開(kāi)發(fā)板（或開(kāi)發(fā)套件）已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了幾年。由于硬件開(kāi)發(fā)減少到最低限度，它們使開(kāi)發(fā)人員和技術(shù)人員可以在更短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。如果開(kāi)發(fā)人員試圖為新產(chǎn)品制作原型，則選擇開(kāi)發(fā)套件是第一步。它將作為項(xiàng)目的智能單元，并與所有其他連接的電子組件進(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，以縮短產(chǎn)品上市時(shí)間并提供指導(dǎo)以幫助設(shè)計(jì)參數(shù)，從而提高設(shè)備效率。該開(kāi)發(fā)工具也可以為了創(chuàng)建通用系統(tǒng)與各相關(guān)元素相結(jié)合。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，這些接口通常與高級(jí)調(diào)試工具（如JTAG）一起使用。而且，閃存允許簡(jiǎn)單編程和用戶編程應(yīng)用程序的獨(dú)立操作。

哪些參數(shù)對(duì)您的項(xiàng)目最重要？您是否需要大量?jī)?nèi)存，或者需要較高的運(yùn)行速度來(lái)改善應(yīng)用程序的執(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)，根據(jù)您的需求選擇模型可能會(huì)非常具有挑戰(zhàn)性。

在本文中，我們將向您介紹帶有板上調(diào)試功能的新開(kāi)發(fā)套件。這個(gè)想法是要有一塊電路板，它允許從一開(kāi)始就使用工業(yè)市場(chǎng)所需的所有主要傳感器。當(dāng)然，該板有一個(gè)GPIO，可以使用其他經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的外部屏蔽。用戶可以通過(guò)消除不應(yīng)該使用的傳感器來(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)板都是為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）準(zhǔn)備的。因此，該評(píng)估板包括專用于與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行WiFi連接的硬件以及一系列環(huán)境傳感器。該板提供了由太陽(yáng)能電池供電的可能性，使其成為偏遠(yuǎn)地區(qū)工業(yè)應(yīng)用的真正獨(dú)立板。在這種情況下，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板是由大量傳感器和設(shè)備組成的。開(kāi)發(fā)人員不需要進(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。如圖1所示，所有部件都已安裝在板上。簡(jiǎn)而言之，這是此出色板上的組件和設(shè)備的列表：

• MCU nRF52840：它是控制所有電路板操作的主要微控制器；
• SOC nRF9160：此SOC用于管理GPS和GSM；
• ESP12：是用于Wi-Fi集成的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：這是一種數(shù)字顏色傳感器，用于精確檢測(cè)環(huán)境光的照明速率和色溫；
• AST7525MATRQ蜂鳴器：用于再現(xiàn)音頻；
• RCWL-0516傳感器：用于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的微波雷達(dá)傳感器；
• NTCS0805E3103FLT熱敏電阻：這是一個(gè)用于溫度測(cè)量的NTC熱敏電阻；
• ILI9341屏幕：這是用于查看數(shù)據(jù)和信息的TFT LCD顯示屏；
• VL53L0X激光：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：數(shù)字環(huán)境光傳感器，用于測(cè)量可見(jiàn)光的強(qiáng)度；
• CMM-3722AT-42117-TR麥克風(fēng)：MEMS麥克風(fēng)，用于檢測(cè)周圍環(huán)境中的聲音；
• 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，允許其插入以與GSM模塊一起使用；
• 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：重力框圖

系統(tǒng)的核心：nRF52840

這是基于藍(lán)牙5的SoC（請(qǐng)參見(jiàn)圖2）。它支持Bluetooth 5，Bluetooth Mesh，Zigbee，Thread，ANT，802.15.4和2.4 Ghz專有堆棧的協(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。該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)備都可以通過(guò)此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

其他模組

該SiP（系統(tǒng)級(jí)封裝）nRF9160用于在開(kāi)發(fā)板上添加低功耗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功耗低，結(jié)構(gòu)緊湊，具有以下特點(diǎn)：

• 64 Mhz；
• 完全集成的SiP，用于帶GPS的多模LTE-M / NB-IoT IoT蜂窩調(diào)制解調(diào)器;
• 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模塊包含在開(kāi)發(fā)板中，用于Wi-Fi集成。該模塊通過(guò)UART與nRF52主處理器通信。它以非常低的功率工作并且體積小。這三個(gè)模塊是主要控制器，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。

感測(cè)器

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

• 陀螺儀：X，Y和Z軸的角速度傳感器，其數(shù)字輸出具有用戶可編程的滿量程+ 250，+ 500，+ 1000和+ 2000°/ sec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)：帶磁選器的三軸硅單片霍爾效應(yīng)磁傳感器；

