傳感器及點(diǎn)陣LED顯示功能板

作者：時(shí)間：2023-11-28 來源：小腳丫STEP開源社區(qū)

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本文引用地址：http://2s4d.com/article/202311/453374.htm

傳感器及點(diǎn)陣LED顯示功能模塊實(shí)物圖

板卡簡(jiǎn)介

STEP Sensor Card是STEP團(tuán)隊(duì)推出的可配合小腳丫多種底板使用的擴(kuò)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(chǔ)等多種功能，你可以用這個(gè)子卡來實(shí)現(xiàn)你各種各樣的新奇想法，像數(shù)字水平儀，溫度計(jì)，亮度檢測(cè)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(duì)管，比較器LM393DR * 168 LED陣列

傳感器及點(diǎn)陣LED顯示功能模塊板載資源

硬件資源介紹

結(jié)構(gòu)框圖

器件選型

	型號(hào)	廠商	封裝
環(huán)境光傳感器	BH1750FVI-TR	RHOM Semiconductor	WSOF6I
溫度傳感器	DS18B20Z	Dallas Semiconductor	SOP8
Flash閃存	W25Q64FVSFIG	Winbond Electronics Corporation	SOP8
陀螺儀	MPU-6050	InvenSense	QFN24
比較器	LM393DR	Texas Instruments	SOP8

接口

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

溫度傳感器選用了Dallas半導(dǎo)體的DS18B20Z，是一個(gè)單總線、12位進(jìn)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?，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

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(shù)字式環(huán)境光傳感器，無需外部接ADC進(jìn)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(jī)，手機(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品上。

姿態(tài)傳感器

姿態(tài)傳感器選用了Invensense的MPU6050，是一個(gè)I2C接口的9軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器，集成了3軸陀螺儀和3軸加速度計(jì)，以及一個(gè)可擴(kuò)展的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器，廣泛應(yīng)用在機(jī)器人，無人機(jī)，平衡車等產(chǎn)品中。

紅外傳感器

紅外傳感器采用了臺(tái)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(jié)果輸出，保證了距離判定的穩(wěn)定性。

LED點(diǎn)陣

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(qū)動(dòng)。板上集成16*8共128個(gè)LED，組成的LED陣列。

FLASH

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

管腳對(duì)應(yīng)表

使用示例

功能需求描述

利用陀螺儀MPU6050實(shí)現(xiàn)數(shù)字水平儀：在LED點(diǎn)陣上顯示一個(gè)“小球”，當(dāng)板卡為水平時(shí)，“小球”在板卡中心不動(dòng)，當(dāng)板卡傾斜時(shí)，小球向?qū)?yīng)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(shù)碼管或者LED點(diǎn)陣上，并實(shí)現(xiàn)低溫/高溫報(bào)警；
利用環(huán)境光傳感器BH1750HVI制作一個(gè)環(huán)境光強(qiáng)檢測(cè)儀，并實(shí)現(xiàn)手機(jī)中自動(dòng)調(diào)節(jié)屏幕亮度的功能；
利用FLASH存儲(chǔ)芯片W25Q64實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)圖片，并將圖片在點(diǎn)陣上進(jìn)行顯示；
利用紅外對(duì)管完成距離檢測(cè)，亦可實(shí)現(xiàn)“手勢(shì)開關(guān)”等功能。相關(guān)知識(shí) * [[溫度傳感器模塊|FPGA驅(qū)動(dòng)溫度傳感器DS18B20舉例]] * {{:單總線溫度傳感器驅(qū)動(dòng).pdf|DS18B20驅(qū)動(dòng)說明}} * {{:thermometer_step_max10.rar|溫度采集和顯示demo}} * {{:環(huán)境光傳感器驅(qū)動(dòng).pdf|環(huán)境光傳感器驅(qū)動(dòng)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(jì)|FPGA驅(qū)動(dòng)I2C總線設(shè)備舉例]] * [[簡(jiǎn)易電壓表設(shè)計(jì)|FPGA驅(qū)動(dòng)SPI總線設(shè)備舉例]] FPGA邏輯實(shí)現(xiàn) 對(duì)于STEP Sensor板卡，其結(jié)構(gòu)為模塊式，故調(diào)試也是分模塊進(jìn)行：
模塊1：bh1750fvi代碼設(shè)計(jì)
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(cè)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發(fā)板發(fā)送16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，當(dāng)我們拿到這個(gè)數(shù)據(jù)之后，就可以對(duì)其進(jìn)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(jìn)行處理，并將其劃分為64個(gè)亮度等級(jí)；
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(diǎn)陣：將亮度的變化體現(xiàn)在LED點(diǎn)陣上箭頭流動(dòng)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(jí)。

模塊2：ds18b20代碼設(shè)計(jì)

第一步（collect data）：與DS18B20Z溫度傳感器建立通訊，根據(jù)DS18B20Z的手冊(cè)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(huì)周期性地向我們的小腳丫開發(fā)板發(fā)送16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，當(dāng)我們拿到這個(gè)數(shù)據(jù)之后，就可以對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
第二步（process data）：取二進(jìn)制數(shù)據(jù)前5位數(shù)據(jù)判斷正負(fù)號(hào)；并取后面的11位數(shù)據(jù)，進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)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(diǎn)陣上。

演示程序

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(qǐng)根據(jù)使用的FPGA型號(hào)選擇。
Lattice MXO2版本：sensorcard-step_mxo2.rar
Intel MAX10版本：sensorcard-step_max10.rar