适用于任何应用的开发板

开发板（或开发套件）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，因为硬件开发被减少到最低限度。如果开发人员试图为新产品制作原型，选择开发套件是第一步。它将作为项目的智能单元，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缩短上市时间，并提供指导以帮助设计参数，从而提高设备的效率。开发工具还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JTAG等高级调试工具一起使用。此外，闪存允许对用户编程的应用程序进行简单的编程和独立操作。

哪些参数对您的项目最重要？您是否需要大量内存，或者是否需要高运行速度来提高应用程序执行？开发人员需要在基于微控制器的电路板、片上系统 （SoC） 电路板、单板计算机 （SBC） 之间进行选择。有时，根据您的需求选择模型可能非常具有挑战性。

在本文中，我们将向您介绍具有板载调试功能的新开发套件。我们的想法是拥有一块电路板，允许从一开始就使用工业市场所需的所有主要传感器。当然，该板有一个GPIO，允许使用其他专门设计的外部屏蔽。用户可以自由地重新设计电路板，消除不应使用的传感器。您将在此处找到硬件部分的描述。

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，使其成为偏远地区工业应用的真正独立板。在这些情况下，借助北欧 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 板由数量惊人的传感器和设备组成。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。如图 1 所示，它们都在板载上。简而言之，以下是这款出色主板上的组件和设备列表：

• MCU nRF52840：它是控制所有电路板操作的主微控制器;* SOC nRF9160：此 SOC 用于 GPS 和 GSM 的管理;* ESP12：是一款用于集成 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：是一种用于测量压力、湿度、温度和气体存在的精密传感器;* BH1749NUC传感器：这是一种数字颜色传感器，用于准确检测环境光的照度和色温;* AST7525MATRQ蜂鸣器：用于再现音频声音;* RCWL-0516传感器：是用于运动检测的微波雷达传感器;* NTCS0805E3103FLT热敏电阻：是用于测温的NTC热敏电阻;* ILI9341屏：这是一个TFT LCD显示屏，用于查看数据和信息;* VL53L0X激光：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：数字环境光传感器，用于测量可见光的强度;* CMM-3722AT-42117-TR麦克风：用于周围环境中声音检测的MEMS麦克风;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，允许其插入以与 GSM 模块一起使用;* ADP536x电源：这是用于电源管理的集成电路。

现在让我们来看看开发板的各种物理和逻辑组件。

图 1：重力框图

系统的核心：nRF52840

这是一款基于蓝牙 5 的 SoC（见图 2）。它支持蓝牙 5、蓝牙网状网络、Zigbee、Thread、ANT、802.15.4 和 2.4 Ghz 专有堆栈的协议。它是开发板的主处理器，其强大的计算性能和内存使其成为任何类型应用的理想选择。这款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 及其在电路板上的位置

其他模块

此 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 I52C 协议与 Nrf2 主处理器通信。SiP功耗低，结构紧凑，具有以下特点：

• 64兆赫;* 完全集成的SiP，用于带GPS的多模LTE-M / NB-IoT物联网蜂窝调制解调器;* LTE 频段 700-2200 Mhz;* 1 MB 闪存，256 KB RAM;* Cortex-M33 从 64 Mhz;* SIM 和 eSIM 支持。

ESP 12 WiFi 模块包含在开发板中，用于 Wi-Fi 集成。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。以下是连接到同一开发板的传感器的详细信息。

传感器

MPU-9250 模块是一种多芯片模块 （MCM），包含旭化成微电子株式会社的 3 轴磁力计、3 轴加速度计和 3 轴陀螺仪。它通过 I2C 总线与主 MCU 通信。其特点如下：

• 陀螺仪：X、Y 和 Z 轴的角速度传感器，带数字输出，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：带磁集中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、气压和空气中挥发性有机化合物的传感器。它通过 I2C 总线与主 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;* 温度精度为+1.0°C;* 高度计精度为1米;

BH1749NUC RGB颜色传感器将红外光、红光、蓝光和绿光转换为数字值。它被广泛用作手机、平板电脑、个人电脑和电视的液晶背光调节。它通过 I2C 总线与主 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装置。它通过GPIO连接到nrf9160。它在 85 cm 处的声压级为 10 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 显示了开发板上四个 MPU-9250（多芯片）、BME680（温度计）、BH1749NUC（颜色传感器）和 AST7525MATRQ（蜂鸣器）器件的布置。

图 3：开发板上四个 MPU-9250、BME680、BH1749NUC 和 AST7525MATRQ 器件的布置

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，当未检测到运动时，逻辑门切换到 0V。

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

ILI9341是基于SPI的TFT LCD显示器，分辨率为240 x 320像素，如图4所示。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。它是一款262144色单芯片SoC。在此开发板中，它可用于显示具有 RGB 颜色和 240 x 320 点分辨率的任何类型的信息。它可以很容易地用于许多应用程序，在这些应用程序中，硬件需要以复杂且美观的方式向消费者显示大量数据。

图 4：ILI9341 TFT LCD 显示屏

在图 5 中，您可以看到 RCWL-0516 雷达、NTC NTCS0805E3103FLT和机载ILI9341显示屏。

图 5：雷达、NTC 和开发板上的显示屏

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，绝对距离测量可达 2 m。

SW-420是一款高灵敏度无定向振动传感器。当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。它是一种单芯片照度计，可准确测量人眼看到的光强度。它的测量范围为 0.01 lux 至 83k lux，具有精密光学滤波功能。它在等于 99° 的入射角上消除了超过 85% 的红外线。

CMM-3722AT-42117-TR是一款MEMS（微机电）麦克风。该麦克风用于测量人体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：

• 它是全向的;* 灵敏度为 -41 dB，1 Khz，94 dB SPL（声压级）;* S / N（信噪比）等于57 dBA;* 300 Khz 时输出阻抗为 1 欧姆。

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 是适用于任何类型的物联网应用的开发板。虽然它的最终成本可能比其他电路板高一点，但必须考虑到任何类型的传感器都位于板上，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方向，请通过评论联系EEWeb。

设计者： M. Di Paolo Emilio， Giovanni Di Maria， Davide Di Gesualdo.

审核编辑 黄宇

*附件：V1.0.0.0[2].zip