====== 传感器及点阵LED显示功能板 ======

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<WRAP center 20%>**传感器及点阵LED显示功能模块实物图** </WRAP>
===== 板卡简介 =====
STEP Sensor Card是STEP团队推出的可配合小脚丫多种底板使用的扩展板卡，板载资源十分丰富，其中包括多种传感器、16*8led点阵、flash存储等多种功能，你可以用这个子卡来实现你各种各样的新奇想法，像数字水平仪，温度计，亮度检测仪，你都可以用这个板卡去完成！
===== 模块划分 =====
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<WRAP center 15%>**传感器及点阵LED显示功能模块板载资源** </WRAP>\\

===== 功能需求 =====

  * 利用陀螺仪MPU6050实现数字水平仪：在LED点阵上显示一个“小球”，当板卡为水平时，“小球”在板卡中心不动，当板卡倾斜时，小球向对应方向进行移动；
  * 利用温度传感器DS18B20Z采集环境温度显示在数码管或者LED点阵上，并实现低温/高温报警；
  * 利用环境光传感器BH1750HVI制作一个环境光强检测仪，并实现手机中自动调节屏幕亮度的功能；
  * 利用FLASH存储芯片W25Q64实现存储图片，并将图片在点阵上进行显示；
  * 利用红外对管完成距离检测，亦可实现“手势开关”等功能。

===== 器件选择 =====

==== 总览 ====
|              ^ 型号         ^ 厂商                               ^ 封装                                    ^
^ 环境光传感器 | BH1750FVI-TR | RHOM Semiconductor                 | WSOF6I                                 |
^ 温度传感器   | DS18B20Z     | Dallas Semiconductor               | SOP8                                   |
^ Flash闪存    | W25Q64FVSFIG | Winbond Electronics Corporation   | SOP8                                   |
^ 陀螺仪       | MPU-6050     | InvenSense                        | QFN24                                  |
^ 比较器       | LM393DR      | Texas Instruments                 | SOP8                                   |

==== 环境光传感器 ====

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环境光传感器选用了RHOM的BH1750FVI，是一个I2C接口的16位高精度数字式环境光传感器，无需外部接ADC进行采集，另外其功耗很低，被广泛的应用在诸如数码相机，手机等数码产品上。\\

==== 温度传感器 ====
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温度传感器选用了Dallas半导体的DS18B20Z，是一个单总线、12位进度的数字式温度传感器，输入电压为3.0V~5.5V，比较灵活，工作温度可在-55摄氏度~125摄氏度之间，可满足我们日常使用的需求。\\

==== 姿态传感器 ====
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姿态传感器选用了Invensense的MPU6050，是一个I2C接口的6轴重力加速度计，封装采用QFN24贴片封装，可满足使用需求。

==== 红外传感器 ====
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红外传感器采用了台湾亿光电子的ITR9909，是集成了红外发射管与接收管为一体的红外传感器，并且我们使用了TI的LM393电压比较器进行结果输出，保证了距离判定的稳定性。

==== FLASH ====
{{::flash实物图.png?200|}}\\
红外对管采用了华邦电子(winbond)的W25Q64BVFIG，是一个SPI接口的FLASH存储器。

==== LED点阵 ====
LED点阵由于小脚丫STEP FPGA的管脚充足，可直接连接在管脚上，便于进行驱动。

===== 原理图说明 =====

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===== PCB布局布线 =====

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{{ :sensor_layout2.png?600 |}}
{{ ::step_sensor_pcb1.png?600 |}}
{{ ::step_sensorpcb2.png?600 |}}

===== 板卡尺寸 =====
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===== 板卡调试 =====
对于STEP Sensor板卡，其结构为模块式，故调试也是分模块进行：
==== 温度采集模块 ====
通过与DS18B20Z建立通讯，并利用LED点阵进行显示，验证了DS18B20Z与点阵模块的电路是可以正常工作的。\\
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<WRAP center 12%>**STEP Sensor Card实现温度采集** </WRAP>
==== 环境光模块 ====
通过与BH1750FVI进行通讯，将环境光的数据采集回来，并按照亮度等级，对RGB_LED灯光亮度进行控制，说明环境光传感器可正常工作。
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<WRAP center 12%>**亮度等级为00，环境光暗** </WRAP>
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<WRAP center 12%>**亮度等级为63，环境光亮** </WRAP>
==== 红外传感器模块 ====
红外对管的驱动比较简单，调试结果为可通过距离控制将红外对管作为开关使用。
姿态传感器:可与MPU6050建立通讯并读取其发送回的数据。

===== FPGA逻辑实现 =====

模块1：bh1750fvi代码设计

  * 第一步（collect data）：与BH1750FVI环境光传感器建立通讯，根据BH1750的手册可知，该传感器采用的是I2C通讯协议，在成功与其建立通讯之后，BH1750会周期性地向我们的小脚丫开发板发送16位二进制数据，当我们拿到这个数据之后，就可以对其进行数据处理。
  * 第二步（process data）：将采集回来的16位数据进行处理，并将其划分为64个亮度等级；
  * 第三步（display data）：将处理后的数据以三种形式显示出来。

三色灯：利用pwm脉冲调制的原理，根据第二步获取的亮度参数来调整自身的亮度。

led点阵：将亮度的变化体现在LED点阵上箭头流动的快慢当中。

数码管：小脚丫核心板卡上两位数码管可显示当前的亮度等级。

模块2：ds18b20代码设计

  * 第一步（collect data）：与DS18B20Z温度传感器建立通讯，根据DS18B20Z的手册可知，该传感器采用的是单总线的通信方式，在成功与其建立通讯之后，DS18B20Z会周期性地向我们的小脚丫开发板发送16位二进制数据，当我们拿到这个数据之后，就可以对其进行数据处理。
  * 第二步（process data）：取二进制数据前5位数据判断正负号；并取后面的11位数据，进行二进制转十进制bcd码的转换。
  * 第三步（display data）：将处理后的数据以两种形式显示出来。分别将当前的温度显示到小脚丫核心板卡上两位数码管上和LED点阵上。
===== 测试报告及说明 =====

===== 相关文档 =====
STEP Sensor Card原理图：{{::step_sensor_card.rar|}}\\
STEP Sensor PCB:{{::step_sensor_card_v1.1.rar|}}\\
STEP PCIE Card尺寸图：{{:step_pcie_card_.pdf|}}\\
陀螺仪MPU6050数据手册：{{::ps-mpu-6000a.pdf|}}\\
温度传感器DS18B20Z数据手册：{{::ds18b20.pdf|}}\\
红外对管ITR9909数据手册：{{:itr9909.pdf|}}\\
电压比较器LM393D数据手册：{{::lm393d.pdf|}}\\
环境光传感器BH1750FVI数据手册：{{:bh1750hvi.pdf|}}\\
FLASH W25Q64数据手册：{{::w25q64.pdf|}}\\