開發(fā)板（或開發(fā)工具包）已經(jīng)成為現(xiàn)實好幾年了。它們允許開發(fā)人員和技術人員在更短的時間內(nèi)設計他們的項目，因為硬件開發(fā)減少到最低限度。如果開發(fā)人員正在嘗試為新產(chǎn)品制作原型，那么選擇開發(fā)套件是第一步。它將作為該項目的智能單元，并與所有其他連接的電子元件進行通信。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，已經(jīng)創(chuàng)建了一系列工具來加快產(chǎn)品上市時間，并為幫助設計參數(shù)提供指導，從而提高設備的效率。開發(fā)工具也可以與各種相關元素相結合，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，通常與高級調試工具（如 JTAG）一起使用。此外，閃存允許用戶編程應用程序的簡單編程和獨立操作。

哪些參數(shù)對您的項目最重要？您需要大量內(nèi)存，還是需要高運行速度來改善應用程序執(zhí)行？開發(fā)人員需要在基于微控制器的板、片上系統(tǒng) (SoC) 板、單板計算機 (SBC) 之間進行選擇。有時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試功能的新開發(fā)套件。我們的想法是擁有一個允許使用工業(yè)市場從一開始就需要的所有主要傳感器的電路板。當然，該板有一個 GPIO，允許使用其他專門設計的外部屏蔽。用戶可以通過消除不應使用的傳感器來自由地重新設計電路板。您將在此處找到硬件部分的說明。

大多數(shù)開發(fā)板都是為 IoT（物聯(lián)網(wǎng)）準備的。因此，該板包括專用于與網(wǎng)絡的 WiFi 連接的硬件和一系列環(huán)境傳感器。該板提供了由太陽能電池供電的可能性，使其成為用于偏遠地區(qū)工業(yè)應用的真正獨立板。在這些情況下，借助 Nordic SoC，它甚至可以使用移動通信（和 GPS）進行數(shù)據(jù)傳輸。

許多有用的設備

Gravity 板由大量傳感器和設備組成。開發(fā)人員無需進一步尋找不同的解決方案來構建和集成他們的項目。所有這些都在板上，如圖 1 所示。簡而言之，這里是這個奇妙板上的組件和設備列表：

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、加速度計和指南針功能；

BME680傳感器：它是一種精密傳感器，用于測量壓力、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，用于準確檢測光照率和環(huán)境光的色溫；

AST7525MATRQ蜂鳴器：用于再現(xiàn)音頻聲音；

RCWL-0516傳感器：是一種用于運動檢測的微波雷達傳感器；

NTCS0805E3103FLT熱敏電阻：測溫用NTC熱敏電阻；

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

VL53L0X激光器：用于測量距離的激光模塊；

SW-420傳感器：用于振動檢測；

OPT3004DNPR傳感器：用于測量可見光強度的數(shù)字環(huán)境光傳感器；

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

AJU55-BS2111-L 連接器：這是用于從 nRF52 到外部設備的 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

這是一個基于藍牙 5 的 SoC（見圖 2）。它支持藍牙 5、藍牙 Mesh、Zigbee、Thread、ANT、802.15.4 和 2.4 Ghz 專有協(xié)議棧的協(xié)議。它是開發(fā)板的主處理器，其強大的計算性能和內(nèi)存使其非常適合任何類型的應用程序。這種低功耗板具有片上自適應電源管理系統(tǒng)。上面列出的所有傳感器和外圍設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)級封裝）nRF9160用于在開發(fā)板中添加低功耗 LTE 系統(tǒng)和 GPS 接收器功能。它通過 I2C 協(xié)議與 Nrf52 主處理器通信。SiP 具有低功耗和緊湊的特點，具有以下特點：

64兆赫；

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

LTE 頻段 700-2200 Mhz；

1 MB 閃存 256 KB RAM；

來自 64 Mhz 的 Cortex-M33；

SIM 和 eSIM 支持。

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

傳感器

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

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：三軸，可編程滿量程為+2g、+4g、+8g、+16g和16位ADC；

磁力計：帶聚磁器的三軸硅單片霍爾效應磁傳感器；

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

濕度測量精度 + 3%；

氣壓測量的絕對精度+1 hPa；

溫度精度±1.0°C；

1米高度計的精度；

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

蜂鳴器 AST7525MATRQ 是一種蜂鳴器，一種用于聲音信號的設備。它通過 GPIO 連接到 nrf9160。它在 10 cm 處的聲壓級為 85 dB / min，標稱電壓為 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 MPU-9250（多芯片）、BME680（溫度計）、BH1749NUC（顏色傳感器）和 AST7525MATRQ（蜂鳴器）器件在開發(fā)板上的排列。

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

RCWL-0516 是一款用于運動檢測的微波雷達傳感器模塊。它通過 GPIO 連接到 nrf52 控制器。當檢測到運動時，邏輯門切換到邏輯高電平，當沒有檢測到運動時切換到 0V。

NTCS0805E3103FLT 是一款小尺寸 NTC 熱敏電阻。它的準確度為 1%。溫度測量范圍在-40°C和+150°C之間。它通過GPIO連接到nRF52控制器，溫度由控制器使用ADC轉換器計算。

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 SPI 線與 nRF52 控制器連接。它是一個 262144 色單芯片 SoC。在此開發(fā)板中，它可用于顯示任何類型的 RGB 顏色和 240 x 320 點分辨率的信息。它可以很容易地用于硬件需要以復雜和美觀的方式向消費者顯示大量數(shù)據(jù)的許多應用程序。

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

圖 5：雷達、NTC 和開發(fā)板上的顯示器

VL53L0X 是一款用于飛行時間檢測的超小型激光傳感器，使用 I2C 接口與 nrf52 控制器進行通信。它采用 940 nm VCSEL 激光器，絕對范圍測量可達 2 m。

SW-420 是一款高靈敏度無方向性振動傳感器。沒有運動且模塊穩(wěn)定時傳感器輸出為邏輯高電平，而當傳感器有振動或運動時輸出為低電平。它用于汽車、自行車和摩托車的防盜應用。它可用于娛樂、游戲和振動檢測應用。

OPT3004DNPR 是一種環(huán)境光傳感器，用于測量可見光的強度。它是一種單片照度計，可準確測量人眼看到的光強度。它具有從 0.01 勒克斯到 83k 勒克斯的測量范圍，具有精密的光學過濾功能。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（微機電）麥克風。該麥克風用于測量人類可聽范圍內(nèi)的頻率幅度。在該開發(fā)板中，它被實現(xiàn)為噪聲檢測器，可用于任何類型的應用。它具有以下特點：

它是全方位的；

1 Khz 時 -41 dB 的靈敏度，94 dB SPL（聲壓級）；

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。

結論

Gravity Board 是適用于任何類型 IoT 應用程序的開發(fā)板。雖然它的最終成本可能比其他板子高一點，但必須考慮到任何類型的傳感器都在板上，設計人員不需要搜索和獲取其他外部組件。有關 Gerber 文件和接線圖的更多信息，以及有關該板的任何其他技術和實踐指導，請通過評論聯(lián)系 EEWeb。

審核編輯：郭婷