使用NXP MCX W71無(wú)線(xiàn)MCU保護您的資產(chǎn)
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試想一下，如果無(wú)論在家中還是在工作場(chǎng)所，都能立即檢測到對您寶貴資產(chǎn)所做的任何篡改、盜竊或濫用行為，并收到警報，是不是會(huì )讓您感到無(wú)比安心？本實(shí)踐指南就將介紹這樣一個(gè)項目，它采用將Mikroe Hall Switch 3 Click連接到NXP FRDM-MCXW71開(kāi)發(fā)板的方案，來(lái)配置NXP Semiconductors的FXLS8974CF加速度計和NXP NMH1000磁開(kāi)關(guān)傳感器，借助它們的低功耗運動(dòng)喚醒和磁喚醒功能自主檢測可疑活動(dòng)，并通過(guò)低功耗藍牙無(wú)線(xiàn)UART傳輸警報消息。
本項目的核心理念是利用先進(jìn)的傳感器技術(shù)保護高價(jià)值或涉及安全事宜的資產(chǎn)。例如，它可以監控智能電表是是否被篡改，也可以檢測保險箱或儲物柜是否發(fā)生未經(jīng)授權進(jìn)入的情況以提高家庭安全性。它還可以防止個(gè)人醫療設備遭到誤用，或者用作筆記本電腦或平板電腦的防盜措施。在工業(yè)環(huán)境中，它可以用于倉庫盜竊檢測和機器篡改警報，從而大大減少損失并提高安全性。這項技術(shù)甚至可以用于一些簡(jiǎn)單的應用，例如開(kāi)/關(guān)門(mén)檢測。
在這個(gè)項目中，FXLS8974CF加速度計和NMH1000磁開(kāi)關(guān)傳感器分別用于檢測特定的運動(dòng)或磁變化。當這些傳感器檢測到異常時(shí)，它們就會(huì )觸發(fā)低功耗喚醒功能。因此，設備在檢測到異常之前，將始終保持低功耗狀態(tài)，從而延長(cháng)電池續航時(shí)間。一旦觸發(fā)警報，傳感器就會(huì )通過(guò)低功耗藍牙發(fā)送警報消息，讓用戶(hù)立即收到通知。
項目材料與資源
項目物料清單（BOM）
● NXP Semiconductors FRDM-MCXW71開(kāi)發(fā)板
● Mikroe MIKROE-6017 Hall Switch 3 Click
項目代碼/軟件
● 用于NXP MCU的MCUXpresso IDE
● MCUXpresso SDK Builder
其他資源
● 終端軟件（如PuTTY，或者M(jìn)CUXpresso IDE中的命令行界面）
其他硬件
● 運行Windows的PC
● USB Type-C轉USB Type-A或Type-C電纜（取決于PC提供的USB端口類(lèi)型）
● TE Connectivity 535541-6接頭
帳戶(hù)
● NXP帳戶(hù)（可免費創(chuàng )建）
項目技術(shù)概述
NXP FRDM-MCXW71開(kāi)發(fā)板（圖1）是一款多功能、可擴展的平臺，設計用于對MCX W71無(wú)線(xiàn)微控制器進(jìn)行快速原型設計與便捷評估。這款緊湊型開(kāi)發(fā)板非常適合用來(lái)探索多協(xié)議無(wú)線(xiàn)支持功能，包括低功耗藍牙、Zigbee?、Thread和Matter。
圖1 NXP FRDM-MCXW71開(kāi)發(fā)板（圖源：貿澤電子）
主要特性：
● 配備板載MCU-Link調試器，可簡(jiǎn)化調試和編程。
● 采用行業(yè)標準接頭，便于訪(fǎng)問(wèn)MCU的輸入/輸出。
● 使用外部SPI閃存，從而增強了存儲能力。
FRDM-MCXW71開(kāi)發(fā)板非常適合開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應用、智能家居設備和工業(yè)自動(dòng)化系統，可為創(chuàng )新項目提供堅實(shí)的基礎。
