Gravity Board適用于任何應(yīng)用的開(kāi)發(fā)板

開(kāi)發(fā)板（或開(kāi)發(fā)工具包）已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)好幾年了。它們?cè)试S開(kāi)發(fā)人員和技術(shù)人員在更短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)他們的項(xiàng)目，因?yàn)?a target="_blank">硬件開(kāi)發(fā)減少到最低限度。如果開(kāi)發(fā)人員正在嘗試為新產(chǎn)品制作原型，那么選擇開(kāi)發(fā)套件是第一步。它將作為該項(xiàng)目的智能單元，并與所有其他連接的電子元件進(jìn)行通信。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，已經(jīng)創(chuàng)建了一系列工具來(lái)加快產(chǎn)品上市時(shí)間，并為幫助設(shè)計(jì)參數(shù)提供指導(dǎo)，從而提高設(shè)備的效率。開(kāi)發(fā)工具也可以與各種相關(guān)元素相結(jié)合，以創(chuàng)建通用系統(tǒng)。使用 USB 作為接口的硬件工具將多項(xiàng)功能帶到了最前沿。USB 可以提供電源和靈活的接口，通常與高級(jí)調(diào)試工具（如 JTAG）一起使用。此外，閃存允許用戶編程應(yīng)用程序的簡(jiǎn)單編程和獨(dú)立操作。

哪些參數(shù)對(duì)您的項(xiàng)目最重要？您需要大量?jī)?nèi)存，還是需要高運(yùn)行速度來(lái)改善應(yīng)用程序執(zhí)行？開(kāi)發(fā)人員需要在基于微控制器的板、片上系統(tǒng) (SoC) 板、單板計(jì)算機(jī) (SBC) 之間進(jìn)行選擇。有時(shí)為您的需求選擇模型可能非常具有挑戰(zhàn)性。

在本文中，我們將向您介紹一種具有板載調(diào)試功能的新開(kāi)發(fā)套件。我們的想法是擁有一個(gè)允許使用工業(yè)市場(chǎng)從一開(kāi)始就需要的所有主要傳感器的電路板。當(dāng)然，該板有一個(gè) GPIO，允許使用其他專門設(shè)計(jì)的外部屏蔽。用戶可以通過(guò)消除不應(yīng)使用的傳感器來(lái)自由地重新設(shè)計(jì)電路板。您將在此處找到硬件部分的說(shuō)明。

大多數(shù)開(kāi)發(fā)板都是為 IoT（物聯(lián)網(wǎng)）準(zhǔn)備的。因此，該板包括專用于與網(wǎng)絡(luò)的 WiFi 連接的硬件和一系列環(huán)境傳感器。該板提供了由太陽(yáng)能電池供電的可能性，使其成為用于偏遠(yuǎn)地區(qū)工業(yè)應(yīng)用的真正獨(dú)立板。在這些情況下，借助 Nordic SoC，它甚至可以使用移動(dòng)通信（和 GPS）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

許多有用的設(shè)備

Gravity 板由大量傳感器和設(shè)備組成。開(kāi)發(fā)人員無(wú)需進(jìn)一步尋找不同的解決方案來(lái)構(gòu)建和集成他們的項(xiàng)目。所有這些都在板上，如圖 1 所示。簡(jiǎn)而言之，這里是這個(gè)奇妙板上的組件和設(shè)備列表：

MCU nRF52840：它是控制所有板子操作的主微控制器；

SOC nRF9160：該SOC用于GPS和GSM的管理；

ESP12：是用于集成Wi-Fi的MCU；

SiP MPU-9250：用于陀螺儀、加速度計(jì)和指南針功能；

BME680傳感器：它是一種精密傳感器，用于測(cè)量壓力、濕度、溫度和氣體的存在；

BH1749NUC傳感器：這是一款數(shù)字顏色傳感器，用于準(zhǔn)確檢測(cè)光照率和環(huán)境光的色溫；

AST7525MATRQ蜂鳴器：用于再現(xiàn)音頻聲音；

RCWL-0516傳感器：是一種用于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的微波雷達(dá)傳感器；

