使用 TPIS1S1385 和 ATmega328P 实现精确的存在感应和运动检测

创造安全、智能和高效的环境

已发布 6月 27, 2024

点击板

Presence Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

我们的红外解决方案是一种多功能工具，旨在在各种应用中实现精确的存在感应、运动检测和远程过温保护。

硬件概览

它是如何工作的？

Presence Click基于Excelitas Technologies的CaliPile™多功能红外传感器系列中的TPiS 1S 1385设备。尽管其设计非常紧凑（4.4 x 2.6 x 1.75 mm²），但它具有集成的信号处理ASIC，可以检测到CaliPile™系列所有传感器常见的几种不同事件。TPiS 1S 1385具有近场运动检测、存在检测和远程温度测量功能。红外光从物体发射并被热电堆传感器检测，经过高灵敏度的17位ADC转换，并进行数字处理以允许事件检测。事件检测可以通过I2C接口访问相应的配置寄存器进行微调。CaliPile™系列传感器可以利用嵌入的处理引擎来检测几种不同的事件，包括运动、存在和温度冲击事件。每个事件基于测量温度然后与经过时间间隔后的值进行比较。在处理数据时，设备不会消耗太多电力；在采样间隔期间消耗的电力明显更多。由于测量只在几个时间点进行，总体上消耗的电力不多。这个特点允

许在电池供电系统上使用传感器IC。特别有趣的一个功能是环境温度冲击检测。它允许检测温度的快速变化，可用于远程检测一些电力装置或类似不可接近位置的过温事件。TPiS 1S 1385能够进行数据处理。然而，主机MCU上运行的固件必须执行一些计算，考虑来自EEPROM的校准参数，以确定目标物体的温度。热电堆传感器对红外光反射作出反应；因此，需要考虑一些外部参数。关于这些参数及如何计算输出的更多信息可以在TPiS 1S 1385数据手册中找到。中断引脚允许将检测到的事件报告给主机MCU。这对于基于接近唤醒的应用程序至关重要。只有在读取中断状态寄存器后，中断才会被清除。中断引脚是一个主动低电平输出，路由到mikroBUS™的INT引脚。当不被断言时，它由板载电阻拉到高逻辑电平。上电后，设备只响应通用呼叫地址，即0x00。收到通用呼叫后，它会加载存

储在EEPROM寄存器中的I2C地址。根据此寄存器中的最高有效位（MSB），物理引脚A0和A1的状态将替换两个最低有效位（LSB）的值。引脚A0和A1路由到标有ADR SEL的SMD跳线组，当I2C总线上存在多个设备时，开发人员可以选择I2C从地址。TPiS 1S 1385的数据手册说明了EEPROM寄存器及A0和A1引脚的使用。然而，Click板™由一组mikroSDK库函数支持，这些函数简化了该IC的使用，并附带了一个演示示例，可用作自定义设计的参考。除了TPiS 1S 1385，Presence Click还具有另外两个IC：PCA9306和74LVCH1T45。PCA9306是用于I2C信号的双向电平转换器，而74LVCH1T45是用于INT线的单比特电平转换器。两个IC均由NXP生产。它们允许3.3V和5V的MCU与Click板™接口，大大扩展了其可用性。

功能概述

开发板

Arduino UNO 是围绕 ATmega328P 芯片构建的多功能微控制器板。它为各种项目提供了广泛的连接选项，具有 14 个数字输入/输出引脚，其中六个支持 PWM 输出，以及六个模拟输入。其核心组件包括一个 16MHz 的陶瓷谐振器、一个 USB 连接器、一个电

源插孔、一个 ICSP 头和一个复位按钮，提供了为板子供电和编程所需的一切。UNO 可以通过 USB 连接到计算机，也可以通过 AC-to-DC 适配器或电池供电。作为第一个 USB Arduino 板，它成为 Arduino 平台的基准，"Uno" 符号化其作为系列首款产品的地

位。这个名称选择，意为意大利语中的 "一"，是为了纪念 Arduino Software（IDE）1.0 的推出。最初与 Arduino Software（IDE）版本1.0 同时推出，Uno 自此成为后续 Arduino 发布的基础模型，体现了该平台的演进。

微控制器概述

MCU卡片 / MCU

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

硅供应商

Microchip

引脚数

RAM (字节)

2048

你完善了我！

配件

Click Shield for Arduino UNO 具有两个专有的 mikroBUS™ 插座，使所有 Click board™ 设备能够轻松与 Arduino UNO 板进行接口连接。Arduino UNO 是一款基于 ATmega328P 的微控制器开发板，为用户提供了一种经济实惠且灵活的方式来测试新概念并构建基于 ATmega328P 微控制器的原型系统，结合了性能、功耗和功能的多种配置选择。Arduino UNO 具有 14 个数字输入/输出引脚（其中 6 个可用作 PWM 输出）、6 个模拟输入、16 MHz 陶瓷谐振器（CSTCE16M0V53-R0）、USB 接口、电源插座、ICSP 头和复位按钮。大多数 ATmega328P 微控制器的引脚都连接到开发板左右两侧的 IO 引脚，然后再连接到两个 mikroBUS™ 插座。这款 Click Shield 还配备了多个开关，可执行各种功能，例如选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平，以及选择 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外，用户还可以通过现有的双向电平转换电压转换器使用任何 Click board™，无论 Click board™ 运行在 3.3V 还是 5V 逻辑电压电平。一旦将 Arduino UNO 板与 Click Shield for Arduino UNO 连接，用户即可访问数百种 Click board™，并兼容 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的设备。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

RST

SCK

MISO

MOSI

Power Supply

3.3V

Ground

GND

PWM

Interrupt

PC3

INT

I2C Clock

PC5

SCL

I2C Data

PC4

SDA

Power Supply

Ground

GND

“仔细看看！”