FRDM-MCXW71開(kāi)發(fā)板配備N(xiāo)XP FXLS8974CF數字物聯(lián)網(wǎng)加速度計。這款緊湊型三軸MEMS加速度計設計用于需要超低功耗運動(dòng)喚醒功能的各種工業(yè)和醫療物聯(lián)網(wǎng)應用。
Mikroe Hall Switch 3 Click（圖2）是一款緊湊型磁場(chǎng)激活開(kāi)關(guān)，設計用于簡(jiǎn)化您的電子項目。這款附加板采用NXP NMH1000霍爾效應磁開(kāi)關(guān)，非常適合電子系統喚醒、家庭自動(dòng)化（如門(mén)窗開(kāi)關(guān)檢測）、非接觸式開(kāi)關(guān)和接近檢測等應用。
圖2 Mikroe Hall Switch 3 Click（圖源：貿澤電子）
主要特性：
● 兼容mikroBUS?，能夠輕松集成到各種支持mikroBUS標準的主機系統中。
● 配備ClickID?，便于自動(dòng)檢測并識別附加板，簡(jiǎn)化設置和配置。
● 使用開(kāi)源的mikroSDK庫，可實(shí)現靈活評估和定制。
軟件概述
MCUXpresso IDE
MCUXpresso集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）（圖3）為開(kāi)發(fā)人員提供基于Eclipse的用戶(hù)友好開(kāi)發(fā)環(huán)境，專(zhuān)為搭載Arm? Cortex?-M內核的NXP MCU量身定制，包括通用跨界MCU和支持無(wú)線(xiàn)功能的MCU。此IDE提供各種高級編輯、編譯和調試功能，包括MCU特定調試視圖、代碼跟蹤和剖析、多核調試以及集成的配置工具。
圖3 NXP MCUXpresso IDE主界面（圖源：貿澤電子）
MCUXpresso SDK
MCUXpresso SDK Builder（圖4）通過(guò)提供開(kāi)源驅動(dòng)程序、中間件和參考示例應用來(lái)加快軟件開(kāi)發(fā)速度。通過(guò)SDK Builder，用戶(hù)可以定制并下載與所選處理器或評估板相匹配的軟件開(kāi)發(fā)套件（SDK），從而簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)流程。我們將在后面構建并安裝該SDK。
圖4 NXP MCUXpresso SDK Builder（圖源：貿澤電子）
NXP IoT Toolbox
NXP IoT Toolbox（圖5）提供了用戶(hù)友好的方式來(lái)評估NXP聯(lián)網(wǎng)芯片組的低功耗藍牙、Zigbee和Thread應用，增強了開(kāi)箱即用的體驗。這款多合一移動(dòng)應用可在Google Play和App Store上下載，通過(guò)低功耗藍牙和自定義專(zhuān)有配置文件展示NXP的功能，實(shí)現與各種智能手機的交互。
圖5 用于A(yíng)ndroid的NXP IoT Toolbox（圖源：貿澤電子）
項目開(kāi)發(fā)
本項目將展示如何通過(guò)集成各種設備，對這項應用進(jìn)行概念驗證。
硬件組裝
本項目?jì)H涉及很少的硬件組裝工作，只需焊接標準接頭并插入Hall Switch 3 Click即可。
1.將引腳接頭焊接到FRDM-MCXW71開(kāi)發(fā)板上的J5和J6。
2.將Hall Switch 3 Click連接到這些接頭上，確保位置正確（圖6）。
圖6 連接到NXP FRDM-MCXW71開(kāi)發(fā)板上的Mikroe Hall Switch 3 Click（圖源：貿澤電子）
軟件安裝
安裝步驟非常簡(jiǎn)單，只需導航至NXP MCUXpresso IDE下載網(wǎng)站（圖7）。
圖7 MCUXpresso IDE下載頁(yè)面（圖源：貿澤電子）
1.在網(wǎng)站上，單擊Downloads（下載）。
2.導航到MCUXpresso Integrated Development Environment (IDE)，然后單擊Download（下載）（圖8）。
圖8 MCUXpresso IDE下載界面（圖源：貿澤電子）
