探索CY8CKIT - 028 - SENSE IoT傳感擴展套件

在物聯(lián)網(wǎng)和機器學(xué)習(xí)蓬勃發(fā)展的今天，傳感器和音頻組件等硬件在創(chuàng)新應(yīng)用中扮演著至關(guān)重要的角色。CY8CKIT - 028 - SENSE IoT傳感擴展套件就是這樣一款能為開發(fā)者帶來諸多便利的工具。今天，我們就來深入了解一下這款套件。

文件下載：Infineon Technologies 物聯(lián)網(wǎng)檢測擴展套件(CY8CKIT-028-SENSE).pdf

套件概況

這款套件主要是作為Arduino? UNO 基礎(chǔ)板的擴展，為其增添常見傳感器、音頻組件和用戶界面。它主要面向兩個應(yīng)用方向：

• 音頻應(yīng)用：套件內(nèi)有兩個PDM麥克風(fēng)和一個模擬麥克風(fēng)，還有帶音頻插孔連接器的音頻編解碼器。
• 機器學(xué)習(xí)（ML）應(yīng)用：包含多個傳感器，如9軸絕對定向傳感器、壓力和溫度傳感器以及麥克風(fēng)，可生成輸入數(shù)據(jù)來驅(qū)動ML算法。

套件內(nèi)容

• IoT傳感擴展板：核心組件，集成了各種傳感器和音頻組件。
• 快速入門指南：幫助用戶快速上手。

拿到套件后，要檢查內(nèi)容是否齊全，若有部件缺失，可聯(lián)系英飛凌銷售辦公室。

入門指南

要熟悉這款套件，可按以下步驟進行：

• 套件操作章節(jié)：介紹套件的工作原理和主要特性。
• 硬件章節(jié)：提供詳細的硬件描述、原理圖和物料清單（BOM）。
• 編程和調(diào)試：參考CY8CKIT - 062S2 - 43012和CY8CKIT - 064B0S2 - 4343W套件指南。 擴展板可插入英飛凌任何兼容Arduino? UNO的開發(fā)平臺，這里以CY8CKIT - 062S2 - 43012或CY8CKIT - 064B0S2 - 4343W作為基礎(chǔ)板為例。套件板上雖無可編程設(shè)備，但有一個可配置的音頻編解碼器，使用I2C作為配置接口。基礎(chǔ)板上的PSoC?設(shè)備需要固件，可使用ModusToolbox?軟件環(huán)境（v2.3.1或更高版本）進行開發(fā)。

擴展板特性

• 高精度氣壓傳感器：XENSIV?數(shù)字氣壓傳感器，內(nèi)置溫度傳感器，工作范圍300 hPa - 1200 hPa，傳感器精度0.002 hPa，相對精度±0.06 hPa，壓力溫度靈敏度0.5 Pa/K，溫度精度±0.5 °C。
• 高性能MEMS數(shù)字麥克風(fēng)：兩個XENSIV? MEMS數(shù)字麥克風(fēng)，采用英飛凌雙背板MEMS技術(shù)，動態(tài)范圍達105 dB，輸出線性度高達130 dBSPL，信噪比69 dB(A)，在128 dBSPL（AOP - 130 dBSPL）時失真小于1%，數(shù)字（PDM）接口在1 kHz時群延遲為6 μs，靈敏度和相位公差小，低頻滾降為28 Hz。
• 9軸絕對定向傳感器：結(jié)合3軸加速度計、陀螺儀和地磁傳感器。
• 喚醒聲音壓電MEMS麥克風(fēng)：可在低功耗下檢測語音活動。
• 低功耗立體聲音頻編解碼器：帶內(nèi)置Class - D音頻放大器，能驅(qū)動8歐姆1瓦揚聲器。
• OLED顯示屏：0.96英寸、128 x 64的OLED顯示屏，通過I2C與PSoC? 6 MCU接口。
• Arduino? UNO兼容接口：方便與基礎(chǔ)板連接。

