使用NXP MCX W71無線MCU保護(hù)您的資產(chǎn) 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(mào)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(chǎn)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(guān)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(lán)牙無線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(hù)高價值或涉及安全事宜的資產(chǎn)。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(quán)進(jìn)入的情況以提高家庭安全性。它還可以防止個人醫(yī)療設(shè)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(jī)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單的應(yīng)用，例如開/關(guān)門檢測。
在這個項目中，F(xiàn)XLS8974CF加速度計和NMH1000磁開關(guān)傳感器分別用于檢測特定的運動或磁變化。當(dāng)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(shè)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(lán)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M(jìn)CUXpresso IDE中的命令行界面）
其他硬件
· 運行Windows的PC
· USB Type-C轉(zhuǎn)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(shù)概述
NXP FRDM-MCXW71開發(fā)板（圖1）是一款多功能、可擴(kuò)展的平臺，設(shè)計用于對MCX W71無線微控制器進(jìn)行快速原型設(shè)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(lán)牙、Zigbee?、Thread和Matter。
圖1：NXP FRDM-MCXW71開發(fā)板。（圖源：貿(mào)澤電子）
主要特性：
· 配備板載MCU-Link調(diào)試器，可簡化調(diào)試和編程。
· 采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接頭，便于訪問MCU的輸入/輸出。
· 使用外部SPI閃存，從而增強(qiáng)了存儲能力。
FRDM-MCXW71開發(fā)板非常適合開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、智能家居設(shè)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(chǔ)。
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(shè)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(yīng)用。
Mikroe Hall Switch 3 Click（圖2）是一款緊湊型磁場激活開關(guān)，設(shè)計用于簡化您的電子項目。這款附加板采用NXP NMH1000霍爾效應(yīng)磁開關(guān)，非常適合電子系統(tǒng)喚醒、家庭自動化（如門窗開關(guān)檢測）、非接觸式開關(guān)和接近檢測等應(yīng)用。
圖2：Mikroe Hall Switch 3 Click。（圖源：貿(mào)澤電子）
主要特性：
· 兼容mikroBUS?，能夠輕松集成到各種支持mikroBUS標(biāo)準(zhǔn)的主機(jī)系統(tǒng)中。
· 配備ClickID?，便于自動檢測并識別附加板，簡化設(shè)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(nèi)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(diào)試功能，包括MCU特定調(diào)試視圖、代碼跟蹤和剖析、多核調(diào)試以及集成的配置工具。
圖3：NXP MCUXpresso IDE主界面。（圖源：貿(mào)澤電子）
MCUXpresso SDK
MCUXpresso SDK Builder（圖4）通過提供開源驅(qū)動程序、中間件和參考示例應(yīng)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(gòu)建并安裝該SDK。
圖4：NXP MCUXpresso SDK Builder。（圖源：貿(mào)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(lán)牙、Zigbee和Thread應(yīng)用，增強(qiáng)了開箱即用的體驗。這款多合一移動應(yīng)用可在Google Play和App Store上下載，通過低功耗藍(lán)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(jī)的交互。
圖5：用于Android的NXP IoT Toolbox。（圖源：貿(mào)澤電子）
項目開發(fā)
本項目將展示如何通過集成各種設(shè)備，對這項應(yīng)用進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(mào)澤電子）
軟件安裝
安裝步驟非常簡單，只需導(dǎo)航至NXP MCUXpresso IDE下載網(wǎng)站（圖7）。
圖7：MCUXpresso IDE下載頁面。（圖源：貿(mào)澤電子）
1. 在網(wǎng)站上，單擊Downloads（下載）。
2. 導(dǎo)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(mào)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(mào)澤電子）
SDK安裝
SDK包含驅(qū)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(mào)澤電子）
3. 在屏幕右側(cè)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(mào)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(shè)計用于實現(xiàn)NXP MCU產(chǎn)品組合的無縫集成。通過該SDK庫，用戶能夠連接設(shè)備并與之交互、對設(shè)置進(jìn)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(nèi)核，包含低功耗藍(lán)牙單元和專用閃存。為確保本項目中的設(shè)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(dǎo)入）鏈接（圖12）。
圖12：MCUXpresso IDE歡迎頁面中的導(dǎo)入應(yīng)用程序代碼鏈接。（圖源：貿(mào)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(jìn)行篡改檢測）演示（圖13）。
圖13：MCUXpresso IDE導(dǎo)入項目窗口。（圖源：貿(mào)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(mào)澤電子）
7. 在下一個窗口中，選擇本地目標(biāo)目錄，然后單擊Next。
8. 保持默認(rèn)向?qū)幱谶x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(dǎo)入和克?。╟lone）項目（圖源：貿(mào)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(biāo)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(mào)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(fù)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(rèn)設(shè)備管理器中MCU-Link COM端口是否位于正確的位置（圖17）。
圖17：設(shè)備管理器窗口。（圖源：貿(mào)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(yīng)的COM端口（圖18）。
圖18：NBU固件更新。（圖源：貿(mào)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(fù)制，我們可以構(gòu)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(yīng)出現(xiàn)在Project Explorer（項目瀏覽器）窗口中。
編譯/構(gòu)建frdmmcxw71_fxls8974_tamper_detect項目：在項目窗口中選擇該項目，然后單擊Build（構(gòu)建）圖標(biāo)，或者右鍵單擊該項目并選擇Build（圖19）。
圖19：在MCUXpresso IDE中構(gòu)建演示項目。（圖源：貿(mào)澤電子）
2. 單擊GUI Flash Tool（GUI刷寫工具）圖標(biāo)。
3. 在Probes discovered（發(fā)現(xiàn)調(diào)試器）窗口（圖20）中，選擇MCU-LINK，然后單擊OK（確定）。
圖20：調(diào)試器發(fā)現(xiàn)窗口。（圖源：貿(mào)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(lán)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(shè)置為115200（圖21）。
圖21：終端界面設(shè)置。（圖源：貿(mào)澤電子）
6. 在移動設(shè)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(yīng)用。（圖源：貿(mào)澤電子）
圖23：NXP IoT Toolbox中的Wireless UART界面。（圖源：貿(mào)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(yīng)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(mào)澤電子）
圖25：設(shè)備連接后的終端界面。（圖源：貿(mào)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(mào)澤電子）
10. 要測試霍爾效應(yīng)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(jié)果。
結(jié)語
本項目中的技術(shù)并不僅僅適用于技術(shù)愛好者；它還具有實際應(yīng)用，能夠使日常生活更加安全、更有保障。無論您是要保護(hù)個人物品、確保醫(yī)療設(shè)備的完整性，還是保護(hù)工業(yè)設(shè)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(mào)澤電子，擔(dān)任技術(shù)支持專員，后轉(zhuǎn)為技術(shù)內(nèi)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(yīng)用與技術(shù)專欄（Mouser.com網(wǎng)站上）以及貿(mào)易展會提供技術(shù)項目和材料。
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