如果出現提示，請按照屏幕上的說(shuō)明創(chuàng )建帳戶(hù)。在接下來(lái)的畫(huà)面上，您可以選擇要下載的版本以及要使用的操作系統（OS）（圖9）。本項目使用MCUXpresso 11.10.0版本（請下載最新版本）和Windows操作系統。
圖9 MCUXpresso IDE版本和操作系統選擇界面（圖源：貿澤電子）
SDK安裝
SDK包含驅動(dòng)程序、中間件、文檔、示例和其他組件。您可以從之前提供的鏈接或MCUXpresso IDE安裝SDK。
1.打開(kāi)MCUXpresso IDE。
2.在歡迎屏幕上，單擊Download and Install SDKs（下載并安裝SDK）鏈接（圖10）。
圖10 MCUXpresso IDE歡迎屏幕（圖源：貿澤電子）
3.在屏幕右側的Filter（篩選）字段中，輸入“MCXW”。
4.選擇frdmmcxw71。
5.單擊Install（安裝）（圖11），然后等待安裝完成。
圖11 SDK安裝中的開(kāi)發(fā)板選擇界面（圖源：貿澤電子）
安裝SPSDK并上傳NBU固件
安全配置SDK（SPSDK）是一款功能多樣且可靠的Python SDK庫，設計用于實(shí)現NXP MCU產(chǎn)品組合的無(wú)縫集成。通過(guò)該SDK庫，用戶(hù)能夠連接設備并與之交互、對設置進(jìn)行配置以及管理數據操作，包括安全數據處理。窄帶單元（NBU）是一個(gè)無(wú)線(xiàn)電內核，包含低功耗藍牙單元和專(zhuān)用閃存。為確保本項目中的設備正常運行，我們需要更新NBU固件。
在更新NBU固件之前，請先下載示例項目。
1.在MCUXpresso IDE歡迎頁(yè)面中，單擊Import from Application Code Hub（從Application Code Hub導入）鏈接（圖12）。
圖12 MCUXpresso IDE歡迎頁(yè)面中的導入應用程序代碼鏈接（圖源：貿澤電子）
2.在搜索窗口中，輸入“Tamper detection + FRDM-MCXW”。
3.選擇Tamper detection with low-power wake-up sensor using BLE wireless UART（使用低功耗喚醒傳感器通過(guò)BLE無(wú)線(xiàn)UART進(jìn)行篡改檢測）演示（圖13）。
圖13 MCUXpresso IDE導入項目窗口（圖源：貿澤電子）
4.單擊窗口頂部的GitHub Link（GitHub鏈接）。
5.鏈接加載完成后，單擊Next（下一步）。
6.選擇git分支main，然后單擊Next（圖14）。
圖14 Application Code Hub分支選擇（圖源：貿澤電子）
7.在下一個(gè)窗口中，選擇本地目標目錄，然后單擊Next。
8.保持默認向導處于選中狀態(tài)，然后單擊Next。
9.將兩個(gè)tamper_detect項目全部選中，然后單擊Finish（完成）（圖15）。
圖15 從git導入和克?。╟lone）項目（圖源：貿澤電子）
克隆此項目的示例后，NBU文件的位置將取決于您選擇的目標文件夾。在此位置下，NBU文件將位于以下目錄中：
gitdm-tamper-detection-using-low-power-wakeup-sensor-over-bletamper_detection_demofrdmmcxw71_fxls8974_tamper_detectnbu
安裝NBU固件更新前，需要先安裝SPSDK。
1.打開(kāi)Windows的命令提示符窗口。
2.在命令提示符下，依次輸入以下命令（圖16）。
python -m venv GetSpsdk
cd GetSpsdk
cd Scripts
activate
pip install -U spsdk
圖16 在命令提示符下安裝SPSDK（圖源：貿澤電子）
然后就可以從此處上傳NBU固件。
注意：將NBU文件從原始位置復制到其他目錄可能會(huì )讓操作更容易。
1.在同一命令提示符下，將目錄更改為NBU固件所在的位置。
2.按住FRDM-MCXW71上的SW3，將該開(kāi)發(fā)板的J10 USB Type-C?口連接到PC。
