Gravity Board适用于任何应用的开发板

开发板（或开发工具包）已经成为现实好几年了。它们允许开发人员和技术人员在更短的时间内设计他们的项目，因为硬件开发减少到最低限度。如果开发人员正在尝试为新产品制作原型，那么选择开发套件是第一步。它将作为该项目的智能单元，并与所有其他连接的电子元件进行通信。

随着物联网的出现，已经创建了一系列工具来加快产品上市时间，并为帮助设计参数提供指导，从而提高设备的效率。开发工具也可以与各种相关元素相结合，以创建通用系统。使用 USB 作为接口的硬件工具将多项功能带到了最前沿。USB 可以提供电源和灵活的接口，通常与高级调试工具（如 JTAG）一起使用。此外，闪存允许用户编程应用程序的简单编程和独立操作。

哪些参数对您的项目最重要？您需要大量内存，还是需要高运行速度来改善应用程序执行？开发人员需要在基于微控制器的板、片上系统 (SoC) 板、单板计算机 (SBC) 之间进行选择。有时为您的需求选择模型可能非常具有挑战性。

在本文中，我们将向您介绍一种具有板载调试功能的新开发套件。我们的想法是拥有一个允许使用工业市场从一开始就需要的所有主要传感器的电路板。当然，该板有一个 GPIO，允许使用其他专门设计的外部屏蔽。用户可以通过消除不应使用的传感器来自由地重新设计电路板。您将在此处找到硬件部分的说明。

大多数开发板都是为 IoT（物联网）准备的。因此，该板包括专用于与网络的 WiFi 连接的硬件和一系列环境传感器。该板提供了由太阳能电池供电的可能性，使其成为用于偏远地区工业应用的真正独立板。在这些情况下，借助 Nordic SoC，它甚至可以使用移动通信（和 GPS）进行数据传输。

许多有用的设备

Gravity 板由大量传感器和设备组成。开发人员无需进一步寻找不同的解决方案来构建和集成他们的项目。所有这些都在板上，如图 1 所示。简而言之，这里是这个奇妙板上的组件和设备列表：

MCU nRF52840：它是控制所有板子操作的主微控制器；

SOC nRF9160：该SOC用于GPS和GSM的管理；

ESP12：是用于集成Wi-Fi的MCU；

SiP MPU-9250：用于陀螺仪、加速度计和指南针功能；

BME680传感器：它是一种精密传感器，用于测量压力、湿度、温度和气体的存在；

BH1749NUC传感器：这是一款数字颜色传感器，用于准确检测光照率和环境光的色温；

AST7525MATRQ蜂鸣器：用于再现音频声音；

RCWL-0516传感器：是一种用于运动检测的微波雷达传感器；

NTCS0805E3103FLT热敏电阻：测温用NTC热敏电阻；

ILI9341屏幕：这是一个TFT LCD显示屏，用于查看数据和信息；

VL53L0X激光器：用于测量距离的激光模块；

SW-420传感器：用于振动检测；

OPT3004DNPR传感器：用于测量可见光强度的数字环境光传感器；

CMM-3722AT-42117-TR麦克风：MEMS麦克风，用于周围环境的声音检测；

AJU55-BS2111-L 连接器：这是用于从 nRF52 到外部设备的 USB 连接的微型 USB B 连接器；

5141-05RZDNWR01 天线连接器：这是天线的 NFC 连接器；

CM1402-03CP SF72S006VBAR2500 插槽：这是 SIM 卡的连接器，允许其插入与 GSM 模块一起操作；

ADP536x电源：这是用于电源管理的集成电路。

现在让我们检查开发板的各种物理和逻辑组件。

图 1：Gravity 的框图

系统的心脏：nRF52840

这是一个基于蓝牙 5 的 SoC（见图 2）。它支持蓝牙 5、蓝牙 Mesh、Zigbee、Thread、ANT、802.15.4 和 2.4 Ghz 专有协议栈的协议。它是开发板的主处理器，其强大的计算性能和内存使其非常适合任何类型的应用程序。这种低功耗板具有片上自适应电源管理系统。上面列出的所有传感器和外围设备都可以由该主控制器直接或间接控制。

图 2：主处理器 nRF52840 及其在板上的位置

其他模块

该 SiP（系统级封装）nRF9160用于在开发板中添加低功耗 LTE 系统和 GPS 接收器功能。它通过 I2C 协议与 Nrf52 主处理器通信。SiP 具有低功耗和紧凑的特点，具有以下特点：

64兆赫；

用于带 GPS 的多模 LTE-M/NB-IoT 物联网蜂窝调制解调器的完全集成 SiP；

LTE 频段 700-2200 Mhz；

1 MB 闪存 256 KB RAM；

来自 64 Mhz 的 Cortex-M33；

SIM 和 eSIM 支持。

ESP 12 WiFi 模块包含在用于 Wi-Fi 集成的开发板中。该模块通过 UART 与 nRF52 主处理器通信。它以非常低的功率运行并且体积小。这三个模块是主控制器，为开发板提供所有功能。以下是与同一开发板接口的传感器的详细信息。

