基于Robei:环境光传感器实验设计（及L298N模块控制LED灯板）

摘要：最近在做FPGA视觉机器人，考虑到晚上机器人视线不好，萌发了给机器人做一个小型灯补光的想法。咱是机器人肯定要整点智能的对不对，思来想去觉得环境光传感器是个不错的选择。

嘿嘿，行动派往往都是说做就做，从不拖拉。

首先查阅资料：
AP3216C是一个能够测量环境光强度和距离的整合型光感测距传感器。因其功耗低、控制简单、封装小而广泛应用于智能手机、电容式触摸屏、数码相机等领域。例如应用于智能手机上面检测环境光强度，用来实现自动背光控制，以及接近开关控制（听筒靠近耳朵，手机自动灭屏功能）。

注：因为它是一种整合型多功能传感器，这种类型的传感器一般都会多种有不同的工作模式（AP3216C内部有一些寄存器，这些寄存器可以控制AP3216C的工作模式、中断方式以及采集数据等。）：

这么多模式，我们选择ALS+PS+IR模式，在该模式下AP3216C连续采集环境光照强度和距离值。上表中，地址0X00对应的是一个系统模式控制寄存器，我们在初始化的时候将它配置为011，这样就能开启ALS+PS+IR模式。其他6个寄存器我们用来存储采集到的数据（红外光强度、环境光强度、以及距离值）。AP3216C采用I2C总线协议与控制器（FPGA）进行通信，因此我们通过I2C协议实现对AP3216C
相关寄存器的配置和采集数据的读取。

接下来上某宝淘材料：

L298N驱动模块一个，LED灯若干，洞洞板一块，焊接成3*3的电灯板，建议焊接成并联电路，这样就不需要为电压不足而烦恼啦：

电路连接：将电灯板的正极接到驱动模块的OUT2，负极接到OUT1,驱动模块使能端口以及IN2接到开发板的两个排针（想用哪个排针在程序定义就好），通过改变这两个端口的逻辑，我们可以实现对LED进行亮灭。在这里有个点要提一下，驱动模块只有与开发板共地才能使用，很多初学的朋友会问，怎么共地，一般的驱动模块都是会有一个模块用电输入，和一个开发板供电的（5v的正负极，你只要把这个端口的GND接到开发板的GND就行了）。但是也有特殊情况，就是一些比较小的驱动模块是没有一个独立的开发板供电端口的，像我这个模块，比较小，所以他的用电输入与开发板供电是在一起的（3个口，+5V,GND,+12V），像我图片中圈中这样，这个时候你就要从GND这个口中多分出一条线，接到开发板上，另一条接电源的GND：

AP3216C环境光传感器：因为我的开发板自带了一个环境光传感器，所以无需另接。传感器里面集成了数字环境光传感器（Ambilent Light Sensor，ALS）、距离传感器（Proximity Sensor，PS）和一个红外LED（Infrared Radiation LED，IR LED）。

接下来就是程序设计：
FPGA通过IIC总线读取AP3216C采集的环境光，通过判断环境光光照强度值(als_data）控制LED灯亮灭。从而实现白天夜晚LED灯自动开关的功能。（另外通过ps_data的值可以测试感光器与物体距离远近）注：（想看Robei程序代码的点这个链接，我已经将整个Robei生成的工程上传！！！）

在上面的工程中，我并没有设计测距效果模块，如果需要想要看看测距效果如何的朋友，new一个模块就好了。代码如下：

//led灯亮灭个数（4个）显示数据大小（距离的远近），这里的led灯不是焊接板的灯，而是开发板上的灯，可自调
always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif(rst_n == 1'b0) beginled <=  4'd0;endelse if(data < 10'd16)   //这里的data例化的时候连接ap3216c模块的PS_data端口就行led <= 4'b0001;else if(data < 10'd128)led <= 4'b0011;else if(data < 10'd512)led <= 4'b0111;else     led <= 4'b1111;
end

