊.pdf
  
• STEP Sensor Card原理圖：sensor_expandboard_v1.1.pdf
  
• STEP Sensor PCB:step_sensor_card_v1.1.rar
  
• STEP PCIE Card尺寸圖：step_pcie_card_.pdf
  

• 器件數據手冊：
• 陀螺儀MPU6050數據手冊：ps-mpu-6000a.pdf
  
• 溫度傳感器DS18B20Z數據手冊：ds18b20.pdf
  
• 紅外對管ITR9909數據手冊：itr9909.pdf
  
• 電壓比較器LM393D數據手冊：lm393d.pdf
  
• 環(huán)境光傳感器BH1750FVI數據手冊：bh1750hvi.pdf
  
• FLASH W25Q64數據手冊：w25q64.pdf