探索CY8CKIT - 028 - SENSE IoT傳感擴(kuò)展套件

在物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)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(kuò)展套件就是這樣一款能為開(kāi)發(fā)者帶來(lái)諸多便利的工具。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款套件。

文件下載：Infineon Technologies 物聯(lián)網(wǎng)檢測(cè)擴(kuò)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(kuò)展，為其增添常見(jiàn)傳感器、音頻組件和用戶界面。它主要面向兩個(gè)應(yīng)用方向：

• 音頻應(yīng)用：套件內(nèi)有兩個(gè)PDM麥克風(fēng)和一個(gè)模擬麥克風(fēng)，還有帶音頻插孔連接器的音頻編解碼器。
• 機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）應(yīng)用：包含多個(gè)傳感器，如9軸絕對(duì)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(lái)驅(qū)動(dòng)ML算法。

套件內(nèi)容

• IoT傳感擴(kuò)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(jìn)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(xì)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(kuò)展板可插入英飛凌任何兼容Arduino? UNO的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，這里以CY8CKIT - 062S2 - 43012或CY8CKIT - 064B0S2 - 4343W作為基礎(chǔ)板為例。套件板上雖無(wú)可編程設(shè)備，但有一個(gè)可配置的音頻編解碼器，使用I2C作為配置接口?；A(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(jìn)行開(kāi)發(fā)。

擴(kuò)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(duì)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(gè)XENSIV? MEMS數(shù)字麥克風(fēng)，采用英飛凌雙背板MEMS技術(shù)，動(dòng)態(tài)范圍達(dá)105 dB，輸出線性度高達(dá)130 dBSPL，信噪比69 dB(A)，在128 dBSPL（AOP - 130 dBSPL）時(shí)失真小于1%，數(shù)字（PDM）接口在1 kHz時(shí)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(duì)定向傳感器：結(jié)合3軸加速度計(jì)、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(cè)語(yǔ)音活動(dòng)。
• 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(dòng)8歐姆1瓦揚(yáng)聲器。
• OLED顯示屏：0.96英寸、128 x 64的OLED顯示屏，通過(guò)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(jì)環(huán)境（IDEs）和相關(guān)開(kāi)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(cè)。

技術(shù)支持

遇到問(wèn)題可訪問(wèn)Technical Support或community.cypress.com在賽普拉斯開(kāi)發(fā)者社區(qū)提問(wèn)，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(kuò)展板，可輕松將多個(gè)傳感器與PSoC? 6平臺(tái)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(duì)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(jī)器學(xué)習(xí)手勢(shì)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(kuò)展板連接到基礎(chǔ)板。
2. 通過(guò)KitProg3 USB連接器用USB線將板連接到PC。
3. 打開(kāi)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(dòng)啟動(dòng)，確認(rèn)UART終端顯示“Gesture Classification Example”和日志數(shù)據(jù)，手勢(shì)分類和置信度持續(xù)更新。
6. 按特定姿勢(shì)握住板子移動(dòng)手臂完成手勢(shì)。
7. 連續(xù)逆時(shí)針畫(huà)圈，確認(rèn)UART終端顯示“Circle”且置信度超過(guò)70%。
8. 連續(xù)逆時(shí)針畫(huà)方塊，確認(rèn)UART終端顯示“Square”且置信度超過(guò)70%。
9. 連續(xù)左右移動(dòng)，確認(rèn)UART終端顯示“Side - to - side”且置信度超過(guò)70%。
10. 不做手勢(shì)時(shí)，確認(rèn)UART終端顯示“None”。

硬件解析

原理圖

可在套件網(wǎng)頁(yè)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(gè)數(shù)字PDM MEMS麥克風(fēng)，共享同一PDM總線。每個(gè)麥克風(fēng)有SELECT引腳，連接GND時(shí)，PDM數(shù)據(jù)在PDM時(shí)鐘下降沿可用；連接VDD時(shí)，在上升沿可用。默認(rèn)由VIO_REF供電，也可通過(guò)可選電阻由PSoC? 6設(shè)備的GPIO供電以實(shí)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(guò)I2C與PSoC? 6 MCU接口。SDO引腳通過(guò)100K電阻下拉確定I2C設(shè)備地址，下拉時(shí)地址為0x76，否則為0x77。有獨(dú)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(duì)定向傳感器（BMX160）

高度集成的低功耗9軸絕對(duì)定向傳感器，可提供精確的加速度、陀螺儀角速度和地磁測(cè)量。接口可配置為I2C和SPI，默認(rèn)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(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器，5V供電時(shí)每通道可為8歐姆揚(yáng)聲器提供1瓦功率，通過(guò)I2S與基礎(chǔ)板上的PSoC? 6 MCU接口。有內(nèi)部PLL生成系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，套件有晶體振蕩器提供外部時(shí)鐘，也可通過(guò)電阻旁路由基礎(chǔ)板上的PSoC? 6 MCU提供。通過(guò)I2C接口配置寄存器，默認(rèn)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(shí)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(kāi)關(guān)

用于連接耳機(jī)，可通過(guò)開(kāi)關(guān)和電阻選擇不同類型耳機(jī)的麥克風(fēng)。

I2S主時(shí)鐘（MCLK）源

音頻編解碼器的I2S MCLK可由基礎(chǔ)板的MCU_MCLK信號(hào)或晶體振蕩器的OSC_MCLK信號(hào)提供，默認(rèn)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(cè)到聲音超過(guò)閾值時(shí)，可在200 μs內(nèi)切換到正常模式，模擬麥克風(fēng)信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后輸入到基礎(chǔ)板上PSoC? 6 MCU的SAR ADC?？赏ㄟ^(guò)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(duì)比度高，無(wú)背光，通過(guò)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(hào)。

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(kuò)展板重配置

音頻編解碼器MCLK源重配置

可通過(guò)加載或不加載電阻R57和R58選擇MCLK源，默認(rèn)使用OSC_MCLK。

基礎(chǔ)板MCU I2S外部時(shí)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(shí)鐘。

9軸絕對(duì)定向傳感器接口選擇重配置

傳感器支持SPI和I2C接口，默認(rèn)使用SPI?？赏ㄟ^(guò)加載或不加載特定電阻選擇接口，使用I2C時(shí)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(guò)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(guò)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(guò)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(yè)上查看BOM文件。

修訂歷史

CY8CKIT - 028 - SENSE IoT傳感擴(kuò)展套件功能豐富，為開(kāi)發(fā)者在音頻和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用開(kāi)發(fā)中提供了強(qiáng)大的硬件支持。通過(guò)了解其各個(gè)組件和功能，我們可以更好地利用它來(lái)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的項(xiàng)目。大家在使用過(guò)程中有沒(méi)有遇到什么有趣的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。