NTCS0805E3103FLT熱敏電阻：測(cè)溫用NTC熱敏電阻；

ILI9341屏幕：這是一個(gè)TFT LCD顯示屏，用于查看數(shù)據(jù)和信息；

VL53L0X激光器：用于測(cè)量距離的激光模塊；

SW-420傳感器：用于振動(dòng)檢測(cè)；

OPT3004DNPR傳感器：用于測(cè)量可見(jiàn)光強(qiáng)度的數(shù)字環(huán)境光傳感器；

CMM-3722AT-42117-TR麥克風(fēng)：MEMS麥克風(fēng)，用于周圍環(huán)境的聲音檢測(cè)；

AJU55-BS2111-L 連接器：這是用于從 nRF52 到外部設(shè)備的 USB 連接的微型 USB B 連接器；

5141-05RZDNWR01 天線連接器：這是天線的 NFC 連接器；

CM1402-03CP SF72S006VBAR2500 插槽：這是 SIM 卡的連接器，允許其插入與 GSM 模塊一起操作；

ADP536x電源：這是用于電源管理的集成電路。

現(xiàn)在讓我們檢查開(kāi)發(fā)板的各種物理和邏輯組件。

圖 1：Gravity 的框圖

系統(tǒng)的心臟：nRF52840

這是一個(gè)基于藍(lán)牙 5 的 SoC（見(jiàn)圖 2）。它支持藍(lán)牙 5、藍(lán)牙 Mesh、Zigbee、Thread、ANT、802.15.4 和 2.4 Ghz 專有協(xié)議棧的協(xié)議。它是開(kāi)發(fā)板的主處理器，其強(qiáng)大的計(jì)算性能和內(nèi)存使其非常適合任何類型的應(yīng)用程序。這種低功耗板具有片上自適應(yīng)電源管理系統(tǒng)。上面列出的所有傳感器和外圍設(shè)備都可以由該主控制器直接或間接控制。

圖 2：主處理器 nRF52840 及其在板上的位置

其他模塊

該 SiP（系統(tǒng)級(jí)封裝）nRF9160用于在開(kāi)發(fā)板中添加低功耗 LTE 系統(tǒng)和 GPS 接收器功能。它通過(guò) I2C 協(xié)議與 Nrf52 主處理器通信。SiP 具有低功耗和緊湊的特點(diǎn)，具有以下特點(diǎn)：

64兆赫；

用于帶 GPS 的多模 LTE-M/NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng)蜂窩調(diào)制解調(diào)器的完全集成 SiP；

LTE 頻段 700-2200 Mhz；

1 MB 閃存 256 KB RAM；

來(lái)自 64 Mhz 的 Cortex-M33；

SIM 和 eSIM 支持。

ESP 12 WiFi 模塊包含在用于 Wi-Fi 集成的開(kāi)發(fā)板中。該模塊通過(guò) UART 與 nRF52 主處理器通信。它以非常低的功率運(yùn)行并且體積小。這三個(gè)模塊是主控制器，為開(kāi)發(fā)板提供所有功能。以下是與同一開(kāi)發(fā)板接口的傳感器的詳細(xì)信息。

傳感器

MPU-9250 模塊是一個(gè)多芯片模塊 (MCM)，包含一個(gè)來(lái)自 Asahi Kasei Microdevices Corporation 的 3 軸磁力計(jì)、一個(gè) 3 軸加速度計(jì)和一個(gè) 3 軸陀螺儀。它通過(guò) I2C 總線與主控 MCU 通信。其特點(diǎn)如下：

陀螺儀：具有數(shù)字輸出的 X、Y 和 Z 軸角速度傳感器，具有用戶可編程滿量程 +250、+500、+1000 和 +2000°/秒和 16 位 ADC；

加速度計(jì)：三軸，可編程滿量程為+2g、+4g、+8g、+16g和16位ADC；

磁力計(jì)：帶聚磁器的三軸硅單片霍爾效應(yīng)磁傳感器；

BME680是一款能夠測(cè)量環(huán)境溫度、濕度、大氣壓力和空氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物的傳感器。它通過(guò) I2C 總線與主控 MCU 通信。其主要特點(diǎn)如下：

濕度測(cè)量精度 + 3%；

氣壓測(cè)量的絕對(duì)精度+1 hPa；

溫度精度±1.0°C；

1米高度計(jì)的精度；

BH1749NUC RGB 顏色傳感器將紅外光、紅光、藍(lán)光和綠光轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。廣泛用于手機(jī)、平板、PC、電視的液晶背光調(diào)節(jié)。它通過(guò) I2C 總線與主控 MCU 通信。其特點(diǎn)如下：

蜂鳴器 AST7525MATRQ 是一種蜂鳴器，一種用于聲音信號(hào)的設(shè)備。它通過(guò) GPIO 連接到 nrf9160。它在 10 cm 處的聲壓級(jí)為 85 dB / min，標(biāo)稱電壓為 3.6 V。最大電流消耗為 100 mA，而其振蕩頻率等于 2700 Hz。