传感器

MPU-9250 模块是一个多芯片模块 (MCM)，包含一个来自 Asahi Kasei Microdevices Corporation 的 3 轴磁力计、一个 3 轴加速度计和一个 3 轴陀螺仪。它通过 I2C 总线与主控 MCU 通信。其特点如下：

陀螺仪：具有数字输出的 X、Y 和 Z 轴角速度传感器，具有用户可编程满量程 +250、+500、+1000 和 +2000°/秒和 16 位 ADC；

加速度计：三轴，可编程满量程为+2g、+4g、+8g、+16g和16位ADC；

磁力计：带聚磁器的三轴硅单片霍尔效应磁传感器；

BME680是一款能够测量环境温度、湿度、大气压力和空气中挥发性有机化合物的传感器。它通过 I2C 总线与主控 MCU 通信。其主要特点如下：

湿度测量精度 + 3%；

气压测量的绝对精度+1 hPa；

温度精度±1.0°C；

1米高度计的精度；

BH1749NUC RGB 颜色传感器将红外光、红光、蓝光和绿光转换为数字值。广泛用于手机、平板、PC、电视的液晶背光调节。它通过 I2C 总线与主控 MCU 通信。其特点如下：

蜂鸣器 AST7525MATRQ 是一种蜂鸣器，一种用于声音信号的设备。它通过 GPIO 连接到 nrf9160。它在 10 cm 处的声压级为 85 dB / min，标称电压为 3.6 V。最大电流消耗为 100 mA，而其振荡频率等于 2700 Hz。

图 3 显示了四个 MPU-9250（多芯片）、BME680（温度计）、BH1749NUC（颜色传感器）和 AST7525MATRQ（蜂鸣器）器件在开发板上的排列。

图 3：开发板上的四个 MPU-9250、BME680、BH1749NUC 和 AST7525MATRQ 器件的排列

RCWL-0516 是一款用于运动检测的微波雷达传感器模块。它通过 GPIO 连接到 nrf52 控制器。当检测到运动时，逻辑门切换到逻辑高电平，当没有检测到运动时切换到 0V。

NTCS0805E3103FLT 是一款小尺寸 NTC 热敏电阻。它的准确度为 1%。温度测量范围在-40°C和+150°C之间。它通过GPIO连接到nRF52控制器，温度由控制器使用ADC转换器计算。

ILI9341 是一款基于 SPI 的 TFT LCD 显示器，分辨率为 240 x 320 像素。它具有 8/9/16/18 位数据总线和用于 MCU 接口的 SPI 线。该 TFT LCD 通过 SPI 线与 nRF52 控制器连接。它是一个 262144 色单芯片 SoC。在此开发板中，它可用于显示任何类型的 RGB 颜色和 240 x 320 点分辨率的信息。它可以很容易地用于硬件需要以复杂和美观的方式向消费者显示大量数据的许多应用程序。

在图 5 中，您可以看到 RCWL-0516 雷达、NTC NTCS0805E3103FLT 和板载 ILI9341 显示器。

图 5：雷达、NTC 和开发板上的显示器

VL53L0X 是一款用于飞行时间检测的超小型激光传感器，使用 I2C 接口与 nrf52 控制器进行通信。它采用 940 nm VCSEL 激光器，绝对范围测量可达 2 m。

SW-420 是一款高灵敏度无方向性振动传感器。没有运动且模块稳定时传感器输出为逻辑高电平，而当传感器有振动或运动时输出为低电平。它用于汽车、自行车和摩托车的防盗应用。它可用于娱乐、游戏和振动检测应用。

OPT3004DNPR 是一种环境光传感器，用于测量可见光的强度。它是一种单片照度计，可准确测量人眼看到的光强度。它具有从 0.01 勒克斯到 83k 勒克斯的测量范围，具有精密的光学过滤功能。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（微机电）麦克风。该麦克风用于测量人类可听范围内的频率幅度。在该开发板中，它被实现为噪声检测器，可用于任何类型的应用。它具有以下特点：

它是全方位的；

1 Khz 时 -41 dB 的灵敏度，94 dB SPL（声压级）；

S/N（信噪比）等于 57 dBA；

输出阻抗为 300 欧姆，频率为 1 Khz。

所有传感器和模块都与主处理器通信，以执行完整的 360° 控制。

结论

Gravity Board 是适用于任何类型 IoT 应用程序的开发板。虽然它的最终成本可能比其他板子高一点，但必须考虑到任何类型的传感器都在板上，设计人员不需要搜索和获取其他外部组件。有关 Gerber 文件和接线图的更多信息，以及有关该板的任何其他技术和实践指导，请通过评论联系 EEWeb。

审核编辑：郭婷