FastBond2阶段2-基于树莓派RP2040便携式实现观测光照强度装置

内容介绍

一.市场项目介绍：

本次项目我在这次比赛中主要是设计的方向，做一个基于树莓派RP 2040的环境光照拓展模块。利用简单的电路做出一个便携式方便随时观测的器件，主要有以下特点：

1.简便易行：相比于复杂的光照测量设备，简易环境光照测量方法通常只需要使用一些简单的工具和设备，如光照计、光度计或智能手机等，操作简单，不需要专业的技术知识。

2.经济实惠：传统的光照测量设备价格昂贵，而简易环境光照测量方法所需的设备成本相对较低，甚至可以使用已有的智能手机等设备进行测量，降低了成本。

3.实时性强：简易环境光照测量方法通常能够实时获取光照强度数据，可以随时进行测量和监测，方便实时调整照明设备或环境。

4.可视化展示：通过简易环境光照测量方法获取的数据可以以图表或图像的形式展示，直观地呈现光照分布和变化趋势，便于分析和比较。

二.方案框图：

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本次所用的绘图软件叫scheme-it，它是由是digkey公司设计出的一款在线免费eda工具。主要分为主页和设计页，主页页面就有scheme-it的主要功能，一，绘制原理图，二，绘制系统框图，三，流程图设计。在这之下还有四个区域公开项目，第一个是用户自发分享的一些项目可以理解成开源的项目，可以做设计参考。第二个是我的项目，这很好理解，是自己创建的项目。第三个是德捷官方的一些参考项目，这官方提供的非常丰富的设计资源与参考案例，开发人员面对一个全新的领域时，即使之前没有相关的经验，也能通过快速上手设计。第四个则是digkey提供的部分基础电路，可以用作设计参考。想要开始绘制的话只需要点击红色的“Start Desiging”就OK了，绘制你想绘制的各种图。

原理图框架：https://www.digikey.cn/schemeit/project/环境光照强度-07ba2d98711645f4a3b0d268d1244023

三.元器件介绍：

TMET6000X01

ADC081S021

基于RP2040的多功能硬件调试助手

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TEMT6000X01是一种环境光传感器，常用于检测环境光强度。它的优点包括：

高精度：TEMT6000具有较高的光学传感器精度，能够准确地检测环境光的强度。
小型化：TEMT6000体积小巧，适合于集成到各种设备和系统中，不会占用太多空间。
低功耗：TEMT6000采用低功耗设计，能够在保证稳定性能的同时降低能耗，有利于节能环保。
易于集成：TEMT6000具有简单的接口和使用方法，易于集成到各种电子设备和系统中。
成本效益：TEMT6000价格相对较低，性能稳定，适用于大规模应用，具有较高的成本效益。

ADC081S021

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他是一款8位精度的模拟到数字转换器（ADC），由德州仪器（Texas Instruments）生产。主要用于将模拟信号转换为数字信号。它的作用是将输入的模拟信号进行采样和量化，然后将其转换为对应的数字信号输出。这种数字化的信号可以被微处理器或其他数字设备进行处理、分析和存储。而且它具有单通道输入和I2C接口，适用于测量模拟信号并将其转换为数字值的应用。它的优点是单通道输入，适用于单个模拟信号的转换，I2C接口，可以用于与微控制器或其他设备进行通信，低功耗模式，适用于电池供电的应用，而且可简化系统设计内部振荡器，无需外部时钟源。在我们的ADC081S021当中还1角和2角并联了两个小电容，可以起到滤除干扰信号的作用。通常被用于嵌入式系统、传感器接口、工业控制、自动化系统等领域。其主要作用包括实现模拟信号的数字化、提供精准的模拟信号采集和转换功能，以及将模拟信号转换为数字化数据，使其能够被数字系统处理和分析。