圖 3 顯示了四個(gè) MPU-9250（多芯片）、BME680（溫度計(jì)）、BH1749NUC（顏色傳感器）和 AST7525MATRQ（蜂鳴器）器件在開(kāi)發(fā)板上的排列。

圖 3：開(kāi)發(fā)板上的四個(gè) MPU-9250、BME680、BH1749NUC 和 AST7525MATRQ 器件的排列

RCWL-0516 是一款用于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的微波雷達(dá)傳感器模塊。它通過(guò) GPIO 連接到 nrf52 控制器。當(dāng)檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)時(shí)，邏輯門切換到邏輯高電平，當(dāng)沒(méi)有檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)時(shí)切換到 0V。

NTCS0805E3103FLT 是一款小尺寸 NTC 熱敏電阻。它的準(zhǔn)確度為 1%。溫度測(cè)量范圍在-40°C和+150°C之間。它通過(guò)GPIO連接到nRF52控制器，溫度由控制器使用ADC轉(zhuǎn)換器計(jì)算。

ILI9341 是一款基于 SPI 的 TFT LCD 顯示器，分辨率為 240 x 320 像素。它具有 8/9/16/18 位數(shù)據(jù)總線和用于 MCU 接口的 SPI 線。該 TFT LCD 通過(guò) SPI 線與 nRF52 控制器連接。它是一個(gè) 262144 色單芯片 SoC。在此開(kāi)發(fā)板中，它可用于顯示任何類型的 RGB 顏色和 240 x 320 點(diǎn)分辨率的信息。它可以很容易地用于硬件需要以復(fù)雜和美觀的方式向消費(fèi)者顯示大量數(shù)據(jù)的許多應(yīng)用程序。

在圖 5 中，您可以看到 RCWL-0516 雷達(dá)、NTC NTCS0805E3103FLT 和板載 ILI9341 顯示器。

圖 5：雷達(dá)、NTC 和開(kāi)發(fā)板上的顯示器

VL53L0X 是一款用于飛行時(shí)間檢測(cè)的超小型激光傳感器，使用 I2C 接口與 nrf52 控制器進(jìn)行通信。它采用 940 nm VCSEL 激光器，絕對(duì)范圍測(cè)量可達(dá) 2 m。

SW-420 是一款高靈敏度無(wú)方向性振動(dòng)傳感器。沒(méi)有運(yùn)動(dòng)且模塊穩(wěn)定時(shí)傳感器輸出為邏輯高電平，而當(dāng)傳感器有振動(dòng)或運(yùn)動(dòng)時(shí)輸出為低電平。它用于汽車、自行車和摩托車的防盜應(yīng)用。它可用于娛樂(lè)、游戲和振動(dòng)檢測(cè)應(yīng)用。

OPT3004DNPR 是一種環(huán)境光傳感器，用于測(cè)量可見(jiàn)光的強(qiáng)度。它是一種單片照度計(jì)，可準(zhǔn)確測(cè)量人眼看到的光強(qiáng)度。它具有從 0.01 勒克斯到 83k 勒克斯的測(cè)量范圍，具有精密的光學(xué)過(guò)濾功能。它在等于 85° 的入射角上消除了 99% 以上的 IR。

CMM-3722AT-42117-TR 是一款MEMS（微機(jī)電）麥克風(fēng)。該麥克風(fēng)用于測(cè)量人類可聽(tīng)范圍內(nèi)的頻率幅度。在該開(kāi)發(fā)板中，它被實(shí)現(xiàn)為噪聲檢測(cè)器，可用于任何類型的應(yīng)用。它具有以下特點(diǎn)：

它是全方位的；

1 Khz 時(shí) -41 dB 的靈敏度，94 dB SPL（聲壓級(jí)）；

S/N（信噪比）等于 57 dBA；

輸出阻抗為 300 歐姆，頻率為 1 Khz。

所有傳感器和模塊都與主處理器通信，以執(zhí)行完整的 360° 控制。

結(jié)論

Gravity Board 是適用于任何類型 IoT 應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)板。雖然它的最終成本可能比其他板子高一點(diǎn)，但必須考慮到任何類型的傳感器都在板上，設(shè)計(jì)人員不需要搜索和獲取其他外部組件。有關(guān) Gerber 文件和接線圖的更多信息，以及有關(guān)該板的任何其他技術(shù)和實(shí)踐指導(dǎo)，請(qǐng)通過(guò)評(píng)論聯(lián)系 EEWeb。

審核編輯：郭婷