額外學(xué)習(xí)資源

• 可在https://www.cypress.com/psoc查看PSoC?設(shè)備概述，包括設(shè)備系列、集成設(shè)計環(huán)境（IDEs）和相關(guān)開發(fā)套件列表。
• 參考文檔：AN228571 – Getting started with PSoC? 6 MCU on ModusToolbox?和PSoC? 6技術(shù)參考手冊。

技術(shù)支持

遇到問題可訪問Technical Support或community.cypress.com在賽普拉斯開發(fā)者社區(qū)提問，也可使用自助服務(wù)或查找當(dāng)?shù)劁N售辦公室。

套件操作

工作原理

該套件是兼容Arduino?的擴展板，可輕松將多個傳感器與PSoC? 6平臺先鋒套件連接，用于音頻和ML應(yīng)用。它包含英飛凌的PDM麥克風(fēng)和氣壓傳感器、Cirrus Logic的I2S立體聲音頻編解碼器、Vesper的模擬MEMS麥克風(fēng)、Bosch的9軸絕對定向傳感器和128x64 OLED顯示屏，由ModusToolbox?軟件示例支持，可與CY8CKIT - 062S2 - 43012和CY8CKIT - 064B0S2 - 4343W配套使用。

機器學(xué)習(xí)手勢分類代碼示例操作

若使用CY8CKIT - 064B0S2 - 4343W，需先為PSoC? 64設(shè)備配置密鑰和策略，可參考“Secure Boot” SDK用戶指南。若已配置，將密鑰和策略文件夾復(fù)制到應(yīng)用文件夾。

1. 將CY8CKIT - 028 - SENSE擴展板連接到基礎(chǔ)板。
2. 通過KitProg3 USB連接器用USB線將板連接到PC。
3. 打開終端程序，選擇KitProg3 COM端口，設(shè)置串口參數(shù)為8N1和115200波特。
4. 在ModusToolbox?軟件中構(gòu)建并編程“Machine Learning Gesture Classification”代碼示例。
5. 編程后應(yīng)用自動啟動，確認UART終端顯示“Gesture Classification Example”和日志數(shù)據(jù)，手勢分類和置信度持續(xù)更新。
6. 按特定姿勢握住板子移動手臂完成手勢。
7. 連續(xù)逆時針畫圈，確認UART終端顯示“Circle”且置信度超過70%。
8. 連續(xù)逆時針畫方塊，確認UART終端顯示“Square”且置信度超過70%。
9. 連續(xù)左右移動，確認UART終端顯示“Side - to - side”且置信度超過70%。
10. 不做手勢時，確認UART終端顯示“None”。

硬件解析

原理圖

可在套件網(wǎng)頁上查看原理圖文件。

硬件功能描述

數(shù)字MEMS麥克風(fēng)（IM69D130）

套件中有兩個數(shù)字PDM MEMS麥克風(fēng)，共享同一PDM總線。每個麥克風(fēng)有SELECT引腳，連接GND時，PDM數(shù)據(jù)在PDM時鐘下降沿可用；連接VDD時，在上升沿可用。默認由VIO_REF供電，也可通過可選電阻由PSoC? 6設(shè)備的GPIO供電以實現(xiàn)低功耗。

數(shù)字氣壓傳感器（DPS310）

英飛凌的數(shù)字MEMS氣壓傳感器，內(nèi)置溫度傳感器，通過I2C與PSoC? 6 MCU接口。SDO引腳通過100K電阻下拉確定I2C設(shè)備地址，下拉時地址為0x76，否則為0x77。有獨立的I/O電源引腳VDDIO，連接到VIO_REF以匹配邏輯電平。