基于RP2040的多功能硬件调试助手

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是基于树莓派推出的微控制器RP2040制作的多功能硬件调试助手也被称作12指神探，RP2040是一款由英国公司Raspberry Pi推出的微控制器芯片。它采用ARM Cortex-M0+内核，集成了264KB的SRAM和2MB的闪存。RP2040还具有丰富的外设接口，包括26个GPIO引脚、2个I2C接口、2个SPI接口、2个UART接口、3个12位ADC和16个PWM通道。此外，RP2040还支持USB 1.1主机/设备功能和DMA控制器。它的低功耗特性和丰富的外设接口使得RP2040非常适合用于物联网、嵌入式系统和低功耗应用等领域。那12根引角功能灵活搭配不同的程序可以做成各种调试器，如调试器、日志分析器、错误追踪器等，来帮助用户定位和解决问题。它的目标是提供快速和高效的解决方案，以提高开发和调试的效率。

五.PCB绘制打板介绍及遇到的问题和解决方法：

我在这个PCB绘制当中主要是对这个光敏二极管的选择，既要价格实惠，而且还需要能进行模拟信号的输入的信号接口，我在这当中徘徊了许久，最终还是选择TMET6000X01以便微控制器或其他电子设备进行处理。之后就是进行pcb绘制原本画好了的，却因为没看数据手册而导致损失了一次打板机会。解决方法：对ADC081S021在digkey中寻找相对应的数据手册，进行了重新绘制。

六.代码效果展示：

from machine import Pin, SPI
from time import sleep
import time
spi = SPI(0, 1_000_000, miso=Pin(20, Pin.OUT), sck=Pin(22, Pin.OUT))
CS = Pin(21, Pin.OUT)

首先，代码导入了必要的模块和类，包括Pin和SPI然后它初始化了SPI对象，设置了时钟速度为1,000,000 Hz，并配置了MISO（主设备输入从设备输出）和SCK（串行时钟）引脚。接着，它创建了一个Pin对象来控制芯片选择（CS）引脚。

def read_adc():
    CS.off()
    data = spi.read(2)
    value = (data[1]) | data[0]
    value = value / 256 * 3.3
    CS.on()
    return value

read_adc函数用于通过SPrI协议从ADC读取模拟数据。它通过将CS引脚置低来选择ADC，然后从SPI总线读取2个字节的数据，处理接收到的数据以获得模拟值，最后将CS引脚置高以结束通信。

while 1:
    data = read_adc()
    print(data)
    sleep(0.5)

最后，使用一个无限循环来连续读取ADC的数据，打印获得的数据，并使用sleep(0.5)函数等待0.5秒，使其读数。

FizuRilGxO4hUeigZUEobocRVjKU FqmAkXN71TzPJ9Vgtg3YdC8wq4bC

七.心得体会：
首先，比赛是一个展示自己的机会。参加比赛不仅仅是为了取得好成绩，更重要的是能够展示自己的才华和能力。在比赛中，我尽力发挥自己的优势，展示自己的技巧和思维反应能力。其次，比赛是一个锻炼自己的机会。参加比赛可以让我面对挑战，克服困难，不断提高自己的能力。在比赛中，我遇到了许多问题和困难，比如紧张、记忆遗漏等。但是我没有放弃，而是积极寻找解决办法，通过反复练习和调整，最终克服了这些困难。这个过程让我更加意识到自己的潜力和能力，也让我更加坚定了自己的信心。再次，比赛是一个学习的机会。参加比赛可以让我学习到许多新知识和经验。在作品展示中，我有跟多的机会观赏其他选手的作品，了解他们的观点和思路。可以清晰的明白我自己的不足之处，并加以改进。比赛是一个相互学习的过程，我相信通过比赛的经历，我能够不断提高自己的能力和水平。通过这次比赛，我收获了最重要的是收获了经验和成长。比赛是一个挑战自我的过程，通过比赛，我学会了如何准备、如何面对困难、如何学习和如何团队合作。这些经验和教训将伴随我一生，让我在以后的人生中更加自信、勇敢和坚定。我相信，只要我不断努力和进取，将来的比赛中我一定会取得更好的成绩和更大的进步。--DXG