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你各種各樣的新奇想法，像數字水平儀，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的物理接口與協議無關。

溫度傳感器選用了Dallas半導體的DS18B20Z，是一個單總線、12位進度的數字式溫度傳感器，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，可滿足我們日常使用的需求，DS18B20有直插和SOIC貼片兩個封裝，這里選用8pin SOIC。

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

姿態傳感器選用了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字運動處理器，廣泛應用在機器人，無人機，平衡車等產品中。

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電壓比較器進行結果輸出，保證了距離判定的穩定性。

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實現數字水平儀：在LED點陣上顯示一個“小球”，當板卡為水平時，“小球”在板卡中心不動，當板卡傾斜時，小球向對應方向進行移動；
• 利用溫度傳感器DS18B20Z采集環境溫度顯示在數碼管或者LED點陣上，并實現低溫/高溫報警；
• 利用環境光傳感器BH1750HVI制作一個環境光強檢測儀，并實現手機中自動調節屏幕亮度的功能；
• 利用FLASH存儲芯片W25Q64實現存儲圖片，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“手勢開關”等功能。 相關知識 * [[溫度傳感器模塊|FPGA驅動溫度傳感器DS18B20舉例]] * {{:單總線溫度傳感器驅動.pdf|DS18B20驅動說明}} * {{:thermometer_step_max10.rar|溫度采集和顯示demo}} * {{:環境光傳感器驅動.pdf|環境光傳感器驅動說明}} * {{:ambient_light_step_max10.rar|環境光采集和顯示demo}} * [[智能接近系統設計|FPGA驅動I2C總線設備舉例]] * [[簡易電壓表設計|FPGA驅動SPI總線設備舉例]]  FPGA邏輯實現 對于STEP Sensor板卡，其結構為模塊式，故調試也是分模塊進行：
  模塊1：bh1750fvi代碼設計
• 第一步（collect data）：與BH1750FVI環境光傳感器建立通訊，根據BH1750的手冊可知，該傳感器采用的是I2C通訊協議，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板發送16位二進制數據，當我們拿到這個數據之后，就可以對其進行數據處理。
• 第二步（process data）：將采集回來的16位數據進行處理，并將其劃分為64個亮度等級；
• 第三步（display data）：將處理后的數據以三種形式顯示出來。

三色燈：利用pwm脈沖調制的原理，根據第二步獲取的亮度參數來調整自身的亮度。

led點陣：將亮度的變化體現在LED點陣上箭頭流動的快慢當中。

數碼管：小腳丫核心板卡上兩位數碼管可顯示當前的亮度等級。

模塊2：ds18b20代碼設計

• 第一步（collect data）：與DS18B20Z溫度傳感器建立通訊，根據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板發送16位二進制數據，當我們拿到這個數據之后，就可以對其進行數據處理。
• 第二步（process data）：取二進制數據前5位數據判斷正負號；并取后面的11位數據，進行二進制轉十進制bcd碼的轉換。
• 第三步（display data）：將處理后的數據以兩種形式顯示出來。分別將當前的溫度顯示到小腳丫核心板卡上兩位數碼管上和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，將環境光的數據采集回來，并按照亮度等級，對RGB_LED燈光亮度進行控制，說明環境光傳感器可正常工作。

紅外對管的驅動比較簡單，調試結果為可通過距離控制將紅外對管作為開關使用。 姿態傳感器:可與MPU6050建立通訊并讀取其發送回的數據。

• 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
  

• 器件數據手冊：
• 陀螺儀MPU6050數據手冊：ps-mpu-6000a.pdf
  
• 溫度傳感器DS18B20Z數據手冊：ds18b20.pdf
  
• 紅外對管ITR9909數據手冊：itr9909.pdf
  
• 電壓比較器LM393D數據手冊：lm393d.pdf
  
• 環境光傳感器BH1750FVI數據手冊：bh1750hvi.pdf
  
• FLASH W25Q64數據手冊：w25q64.pdf