9軸絕對定向傳感器（BMX160）

高度集成的低功耗9軸絕對定向傳感器，可提供精確的加速度、陀螺儀角速度和地磁測量。接口可配置為I2C和SPI，默認使用SPI。

音頻編解碼器（WM8960）

Cirrus Logic的低功耗、高質(zhì)量立體聲編解碼器，帶Class - D立體聲揚聲器驅(qū)動器，5V供電時每通道可為8歐姆揚聲器提供1瓦功率，通過I2S與基礎(chǔ)板上的PSoC? 6 MCU接口。有內(nèi)部PLL生成系統(tǒng)時鐘頻率，套件有晶體振蕩器提供外部時鐘，也可通過電阻旁路由基礎(chǔ)板上的PSoC? 6 MCU提供。通過I2C接口配置寄存器，默認7位I2C設(shè)備地址為0x34。需注意移除基礎(chǔ)板上的電阻R18和R19以避免音頻編解碼器輸出噪聲，且使用時不要將I2S外設(shè)配置為全雙工模式。

音頻插孔和類型選擇開關(guān)

用于連接耳機，可通過開關(guān)和電阻選擇不同類型耳機的麥克風(fēng)。

I2S主時鐘（MCLK）源

音頻編解碼器的I2S MCLK可由基礎(chǔ)板的MCU_MCLK信號或晶體振蕩器的OSC_MCLK信號提供，默認使用晶體振蕩器。

壓電MEMS模擬麥克風(fēng)（VM1010）與前置放大器

Vesper的模擬壓電MEMS麥克風(fēng)，低噪聲、單端模擬MEMS麥克風(fēng)，有喚醒聲音模式，僅消耗10 μA電源電流。檢測到聲音超過閾值時，可在200 μs內(nèi)切換到正常模式，模擬麥克風(fēng)信號經(jīng)前置放大器放大后輸入到基礎(chǔ)板上PSoC? 6 MCU的SAR ADC。可通過改變電阻值調(diào)整聲學(xué)閾值。

OLED顯示模塊

0.96英寸、128 x 64的單色OLED顯示模塊，對比度高，無背光，通過I2C與PSoC? 6設(shè)備接口，7位I2C設(shè)備地址為0x3C。為確保顯示模塊在1.8 VDC下工作，使用電平轉(zhuǎn)換器生成合適的I2C信號。

Arduino?兼容接口（J1, J2, J3, 和J4）

提供電源、I2C接口、SPI接口、I2S接口、PDM接口和傳感器控制I/O，以及為基礎(chǔ)板提供I2S MCLK。

I2C設(shè)備地址

擴展板重配置

音頻編解碼器MCLK源重配置

可通過加載或不加載電阻R57和R58選擇MCLK源，默認使用OSC_MCLK。

基礎(chǔ)板MCU I2S外部時鐘重配置

加載電阻R59可將晶體振蕩器輸出（OSC_MCLK）作為基礎(chǔ)板MCU I2S外設(shè)的外部時鐘。

9軸絕對定向傳感器接口選擇重配置

傳感器支持SPI和I2C接口，默認使用SPI。可通過加載或不加載特定電阻選擇接口，使用I2C時還可配置設(shè)備地址。

氣壓傳感器I2C設(shè)備地址配置

可通過加載或不加載電阻R39配置氣壓傳感器的I2C設(shè)備地址。

PDM麥克風(fēng)電源選擇重配置

可通過電阻選擇PDM麥克風(fēng)的電源，可選擇VIO_REF或GPIO。

模擬麥克風(fēng)電源選擇重配置

可通過電阻選擇模擬麥克風(fēng)的電源，可選擇VIO_REF或GPIO。

物料清單

可在套件網(wǎng)頁上查看BOM文件。

修訂歷史

CY8CKIT - 028 - SENSE IoT傳感擴展套件功能豐富，為開發(fā)者在音頻和機器學(xué)習(xí)應(yīng)用開發(fā)中提供了強大的硬件支持。通過了解其各個組件和功能，我們可以更好地利用它來實現(xiàn)創(chuàng)新的項目。大家在使用過程中有沒有遇到什么有趣的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享。