3.松開(kāi)SW3。
4.確認設備管理器中MCU-Link COM端口是否位于正確的位置（圖17）。
圖17 設備管理器窗口（圖源：貿澤電子）
5.在命令提示符下，輸入：blhost -p COMX -- receive-sb-file mcxw71_nbu_ble_1_9_14_0.sb3，注意要將COMX中的X替換為相應的COM端口（圖18）。
圖18 NBU固件更新（圖源：貿澤電子）
執行
現在，NBU固件更新已完成，示例軟件已從git倉庫中復制，我們可以構建并運行演示了。
軟件集成和演示
打開(kāi)MCUXpresso IDE。此時(shí)示例項目應出現在Project Explorer（項目瀏覽器）窗口中。
1.編譯/構建frdmmcxw71_fxls8974_tamper_detect項目：在項目窗口中選擇該項目，然后單擊Build（構建）圖標，或者右鍵單擊該項目并選擇Build（圖19）。
圖19 在MCUXpresso IDE中構建演示項目（圖源：貿澤電子）
2.單擊GUI Flash Tool（GUI刷寫(xiě)工具）圖標。
3.在Probes discovered（發(fā)現調試器）窗口（圖20）中，選擇MCU-LINK，然后單擊OK（確定）。
圖20 調試器發(fā)現窗口（圖源：貿澤電子）
4.在下一個(gè)窗口中，單擊Run…（運行）開(kāi)始編程。如果編程成功，MCXW71開(kāi)發(fā)板的藍色LED指示燈（位于Hall Switch 3 Click下方）將會(huì )閃爍。
5打開(kāi)終端軟件，配置MCU的COM端口，并將波特率設置為115200（圖21）。
圖21 終端界面設置（圖源：貿澤電子）
6.在移動(dòng)設備上，打開(kāi)NXP IoT Toolbox（圖22）。
7.選擇Wireless UART（無(wú)線(xiàn)UART）（圖23）。
圖22 NXP IoT Toolbox移動(dòng)應用（圖源：貿澤電子）
圖23 NXP IoT Toolbox中的Wireless UART界面（圖源：貿澤電子）
8.選擇NXP_WU字段。
9.移動(dòng)或搖晃FRDM-MCXW71開(kāi)發(fā)板以觸發(fā)警報。此時(shí)下面的消息應出現在NXP IoT Toolbox（圖24）和終端窗口（圖25）中。
圖24 NXP IoT Toolbox無(wú)線(xiàn)終端中顯示運動(dòng)篡改檢測警報（圖源：貿澤電子）
圖25 設備連接后的終端界面（圖源：貿澤電子）
圖26 NXP IoT Toolbox無(wú)線(xiàn)終端中顯示磁篡改檢測警報（圖源：貿澤電子）
10.要測試霍爾效應傳感器，請使用frdmmcxw71_nmh1000_tamper_detect完成上述編程步驟。此時(shí)若將磁鐵放在Hall Switch 3 Click上方，便會(huì )輸出如圖26所示的結果。
結語(yǔ)
本項目中的技術(shù)并不僅僅適用于技術(shù)愛(ài)好者；它還具有實(shí)際應用，能夠使日常生活更加安全、更有保障。無(wú)論您是要保護個(gè)人物品、確保醫療設備的完整性，還是保護工業(yè)設備，這些傳感器都能提供可靠、高效的解決方案。將這些傳感器集成到安全系統中，便可以讓您隨時(shí)了解情況并迅速采取行動(dòng)，確保在各種環(huán)境下都能安心無(wú)憂(yōu)。
作者簡(jiǎn)介
Joseph Downing于2011年加入貿澤電子，擔任技術(shù)支持專(zhuān)員，后轉為技術(shù)內容專(zhuān)員。此外，Joseph還曾就職于英特爾、Radisys和Planar等電子行業(yè)公司，擁有20多年的工作經(jīng)驗。作為一名狂熱的創(chuàng )客，Joseph幫助管理并向應用與技術(shù)專(zhuān)欄（Mouser.com網(wǎng)站上）以及貿易展會(huì )提供技術(shù)項目和材料。
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