所述BME680能夠測(cè)量環(huán)境溫度，濕度，氣壓和揮發(fā)性有機(jī)化合物在空氣中的傳感器。它通過(guò)I2C總線與主MCU通信。其主要特點(diǎn)如下：

• 濕度測(cè)量精度+ 3％；
• 大氣壓力測(cè)量的絕對(duì)精度為+1 hPa；
• 溫度精度為+ 1.0°C;
• 1米高度的精度；

BH1749NUC RGB顏色傳感器將紅外，紅色，藍(lán)色和綠色的光轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。它被廣泛用作手機(jī)，平板電腦，PC和電視的LCD背光調(diào)節(jié)。它通過(guò)I2C總線與主MCU通信。其特點(diǎn)如下：

蜂鳴器AST7525MATRQ是一種蜂鳴器，一種用于發(fā)出聲音信號(hào)的設(shè)備。它通過(guò)GPIO連接到nrf9160。在3.6V的額定電壓下，它在10厘米處的聲壓級(jí)為85 dB / min。最大電流消耗為100 mA，而其振蕩頻率等于2700 Hz。

圖3顯示了開(kāi)發(fā)板上的四個(gè)MPU-9250（多芯片），BME680（溫度計(jì)），BH1749NUC（顏色傳感器）和AST7525MATRQ（蜂鳴器）設(shè)備的布置。

圖3：開(kāi)發(fā)板上的四個(gè)MPU-9250，BME680，BH1749NUC和AST7525MATRQ器件的布置

RCWL-0516是用于運(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(mén)切換為邏輯高電平；當(dāng)未檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)時(shí)，邏輯門(mén)切換為0V。

NTCS0805E3103FLT是一種低占位面積的NTC熱敏電阻。精度為1％。溫度測(cè)量范圍在-40°C到+ 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)算得出。

ILI9341是基于SPI的TFT LCD顯示器，分辨率為240 x 320像素，如圖4所示。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262144色的單芯片SoC。在此開(kāi)發(fā)板上，它可用于顯示RGB顏色和分辨率為240 x 320點(diǎn)的任何類型的信息。它可以輕松地用于許多需要硬件以復(fù)雜而美觀的方式向消費(fèi)者顯示大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序中。

圖4：ILI9341 TFT LCD顯示屏

在圖5中，您可以看到板上的RCWL-0516雷達(dá)，NTC NTCS0805E3103FLT和ILI9341顯示屏。

圖5：雷達(dá)，NTC和開(kāi)發(fā)板上的顯示屏

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

SW-420是高靈敏度的非定向振動(dòng)傳感器。當(dāng)沒(méi)有移動(dòng)且模塊穩(wěn)定時(shí)，傳感器輸出為邏輯高電平，而當(dāng)傳感器發(fā)生振動(dòng)或移動(dòng)時(shí)，輸出為低電平。它用于汽車，自行車和摩托車防盜應(yīng)用。它可以用于娛樂(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。這是一種單芯片照度計(jì)，可以準(zhǔn)確地測(cè)量人眼看到的光的強(qiáng)度。它具有0.01 lux至83k lux的測(cè)量范圍，并具有精密的光學(xué)濾波功能。它在等于85°的入射角上消除了超過(guò)99％的IR。

CMM-3722AT-42117-TR是MEMS（微機(jī)電）麥克風(fēng)。該麥克風(fēng)用于測(cè)量人類聽(tīng)覺(jué)范圍內(nèi)的頻率幅度。在此開(kāi)發(fā)板上，它被實(shí)現(xiàn)為噪聲檢測(cè)器，并且可以在任何類型的應(yīng)用中使用。具有以下特點(diǎn)：

• 它是全向的；
• 1 kHz時(shí)的靈敏度為-41 dB，SPL為94 dB（聲壓級(jí)）；
• S / N（信噪比）等于57 dBA；
• 在1 Khz時(shí)的輸出阻抗為300 Ohm。
• 所有傳感器和模塊均與主處理器通信以執(zhí)行完整的360°控制。

結(jié)論

重力板是適用于任何類型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)板。盡管其最終成本可能比其他電路板略高，但必須考慮到板上裝有任何類型的傳感器，設(shè)計(jì)人員無(wú)需搜索并獲得其他外部組件。有關(guān)Gerber文件和接線圖以及有關(guān)該板的任何其他技術(shù)和實(shí)用指導(dǎo)的更多信息，請(qǐng)通過(guò)評(píng)論聯(lián)系EEWeb。

由M. Di Paolo Emilio，Giovanni Di Maria，Davide Di Gesualdo設(shè)計(jì)。

編輯：hfy