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Sense HAT 是什么

HAT 是 hardware attached on top 的简称， 是树莓派基金会官方提供内核驱动，用户层接口以及相关文档的官方支持扩展板。它拥有自己的设计规范以及接入树莓派的软件硬件要求，细节都写到了HAT+规范中。

2015 年树莓派基金会和欧洲航天局（European Space Agency) 联合开展的教育项目 AstroPi， 他们的目标很简单：让年轻人有机会在太空中运行他们的电脑程序。 Sense HAT 就是在项目上用的传感器板卡，它以廉价简易的方式提供一系列可靠的传感器数据，包括：陀螺仪（gyroscope） , 加速度计（accelerometer）, 磁力计（magnetometer）, 温度计（temperature）, 气压计（barometric pressure），湿度计（humidity），颜色和亮度传感器（Colour and brightness）。额外的它还提供了 8x8 的彩色 LED 显示屏，以及摇杆输入按键组合。

板卡开箱

2026年4月初参与 EEPW 的 我要开发板 活动得到 Sense hat 的试用机会从德捷下单了一块，收到的内容如下。

通过塑料立柱和排针槽和树莓派组装在一起，上电后， LED 矩阵就会默认显示静态彩虹色。

简单看了下官方文档，结合丝印确认到手的 Sense Hat 是 2.0 版本（这是 2025年10月6日提交的产品修改说明上可以看到具体细节）：多了一颗 颜色传感器

板块的具体技术细节如下：

pcb 原理图：https://pip.raspberrypi.com/categories/676-raspberry-pi-sense-hat

查看原理图看到，其中搭载了一块 ATHEL 的单片机， 用于实现 LED 矩阵刷新 以及 摇杆组合按键的中断上报和事件读取。

具体细节如下：

• 板载 Atmel (艾特梅尔) TINY88 (AVR 单片机）

1. 复用的GPIO 口， 采用周期扫描的方式切换输入和输出来读取 摇杆按键 以及控制 RGB矩阵的行使能

2. 按键输入串联1.8k的电阻屏蔽按键对 RGB 矩阵显示的影响。

3. RGB 矩阵的行使能采用 P沟道MOSFET 对 整行 LED进行使能控制。

4. RST 引脚 挂接了 BAV99 快速通断二极管用于防止电源反接二烧坏单片机。

5. 通过输出 LED_CLK/LED_LE/LED_SDI/LED_SDO/LED_OE_N 信号到 LED2472G 联动 （SPI通讯）。

6. 通过 GPIO2_SDA1/GPIO3_SCL1 以 I2C 的方式与树莓派通讯

7. 通过 GPIO10_MOSI/GPIO9_MISO/GPIO11_SCK/GPIO8_CE0/GPIO25 以 与树莓派通讯， 大概率是用于烧录 MCU 固件用。

8. 通过 GPIO24_INIT/GPIO23_INIT 与树莓派连接， 其中23是作为 按键的事件中断， 24 可能是保留功能。

9. 与 LSM9DS1 的 LSM_INIT_M、LSM_INIT1_A/G、LSM_INIT2_A/G 连接接收传感器的中断。

•  LED2472G （意法半导体）的24通道恒流LED驱动

1. 24 通道分为 R/G/B 三组， 每组 8路

2. 支持64级 电流控制，每组单独使用 6bit 寄存器控制

3. 也有全局 电流增益控制，有 7bit 寄存器控制， 用于整体亮度控制

4. 拥有 LED 开路短路检测，可以诊断 LED 故障

• SN74AHCT245PW (意法半导体) 丝印（HB245)总线控制器，提供8位总线方向控制，DIR 上拉，用于连通 TINY88 的八个LED 行使能信号传输到对应的 MOSFET 的栅极。 估计是用于上电过程中避免错误信号而导致 LED 矩阵上电， 以及信号隔离防止反向电流干扰单片机信号。

• CAT24C32WI-GT3（意法半导体）丝印（24C32FP) 32Kb 的 EEPROM，提供 I2C 的方式用于读写，通过ID_SD/ID_SC （I2C-0）（PIN27/28)与树莓派通讯, 这是两个树莓派保留的引脚（专用于 HAT (Hardware Attached on Top) 的识别）， 树莓派通过这个 EEPROM 来读取 HAT 的信息自动加载设备树配置。

• LSM9DS1（意法半导体） 丝印（2308-9s1) 惯性模块:3D加速计,3D陀螺仪,3D磁力计. 也以 I2C 的形式和 GPIO2_SDA1/GPIO3_SCL1 总线连接。拓扑结构有点复杂。

• LPS25HB (意法半导体）丝印看不清的气压传感器，位置在三颗竖向排列的传感器中间， 与GPIO2_SDA1/GPIO3_SCL1 总线连接

• HTS221 (意法半导体）丝印最小，湿度和温度传感器，与GPIO2_SDA1/GPIO3_SCL1 总线连接

• TCS34725(也可能是TCS3400) (TAOS 德州先进光电技术公司）没有丝印，透明外壳的那个，与GPIO2_SDA1/GPIO3_SCL1 总线连接

