传感器及点阵LED显示功能板

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、168led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！
板载资源：
* 环境光传感器BH1750FVI-TR * 温度传感器DS18B20Z * Flash闪存W25Q64FVSFIG * 陀螺仪MPU-6050 * 红外对管，比较器LM393DR * 168 LED阵列

该模块与FPGA使用PCIE接口连接，这里只使用PCIE的物理接口与协议无关。

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，DS18B20有直插和SOIC贴片两个封装，这里选用8pin SOIC。

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。

姿态传感器选用了Invensense的MPU6050，是一个I2C接口的9轴运动处理传感器，集成了3轴陀螺仪和3轴加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器，广泛应用在机器人，无人机，平衡车等产品中。

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。

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。板上集成16*8共128个LED，组成的LED阵列。

板上集成了一个串行Flash W25Q64，容量64Mbit，SPI接口。

• 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。 相关知识 * [[温度传感器模块|FPGA驱动温度传感器DS18B20举例]] * {{:单总线温度传感器驱动.pdf|DS18B20驱动说明}} \\ * {{:thermometer_step_max10.rar|温度采集和显示demo}} \\ * {{:环境光传感器驱动.pdf|环境光传感器驱动说明}} \\ * {{:ambient_light_step_max10.rar|环境光采集和显示demo}} \\ * [[智能接近系统设计|FPGA驱动I2C总线设备举例]] \\ * [[简易电压表设计|FPGA驱动SPI总线设备举例]] \\ FPGA逻辑实现 对于STEP Sensor板卡，其结构为模块式，故调试也是分模块进行：
  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。

我们提供了两个演示程序，功能包括BH1750亮度采集，DS18B20温度采集和LED的扫描显示。
程序分Lattice MXO2和Intel MAX10两个版本，请根据使用的FPGA型号选择。
Lattice MXO2版本：sensorcard-step_mxo2.rar
Intel MAX10版本：sensorcard-step_max10.rar

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。

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。

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。

• Sensor Card 用户使用手册：sensor_board使用手册v1.0.pdf
  
• Sensor Card 硬件手册：sensor_board用户硬件手册.pdf
  
• STEP Sensor Card原理图：sensor_expandboard_v1.1.pdf
  
• STEP Sensor PCB:step_sensor_card_v1.1.rar
  
• STEP PCIE Card尺寸图：step_pcie_card_.pdf
  

• 器件数据手册：
  • 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