開發板（或開發套件）已經成為現實好幾年了。它們允許開發人員和技術人員在更短的時間內設計他們的項目，因為硬件開發被減少到最低限度。如果開發人員試圖為新產品制作原型，選擇開發套件是第一步。它將作為項目的智能單元，并與所有其他連接的電子元件進行通信。

隨著物聯網的出現，已經創建了一系列工具來縮短上市時間，并提供指導以幫助設計參數，從而提高設備的效率。開發工具還可以與各種相關元素相結合，以創建通用系統。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JTAG等高級調試工具一起使用。此外，閃存允許對用戶編程的應用程序進行簡單的編程和獨立操作。

哪些參數對您的項目最重要？您是否需要大量內存，或者是否需要高運行速度來提高應用程序執行？開發人員需要在基于微控制器的電路板、片上系統 （SoC） 電路板、單板計算機 （SBC） 之間進行選擇。有時，根據您的需求選擇模型可能非常具有挑戰性。

在本文中，我們將向您介紹具有板載調試功能的新開發套件。我們的想法是擁有一塊電路板，允許從一開始就使用工業市場所需的所有主要傳感器。當然，該板有一個GPIO，允許使用其他專門設計的外部屏蔽。用戶可以自由地重新設計電路板，消除不應使用的傳感器。您將在此處找到硬件部分的描述。

大多數開發板都是為IoT（物聯網）準備的。因此，該板包括專用于與網絡的WiFi連接的硬件和一系列環境傳感器。該板提供了由太陽能電池供電的可能性，使其成為偏遠地區工業應用的真正獨立板。在這些情況下，借助北歐 SoC，它甚至可以使用移動通信（和 GPS）進行數據傳輸。

許多有用的設備

Gravity 板由數量驚人的傳感器和設備組成。開發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。如圖 1 所示，它們都在板載上。簡而言之，以下是這款出色主板上的組件和設備列表：

• MCU nRF52840：它是控制所有電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：用于陀螺儀、加速度計和指南針功能;* BME680傳感器：是一種用于測量壓力、濕度、溫度和氣體存在的精密傳感器;* BH1749NUC傳感器：這是一種數字顏色傳感器，用于準確檢測環境光的照度和色溫;* AST7525MATRQ蜂鳴器：用于再現音頻聲音;* RCWL-0516傳感器：是用于運動檢測的微波雷達傳感器;* NTCS0805E3103FLT熱敏電阻：是用于測溫的NTC熱敏電阻;* ILI9341屏：這是一個TFT LCD顯示屏，用于查看數據和信息;* VL53L0X激光：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：數字環境光傳感器，用于測量可見光的強度;* CMM-3722AT-42117-TR麥克風：用于周圍環境中聲音檢測的MEMS麥克風;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。

現在讓我們來看看開發板的各種物理和邏輯組件。

圖 1：重力框圖

系統的核心：nRF52840

這是一款基于藍牙 5 的 SoC（見圖 2）。它支持藍牙 5、藍牙網狀網絡、Zigbee、Thread、ANT、802.15.4 和 2.4 Ghz 專有堆棧的協議。它是開發板的主處理器，其強大的計算性能和內存使其成為任何類型應用的理想選擇。這款低功耗板具有片上自適應電源管理系統。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 及其在電路板上的位置

其他模塊

此 SiP（系統級封裝）nRF9160用于在開發板中添加低功耗 LTE 系統和 GPS 接收器功能。它通過 I52C 協議與 Nrf2 主處理器通信。SiP功耗低，結構緊湊，具有以下特點：

• 64兆赫;* 完全集成的SiP，用于帶GPS的多模LTE-M / NB-IoT物聯網蜂窩調制解調器;* LTE 頻段 700-2200 Mhz;* 1 MB 閃存，256 KB RAM;* Cortex-M33 從 64 Mhz;* SIM 和 eSIM 支持。

ESP 12 WiFi 模塊包含在開發板中，用于 Wi-Fi 集成。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，為開發板提供所有功能。以下是連接到同一開發板的傳感器的詳細信息。

傳感器

MPU-9250 模塊是一種多芯片模塊 （MCM），包含旭化成微電子株式會社的 3 軸磁力計、3 軸加速度計和 3 軸陀螺儀。它通過 I2C 總線與主 MCU 通信。其特點如下：

• 陀螺儀：X、Y 和 Z 軸的角速度傳感器，帶數字輸出，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：帶磁集中器的三軸硅單片霍爾效應磁傳感器

BME680 是一款能夠測量環境溫度、濕度、氣壓和空氣中揮發性有機化合物的傳感器。它通過 I2C 總線與主 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;* 溫度精度為+1.0°C;* 高度計精度為1米;

BH1749NUC RGB顏色傳感器將紅外光、紅光、藍光和綠光轉換為數字值。它被廣泛用作手機、平板電腦、個人電腦和電視的液晶背光調節。它通過 I2C 總線與主 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裝置。它通過GPIO連接到nrf9160。它在 85 cm 處的聲壓級為 10 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 顯示了開發板上四個 MPU-9250（多芯片）、BME680（溫度計）、BH1749NUC（顏色傳感器）和 AST7525MATRQ（蜂鳴器）器件的布置。

圖 3：開發板上四個 MPU-9250、BME680、BH1749NUC 和 AST7525MATRQ 器件的布置

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，當未檢測到運動時，邏輯門切換到 0V。

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

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 位數據總線和用于 MCU 接口的 SPI 線。該TFT LCD通過SPI線與nRF52控制器連接。它是一款262144色單芯片SoC。在此開發板中，它可用于顯示具有 RGB 顏色和 240 x 320 點分辨率的任何類型的信息。它可以很容易地用于許多應用程序，在這些應用程序中，硬件需要以復雜且美觀的方式向消費者顯示大量數據。

圖 4：ILI9341 TFT LCD 顯示屏

在圖 5 中，您可以看到 RCWL-0516 雷達、NTC NTCS0805E3103FLT和機載ILI9341顯示屏。

圖 5：雷達、NTC 和開發板上的顯示屏

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，絕對距離測量可達 2 m。

SW-420是一款高靈敏度無定向振動傳感器。當沒有運動且模塊穩定時，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是一種環境光傳感器，用于測量可見光的強度。它是一種單芯片照度計，可準確測量人眼看到的光強度。它的測量范圍為 0.01 lux 至 83k lux，具有精密光學濾波功能。它在等于 99° 的入射角上消除了超過 85% 的紅外線。

CMM-3722AT-42117-TR是一款MEMS（微機電）麥克風。該麥克風用于測量人體可聽范圍內的頻率幅度。在該開發板中，它被實現為噪聲檢測器，可用于任何類型的應用。它具有以下特點：

• 它是全向的;* 靈敏度為 -41 dB，1 Khz，94 dB SPL（聲壓級）;* S / N（信噪比）等于57 dBA;* 300 Khz 時輸出阻抗為 1 歐姆。

所有傳感器和模塊都與主處理器通信，以執行完整的 360° 控制。

結論

Gravity Board 是適用于任何類型的物聯網應用的開發板。雖然它的最終成本可能比其他電路板高一點，但必須考慮到任何類型的傳感器都位于板上，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方向，請通過評論聯系EEWeb。

設計者： M. Di Paolo Emilio， Giovanni Di Maria， Davide Di Gesualdo.

審核編輯 黃宇

*附件：V1.0.0.0[2].zip