值得强调的是 板块背面提供和 18个触点可以用于板块内单独模块功能的测试 以及调试， 丝印以PP前缀。正面也有的探针触电用于调试运行状态， 以 TP为丝印前缀。

总体看， 除了挂载在 TINY88 上的 LED矩阵 和 按键 以外的传感器功能模块我们都可以通过树莓派的 I2C 去做通讯获取。

板块功能验证

首先不卖关子，直接通过官方提供的软件组件来验证板块功能， 其中遇到的坑一笔带过，后续文章会详细解释。

我使用的树莓派是比较古老的 3B，手头虽然有树莓派 5， 但是奈何它是 micro-hdmi 没有配套接口，这次暂时没用上。

试用期间刚好 Ubuntu 26.04 发布了出来，顺便体验下最新版本的系统，使用官方 image 刷新工具制作了 SD 卡。制作过程中除了网络不太好使，试了很多次以外，没遇到大毛病。

环境准备好了，接着就是确认传感器功能：

1. 安装必备工具：
   apt install i2c_tools sense-hat python3-rtimulib librtimulib-utils python3-pygame python3-evdev

2. （可选）下载最新 sense-hat 源码 到树莓派 (因为默认安装的版本太老不包含颜色传感器)：
   sudo python3 ./setup.py install #安装.
   注意在 docs/examples/ 目录下有用例可以实验。

3. 移除自动加载的传感器驱动 :
   sudo rmmod st_sensors st_pressure st_pressure_i2c  st_pressure_i2c  st_magn_i2c st_magn  st_sensors_i2c  st_sensors   -f

4. 标定 磁力计和加速度范围：

1. 磁场最大值最小值标定：按照6个轴方向移动或者旋转设备 s 保持。
   

2. 椭圆拟合， 当数据足够时会自动推出保留参数

3. 加速度最大值最小值标定， 手动开启和禁用某个轴，获得轴上两个方向的最大值即可，输入e 开始标定对应轴，快速前后晃动更新数据， 通过空格切换轴，直到所有值都获得后，s 保持
   
   

4. 保存标定， 当前标定数据默认保持在当前文件夹下的 RTIMULib.ini 覆盖原始的 /etc/RTIMULib.ini

运行 sense-hat 的示例

（在源码位置 sense-hat/docs/examples）

1. compass.py 指南针，在 LED 矩阵会显示蓝点指向北方
   
   

2. rotation.py 静态显示外星人logo, colour_cycle.py  和  rainbow.py 以及 text_scroll.py 和 rotation.py 都是用于动态验证 LED 矩阵是否正常
   
   

3. evdev_joystick.py  通过 evdev 直接读取三轴按键LED矩阵显示对应区域两点
   
   

4. pygame_joystick.py 与 evdev_joystick.py  很像， 但是是使用 pygame 模块来读取按键， 在 LED 矩阵显示区域位置点，没有额外功能。需要额外安装依赖 python3-pygame

开箱总结

Sense HAT 高密度的使用了 四颗传感器，可以获取到 七类 物理数据，广泛适合大大部分物理实验需求场景。而显示用的 LED 矩阵 和 组合按键 也可以很方便的调试功能。拥有官方的支持，这是树莓派理想搭档。

板块设计上也充分利用了 I2C 总线的灵活性，巧妙的结合 Tiny88 MCU 完成 彩色LED矩阵 和 摇杆组合按键的输入输出 GPIO 复用简化板块软件设计。

充分了解板块功能和实现后，完全有信心很好的使用这块板块，完成这次 LED 矩阵+六轴传感器完成 贪吃蛇的挑战任务。感谢得捷和EEPW，期待平台越办越好。

参考

python 版本的教程： https://projects.raspberrypi.org/en/projects/getting-started-with-the-sense-hat/
sense hat 设备主页： https://www.raspberrypi.com/products/sense-hat/
官方 sense hat 文档主页：https://www.raspberrypi.com/documentation/accessories/sense-hat.html
sense hat 的驱动第一版代码： https://github.com/raspberrypi/linux/pull/1043
hat 的源码仓库（包含eeprom刷新工具，和一些 hat 开发规范 )：https://github.com/raspberrypi/hats  
新版本 hat eeprom的工具源码：https://github.com/raspberrypi/utils
tiny88 控制LED 和 按键读取的源码：https://github.com/raspberrypi/rpi-sense.git
树莓派定制的 RTIMULIB, 支持 STM LSM9DS1 和 LPS25HB 以及 HTS221: https://github.com/RPi-Distro/RTIMULib
hat 相关论坛：https://forums.raspberrypi.com/viewforum.php?f=45