傳感器及點陣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點陣、flash存儲等多種功能，你可以用這個子卡來實現(xiàn)你各種各樣的新奇想法，像數(shù)字水平儀，溫度計，亮度檢測儀，你都可以用這個板卡去完成！
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)議無關(guān)。

溫度傳感器選用了Dallas半導(dǎo)體的DS18B20Z，是一個單總線、12位進度的數(shù)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，可滿足我們?nèi)粘Ｊ褂玫男枨螅珼S18B20有直插和SOIC貼片兩個封裝，這里選用8pin SOIC。

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

姿態(tài)傳感器選用了Invensense的MPU6050，是一個I2C接口的9軸運動處理傳感器，集成了3軸陀螺儀和3軸加速度計，以及一個可擴展的數(shù)字運動處理器，廣泛應(yīng)用在機器人，無人機，平衡車等產(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電壓比較器進行結(jié)果輸出，保證了距離判定的穩(wěn)定性。

LED點陣由于小腳丫STEP FPGA的管腳充足，可直接連接在管腳上，便于進行驅(qū)動。板上集成16*8共128個LED，組成的LED陣列。

板上集成了一個串行Flash W25Q64，容量64Mbit，SPI接口。

• 利用陀螺儀MPU6050實現(xiàn)數(shù)字水平儀：在LED點陣上顯示一個“小球”，當(dāng)板卡為水平時，“小球”在板卡中心不動，當(dāng)板卡傾斜時，小球向?qū)?yīng)方向進行移動；
• 利用溫度傳感器DS18B20Z采集環(huán)境溫度顯示在數(shù)碼管或者LED點陣上，并實現(xiàn)低溫/高溫報警；
• 利用環(huán)境光傳感器BH1750HVI制作一個環(huán)境光強檢測儀，并實現(xiàn)手機中自動調(diào)節(jié)屏幕亮度的功能；
• 利用FLASH存儲芯片W25Q64實現(xiàn)存儲圖片，并將圖片在點陣上進行顯示；
• 利用紅外對管完成距離檢測，亦可實現(xiàn)“手勢開關(guān)”等功能。 相關(guān)知識 * [[溫度傳感器模塊|FPGA驅(qū)動溫度傳感器DS18B20舉例]] * {{:單總線溫度傳感器驅(qū)動.pdf|DS18B20驅(qū)動說明}} * {{:thermometer_step_max10.rar|溫度采集和顯示demo}} * {{:環(huán)境光傳感器驅(qū)動.pdf|環(huán)境光傳感器驅(qū)動說明}} * {{:ambient_light_step_max10.rar|環(huán)境光采集和顯示demo}} * [[智能接近系統(tǒng)設(shè)計|FPGA驅(qū)動I2C總線設(shè)備舉例]] * [[簡易電壓表設(shè)計|FPGA驅(qū)動SPI總線設(shè)備舉例]]  FPGA邏輯實現(xiàn) 對于STEP Sensor板卡，其結(jié)構(gòu)為模塊式，故調(diào)試也是分模塊進行：
  模塊1：bh1750fvi代碼設(shè)計
• 第一步（collect data）：與BH1750FVI環(huán)境光傳感器建立通訊，根據(jù)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會周期性地向我們的小腳丫開發(fā)板發(fā)送16位二進制數(shù)據(jù)，當(dāng)我們拿到這個數(shù)據(jù)之后，就可以對其進行數(shù)據(jù)處理。
• 第二步（process data）：將采集回來的16位數(shù)據(jù)進行處理，并將其劃分為64個亮度等級；
• 第三步（display data）：將處理后的數(shù)據(jù)以三種形式顯示出來。

三色燈：利用pwm脈沖調(diào)制的原理，根據(jù)第二步獲取的亮度參數(shù)來調(diào)整自身的亮度。

led點陣：將亮度的變化體現(xiàn)在LED點陣上箭頭流動的快慢當(dāng)中。

數(shù)碼管：小腳丫核心板卡上兩位數(shù)碼管可顯示當(dāng)前的亮度等級。

模塊2：ds18b20代碼設(shè)計

• 第一步（collect data）：與DS18B20Z溫度傳感器建立通訊，根據(jù)DS18B20Z的手冊可知，該傳感器采用的是單總線的通信方式，在成功與其建立通訊之后，DS18B20Z會周期性地向我們的小腳丫開發(fā)板發(fā)送16位二進制數(shù)據(jù)，當(dāng)我們拿到這個數(shù)據(jù)之后，就可以對其進行數(shù)據(jù)處理。
• 第二步（process data）：取二進制數(shù)據(jù)前5位數(shù)據(jù)判斷正負(fù)號；并取后面的11位數(shù)據(jù)，進行二進制轉(zhuǎn)十進制bcd碼的轉(zhuǎn)換。
• 第三步（display data）：將處理后的數(shù)據(jù)以兩種形式顯示出來。分別將當(dāng)前的溫度顯示到小腳丫核心板卡上兩位數(shù)碼管上和LED點陣上。

我們提供了兩個演示程序，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 MAX10兩個版本，請根據(jù)使用的FPGA型號選擇。
Lattice MXO2版本：sensorcard-step_mxo2.rar
Intel MAX10版本：sensorcard-step_max10.rar

通過與DS18B20Z建立通訊，并利用LED點陣進行顯示，驗證了DS18B20Z與點陣模塊的電路是可以正常工作的。

通過與BH1750FVI進行通訊，將環(huán)境光的數(shù)據(jù)采集回來，并按照亮度等級，對RGB_LED燈光亮度進行控制，說明環(huán)境光傳感器可正常工作。

紅外對管的驅(qū)動比較簡單，調(diào)試結(jié)果為可通過距離控制將紅外對管作為開關(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(shù)據(jù)。

• Sensor Card 用戶使用手冊：sensor_board使用手冊v1.0.pdf
  
• Sensor Card 硬件手冊：sensor_board用戶硬件手冊.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(shù)據(jù)手冊：
• 陀螺儀MPU6050數(shù)據(jù)手冊：ps-mpu-6000a.pdf
  
• 溫度傳感器DS18B20Z數(shù)據(jù)手冊：ds18b20.pdf
  
• 紅外對管ITR9909數(shù)據(jù)手冊：itr9909.pdf
  
• 電壓比較器LM393D數(shù)據(jù)手冊：lm393d.pdf
  
• 環(huán)境光傳感器BH1750FVI數(shù)據(jù)手冊：bh1750hvi.pdf
  
• FLASH W25Q64數(shù)據(jù)手冊：w25q64.pdf