使用NXP MCX W71無線MCU保護您的資產 智能電表和家庭安防解決方案
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圖源：Naret/Stock.adobe.com；使用AI生成
作者：Joseph Downing，貿澤電子專稿
發(fā)布日期：2025年2月5日
試想一下，如果無論在家中還是在工作場所，都能立即檢測到對您寶貴資產所做的任何篡改、盜竊或濫用行為，并收到警報，是不是會讓您感到無比安心？本實踐指南就將介紹這樣一個項目，它采用將Mikroe Hall Switch 3 Click連接到NXP FRDM-MCXW71開發(fā)板的方案，來配置NXP Semiconductors的FXLS8974CF加速度計和NXP NMH1000磁開關傳感器，借助它們的低功耗運動喚醒和磁喚醒功能自主檢測可疑活動，并通過低功耗藍牙無線UART傳輸警報消息。
本項目的核心理念是利用先進的傳感器技術保護高價值或涉及安全事宜的資產。例如，它可以監(jiān)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)授權進入的情況以提高家庭安全性。它還可以防止個人醫(yī)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。這項技術甚至可以用于一些簡單的應用，例如開/關門檢測。
在這個項目中，F(xiàn)XLS8974CF加速度計和NMH1000磁開關傳感器分別用于檢測特定的運動或磁變化。當這些傳感器檢測到異常時，它們就會觸發(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)，從而延長電池續(xù)航時間。一旦觸發(fā)警報，傳感器就會通過低功耗藍牙發(fā)送警報消息，讓用戶立即收到通知。
項目材料與資源
項目物料清單（BOM）
· NXP Semiconductors FRDM-MCXW71開發(fā)板
· Mikroe MIKROE-6017 Hall Switch 3 Click
項目代碼/軟件
其他資源
· 終端軟件（如PuTTY，或者MCUXpresso 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端口類型）
帳戶
· NXP帳戶（可免費創(chuàng)建）
項目技術概述
NXP FRDM-MCXW71開發(fā)板（圖1）是一款多功能、可擴展的平臺，設計用于對MCX W71無線微控制器進行快速原型設計與便捷評估。這款緊湊型開發(fā)板非常適合用來探索多協(xié)議無線支持功能，包括低功耗藍牙、Zigbee?、Thread和Matter。
圖1：NXP FRDM-MCXW71開發(fā)板。（圖源：貿澤電子）
主要特性：
· 配備板載MCU-Link調試器，可簡化調試和編程。
· 采用行業(yè)標準接頭，便于訪問MCU的輸入/輸出。
· 使用外部SPI閃存，從而增強了存儲能力。
FRDM-MCXW71開發(fā)板非常適合開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應用、智能家居設備和工業(yè)自動化系統(tǒng)，可為創(chuàng)新項目提供堅實的基礎。
FRDM-MCXW71開發(fā)板配備NXP FXLS8974CF數(shù)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喚醒功能的各種工業(yè)和醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)應用。
Mikroe Hall Switch 3 Click（圖2）是一款緊湊型磁場激活開關，設計用于簡化您的電子項目。這款附加板采用NXP NMH1000霍爾效應磁開關，非常適合電子系統(tǒng)喚醒、家庭自動化（如門窗開關檢測）、非接觸式開關和接近檢測等應用。
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(tǒng)中。
· 配備ClickID?，便于自動檢測并識別附加板，簡化設置和配置。
· 使用開源的mikroSDK庫，可實現(xiàn)靈活評估和定制。
軟件概述
MCUXpresso IDE
MCUXpresso集成開發(fā)環(huán)境（IDE）（圖3）為開發(fā)人員提供基于Eclipse的用戶友好開發(fā)環(huán)境，專為搭載Arm? Cortex?-M內核的NXP MCU量身定制，包括通用跨界MCU和支持無線功能的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）通過提供開源驅動程序、中間件和參考示例應用來加快軟件開發(fā)速度。通過SDK Builder，用戶可以定制并下載與所選處理器或評估板相匹配的軟件開發(fā)套件（SDK），從而簡化開發(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）提供了用戶友好的方式來評估NXP聯(lián)網(wǎng)芯片組的低功耗藍牙、Zigbee和Thread應用，增強了開箱即用的體驗。這款多合一移動應用可在Google Play和App Store上下載，通過低功耗藍牙和自定義專有配置文件展示NXP的功能，實現(xiàn)與各種智能手機的交互。
圖5：用于Android的NXP IoT Toolbox。（圖源：貿澤電子）
項目開發(fā)
本項目將展示如何通過集成各種設備，對這項應用進行概念驗證。
硬件組裝
本項目僅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
安裝步驟非常簡單，只需導航至NXP MCUXpresso IDE下載網(wǎng)站（圖7）。
圖7：MCUXpresso IDE下載頁面。（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(xiàn)提示，請按照屏幕上的說明創(chuàng)建帳戶。在接下來的畫面上，您可以選擇要下載的版本以及要使用的操作系統(tǒng)（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(tǒng)。
圖9：MCUXpresso IDE版本和操作系統(tǒng)選擇界面。（圖源：貿澤電子）
SDK安裝
SDK包含驅動程序、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，設計用于實現(xiàn)NXP MCU產品組合的無縫集成。通過該SDK庫，用戶能夠連接設備并與之交互、對設置進行配置以及管理數(shù)據(jù)操作，包括安全數(shù)據(jù)處理。窄帶單元（NBU）是一個無線電內核，包含低功耗藍牙單元和專用閃存。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。
在MCUXpresso IDE歡迎頁面中，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BLE無線UART進行篡改檢測）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導入和克隆（clone）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，將該開發(fā)板的J10 USB Type-C?口連接到PC。
3. 松開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(zhí)行
現(xiàn)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MCUXpresso IDE。此時示例項目應出現(xiàn)在Project Explorer（項目瀏覽器）窗口中。
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刷寫工具）圖標。
3. 在Probes discovered（發(fā)現(xiàn)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(xiàn)窗口。（圖源：貿澤電子）
4. 在下一個窗口中，單擊Run…（運行）開始編程。如果編程成功，MCXW71開發(fā)板的藍色LED指示燈（位于Hall Switch 3 Click下方）將會閃爍。
5. 打開終端軟件，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. 在移動設備上，打開NXP IoT Toolbox（圖22）。
7. 選擇Wireless UART（無線UART）（圖23）。
圖22：NXP IoT Toolbox移動應用。（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. 移動或搖晃FRDM-MCXW71開發(fā)板以觸發(fā)警報。此時下面的消息應出現(xiàn)在NXP IoT Toolbox（圖24）和終端窗口（圖25）中。
圖24：NXP IoT Toolbox無線終端中顯示運動篡改檢測警報。（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無線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。此時若將磁鐵放在Hall Switch 3 Click上方，便會輸出如圖26所示的結果。
結語
本項目中的技術并不僅僅適用于技術愛好者；它還具有實際應用，能夠使日常生活更加安全、更有保障。無論您是要保護個人物品、確保醫(yī)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(tǒng)中，便可以讓您隨時了解情況并迅速采取行動，確保在各種環(huán)境下都能安心無憂。
作者簡介
Joseph Downing于2011年加入貿澤電子，擔任技術支持專員，后轉為技術內容專員。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專欄（Mouser.com網(wǎng)站上）以及貿易展會提供技術項目和材料。
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