【实验篇】FPGA驱动传感器：水位、巡线、振动传感器

FPGA驱动传感器

大部分FPGA入门的第一个实验是点亮LED灯和流水灯，我们不妨试试通过驱动传感器来学习FPGA，本系列文章通过驱动传感器做有趣的小实验来学习FPGA。与单片机驱动传感器相比，单片机需要一系列的库函数和库文件，而FPGA驱动传感器则更需要了解传感器的原理，而且在多传感器的使用时，FPGA可并行控制，使用效率高。

一、基础实验
传感器介绍
水位传感器：Water Sensor 模块通过测量电导率指示传感器是否干燥，潮湿或完全浸入水中。传感器走线使用 1MΩ 上拉电阻。电阻将拉高传感器的数值，直到水将传感器的信号线短接到地。裸导线上有水时，得到 LOW。否则，将是 HIGH。

巡线避障传感器：Grove-Line finder 为线跟随机器人设计,具有红外发射 LED 和红外敏感光电晶体管。它可以将数字信号输出到微控制器，检测到黑色时为高电平，检测到白色时为低电平,这样机器人可以稳定地跟随白色背景上的黑线，反之亦然。

振动传感器：Grove - Vibration Sensor是一个高敏感度的非定向的振动传感器。当模块处于稳定状态下，电路被打开且输出处于高电平状态。当出现移动或是振动时，电路会短暂地断开且输出变低。并且可根据需求将模块的灵敏度设置调高或者调低。

硬件连接：
Runber FPGA开发板与底板按照对应的接口连接，底板上的grove接口与传感器和LED灯连接，传感器的输出信号引脚为SIG引脚。查看Runber FPGA开发板与底板的原理图，找到传感器输出和LED灯所连接的FPGA引脚。FPGA模块通过引脚分配，使FPGA模块中的输入输出信号与硬件连接的引脚对应起来。

设计思路：
FPGA驱动水位、巡线、振动传感器等这一类数字传感器实验，主要是帮助初学者学习输入数字信号识别和控制信号输出。FPGA输入引脚与传感器连接后接收来自传感器的信号，通过判断输入信号电平的高低，控制与LED灯连接的输出引脚输出高电平或低电平信号。在本文中用到的水位传感器、巡线避障传感器和振动传感器的例程在FPGA代码设计原理上基本相同，通过FPGA识别传感器输出的电平，根据电平高低决定FPGA输出控制信号电平的高低，各传感器在不同条件下输出信号的高低电平情况可参考上表。

以水位传感器为例，FPGA识别传感器的输出信号，水位传感器裸导线干燥时传感器信号为高电平，FPGA输出低电平LED控制信号，LED灯处于熄灭状态；水位传感器裸导线遇水时传感器信号为低电平，FPGA输出高电平LED控制信号，LED灯被点亮。

实验源码

FPGA识别水位传感器的输出信号water的电平，通过判断water电平的高低来控制LED指示灯的点亮和熄灭。当water为高电平时LED点亮，当water为低电平时LED熄灭。（以下源码同样适用于水位、巡线、振动传感器）


实验效果展示：

1、 水位传感器

FPGA识别水位传感器的输出信号的电平，通过判断water电平的高低来决定输出信号的高低电平，控制LED指示灯的点亮和熄灭。当裸导线遇水，输出低电平时LED点亮，当裸导线干燥，输出高电平时LED熄灭。


2、 巡线避障传感器

FPGA识别巡线避障传感器的输出信号line的电平，通过判断line电平的高低来决定输出信号的高低电平，控制LED指示灯的点亮和熄灭。当检测到黑线输出高电平时LED点亮，当检测到白色背景输出为低电平时LED熄灭。

3、 振动传感器


FPGA识别振动传感器的输出信号line的电平，通过判断line电平的高低来决定输出信号的高低电平，控制LED指示灯的点亮和熄灭。振动传感器在稳定状态时输出高电平信号，LED熄灭，在发生振动时输出短暂低电平信号，LED灯短暂点亮。