考虑到下载文件不方便，我将核心模块ap3216c模块Verilog代码放在这里：

module ap3216c(    clk,         //ap3216c模块主要用来测量环境光照强度和距离值rst_n,i2c_data_r,i2c_done,i2c_rh_wl,i2c_exec,i2c_addr,i2c_data_w,als_data,ps_data);//---Ports declearation: generated by Robei---input clk;input rst_n;input [7:0] i2c_data_r;input i2c_done;output i2c_rh_wl;output i2c_exec;output [15:0] i2c_addr;output [7:0] i2c_data_w;output [15:0] als_data;output [9:0] ps_data;wire clk;wire rst_n;wire [7:0] i2c_data_r;wire i2c_done;reg i2c_rh_wl;reg i2c_exec;reg [15:0] i2c_addr;reg [7:0] i2c_data_w;reg [15:0] als_data;reg [9:0] ps_data;//----Code starts here: integrated by Robei-----parameter      TIME_PS   = 14'd12_500  ;  // PS转换时间为12.5ms(clk = 1MHz)parameter      TIME_ALS  = 17'd100_000 ;  // ALS转换时间为100ms(clk = 1MHz)parameter      TIME_REST =  8'd2       ;  // 停止后重新开始的时间间隔控制//reg definereg   [ 3:0]   flow_cnt   ;               // 状态流控制reg   [18:0]   wait_cnt   ;               // 计数等待reg   [15:0]   als_data_t ;               // ALS的临时数据reg            als_done   ;               // 环境光照强度值采集完成信号reg   [ 9:0]   ps_data_t  ;               // PS的临时数据reg            ir_of      ;               // 溢出标志（判断ps_data是否有效）reg            obj        ;               // 物体状态标志（0远离1靠近）//配置AP3216C并读取数据always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n) begini2c_exec   <=  1'b0;i2c_addr   <=  8'd0;i2c_rh_wl  <=  1'b0;i2c_data_w <=  8'h0;flow_cnt   <=  4'd0;wait_cnt   <= 18'd0;ps_data    <= 10'd0;ps_data_t  <= 10'd0;ir_of      <=  1'b0;obj        <=  1'b0;als_done   <=  1'b0;als_data_t <= 16'd0;endelse begini2c_exec <= 1'b0;case(flow_cnt)//初始化AP3216C4'd0: beginif(wait_cnt == 18'd100) beginwait_cnt <= 18'd0;flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;endelsewait_cnt <= wait_cnt +1'b1;end//配置AP3216C的功能模式4'd1: begini2c_exec   <= 1'b1 ;i2c_rh_wl  <= 1'b0 ;i2c_addr   <= 8'h00;               // 配置系统寄存器i2c_data_w <= 8'h03;               // 激活ALS+PS+IR 功能flow_cnt   <= flow_cnt + 1'b1;end//配置完成4'd2: beginif(i2c_done)flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;end//等待PS转换完成（12.5ms）4'd3: beginif(wait_cnt  == TIME_PS) beginwait_cnt <= 18'd0;flow_cnt <= flow_cnt + 1'd1;endelsewait_cnt <= wait_cnt + 1'b1;end//预读PS Data Register(0x0E）4'd4: begini2c_exec <= 1'b1;i2c_rh_wl<= 1'b1;i2c_addr <= 8'h0E;flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;end//读PS Data Register(0x0E）4'd5: beginif(i2c_done) beginflow_cnt     <= flow_cnt + 1'b1;ps_data_t[3:0] <= i2c_data_r[3:0];ir_of        <= i2c_data_r[6]  ;obj          <= i2c_data_r[7]  ;endend//等待一段时间以进行下一次读写4'd6: beginif(wait_cnt == TIME_REST) begin//TIME_RESTwait_cnt <= 18'd0;flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;endelsewait_cnt <= wait_cnt +1'b1;end//预读PS Data Register(0x0F）4'd7: begini2c_exec <= 1'b1;i2c_rh_wl<= 1'b1;i2c_addr <= 8'h0F;flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;end//读PS Data Register(0x0F）4'd8: beginif(i2c_done) beginflow_cnt     <= flow_cnt + 1'b1;ps_data_t[9:4] <= i2c_data_r[5:0];ir_of        <= i2c_data_r[6]  ;obj          <= i2c_data_r[7]  ;endend//等待ALS转换完成（100ms）4'd9: beginif(wait_cnt  ==  TIME_ALS) beginwait_cnt <= 18'd0;flow_cnt <= flow_cnt + 1'd1;ps_data  <= ps_data_t;endelsewait_cnt <= wait_cnt + 1'b1;end//预读ALS Data Register(0x0C）4'd10: begini2c_exec <= 1'b1;i2c_rh_wl<= 1'b1;i2c_addr <= 8'h0C;flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;end//读ALS Data Register(0x0C）4'd11: beginif(i2c_done) beginals_done        <= 1'b0;als_data_t[7:0] <= i2c_data_r;flow_cnt        <= flow_cnt + 1'b1;endend//等待一段时间以进行下一次读写4'd12: beginif(wait_cnt == TIME_REST) beginwait_cnt <= 18'd0;flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;endelsewait_cnt <= wait_cnt +1'b1;end//预读ALS Data Register(0x0D）4'd13: begini2c_exec <= 1'b1;i2c_rh_wl<= 1'b1;i2c_addr <= 8'h0D;flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;end//读ALS Data Register(0x0D）4'd14: beginif(i2c_done) beginals_done         <= 1'b1;als_data_t[15:8] <= i2c_data_r;flow_cnt         <= 4'd3;             //跳转到状态3重新读取数据endendendcaseendend//当采集的环境光转换成光照强度(单位:lux)always @ (*) beginif(als_done)als_data = als_data_t * 6'd35 / 7'd100;end
endmodule    //ap3216c

接下来将程序下载到开发板上来看一下实验效果：
注：因为我是在白天做这个实验，没有黑暗环境做实验条件，所以将开发板放抽屉里面，用手遮住传感器上方，这样模拟一下夜晚环境。

FPGA环境光传感器实验

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