Click board™ 原理图

一步一步来

项目组装

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Arduino UNO Rev3作为您的开发板开始。

Arduino UNO Rev3 front image hardware assembly

Barometer 13 Click front image hardware assembly

Arduino UNO Rev3 MB 1 - upright/background hardware assembly

Necto No Display image step 8 hardware assembly

Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下，“应用程序输出”窗口支持实时数据监控，直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境，以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输，实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置，以确保正常运行。有关分步设置说明，请参考提供的教程。

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据，使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置，请按照提供的教程，其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时，请使用以下函数：plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式，用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称，并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 Presence Click 驱动程序的 API。

关键功能：

presence_ambient_temperature - 此函数返回环境温度（摄氏度）。
presence_object_temperature - 此函数返回物体温度。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio。应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * \file 
 * \brief Presence Click example
 * 
 * # Description
 * This application enables usage of sensor for motion and presence sensing
 * and measuring of object's and ambient temperature.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes driver and performs the click default configuration.
 * 
 * ## Application Task  
 * Checks whether a new event (motion, presence or over-temperature) is detected. 
 * If there's no event detected it reads the ambient and object temperature and displays
 * the results on the USB UART.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "presence.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static presence_t presence;
static log_t logger;

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    presence_cfg_t cfg;

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, "---- Application Init ----" );

    //  Click initialization.
    presence_cfg_setup( &cfg );
    PRESENCE_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    presence_init( &presence, &cfg );

    if ( PRESENCE_ERROR == presence_default_cfg ( &presence ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    uint8_t int_status = 0;
    uint8_t tp_presence = 0;
    uint8_t tp_motion = 0;
    float t_amb = 0;
    float t_obj = 0;
    
    if ( PRESENCE_OK == presence_generic_read( &presence, PRESENCE_REG_INTERRUPT_STATUS, &int_status, 1 ) )
    {
        if ( int_status & PRESENCE_INT_MASK1_PRESENCE )
        {
            if ( PRESENCE_OK == presence_generic_read( &presence, PRESENCE_REG_TP_PRESENCE, &tp_presence, 1 ) )
            {
                log_info( &logger, "Presence detected! Level: %u", ( uint16_t ) tp_presence );
            }
        }
        else if ( int_status & PRESENCE_INT_MASK1_MOTION )
        {
            if ( PRESENCE_OK == presence_generic_read( &presence, PRESENCE_REG_TP_MOTION, &tp_motion, 1 ) )
            {
                log_info( &logger, "Motion detected! Level: %u", ( uint16_t ) tp_motion );
            }
        }
        else if ( int_status & PRESENCE_INT_MASK1_TP_OT )
        {
            log_info( &logger, "Temp threshold exceeded!" );
        }
        else
        {
            if ( PRESENCE_OK == presence_ambient_temperature( &presence, &t_amb ) )
            {
                log_printf( &logger, "Ambient temperature: %.2f degC\r\n", t_amb );
            }
            if ( PRESENCE_OK == presence_object_temperature( &presence, &t_obj ) )
            {
                log_printf( &logger, "Object temperature: %.2f degC\r\n\n", t_obj );
            }
        }
    }
    Delay_ms ( 1000 );
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

/*!
 * \file 
 * \brief Presence Click example
 * 
 * # Description
 * This application enables usage of sensor for motion and presence sensing
 * and measuring of object's and ambient temperature.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes driver and performs the click default configuration.
 * 
 * ## Application Task  
 * Checks whether a new event (motion, presence or over-temperature) is detected. 
 * If there's no event detected it reads the ambient and object temperature and displays
 * the results on the USB UART.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "presence.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static presence_t presence;
static log_t logger;

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    presence_cfg_t cfg;

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, "---- Application Init ----" );

    //  Click initialization.
    presence_cfg_setup( &cfg );
    PRESENCE_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    presence_init( &presence, &cfg );

    if ( PRESENCE_ERROR == presence_default_cfg ( &presence ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    uint8_t int_status = 0;
    uint8_t tp_presence = 0;
    uint8_t tp_motion = 0;
    float t_amb = 0;
    float t_obj = 0;
    
    if ( PRESENCE_OK == presence_generic_read( &presence, PRESENCE_REG_INTERRUPT_STATUS, &int_status, 1 ) )
    {
        if ( int_status & PRESENCE_INT_MASK1_PRESENCE )
        {
            if ( PRESENCE_OK == presence_generic_read( &presence, PRESENCE_REG_TP_PRESENCE, &tp_presence, 1 ) )
            {
                log_info( &logger, "Presence detected! Level: %u", ( uint16_t ) tp_presence );
            }
        }
        else if ( int_status & PRESENCE_INT_MASK1_MOTION )
        {
            if ( PRESENCE_OK == presence_generic_read( &presence, PRESENCE_REG_TP_MOTION, &tp_motion, 1 ) )
            {
                log_info( &logger, "Motion detected! Level: %u", ( uint16_t ) tp_motion );
            }
        }
        else if ( int_status & PRESENCE_INT_MASK1_TP_OT )
        {
            log_info( &logger, "Temp threshold exceeded!" );
        }
        else
        {
            if ( PRESENCE_OK == presence_ambient_temperature( &presence, &t_amb ) )
            {
                log_printf( &logger, "Ambient temperature: %.2f degC\r\n", t_amb );
            }
            if ( PRESENCE_OK == presence_object_temperature( &presence, &t_obj ) )
            {
                log_printf( &logger, "Object temperature: %.2f degC\r\n\n", t_obj );
            }
        }
    }
    Delay_ms ( 1000 );
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END