适用于任何类型的物联网应用的开发板：重力板

开发板（或开发套件）已经实现了几年。由于硬件开发减少到最低限度，它们使开发人员和技术人员可以在更短的时间内设计项目。如果开发人员试图为新产品制作原型，则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组件进行通信。

随着物联网的出现，已经创建了一系列工具，以缩短产品上市时间并提供指导以帮助设计参数，从而提高设备效率。该开发工具也可以为了创建通用系统与各相关元素相结合。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，这些接口通常与高级调试工具（如JTAG）一起使用。而且，闪存允许简单编程和用户编程应用程序的独立操作。

哪些参数对您的项目最重要？您是否需要大量内存，或者需要较高的运行速度来改善应用程序的执行？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，根据您的需求选择模型可能会非常具有挑战性。

在本文中，我们将向您介绍带有板上调试功能的新开发套件。这个想法是要有一块电路板，它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，可以使用其他经过特殊设计的外部屏蔽。用户可以通过消除不应该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物联网（IoT）准备的。因此，该评估板包括专用于与网络进行WiFi连接的硬件以及一系列环境传感器。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。在这种情况下，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板是由大量传感器和设备组成的。开发人员不需要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，所有部件都已安装在板上。简而言之，这是此出色板上的组件和设备的列表：

• MCU nRF52840：它是控制所有电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：这是一种数字颜色传感器，用于精确检测环境光的照明速率和色温；
• AST7525MATRQ蜂鸣器：用于再现音频；
• RCWL-0516传感器：用于运动检测的微波雷达传感器；
• NTCS0805E3103FLT热敏电阻：这是一个用于温度测量的NTC热敏电阻；
• ILI9341屏幕：这是用于查看数据和信息的TFT LCD显示屏；
• 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：MEMS麦克风，用于检测周围环境中的声音；
• 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。

现在让我们检查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

这是基于蓝牙5的SoC（请参见图2）。它支持Bluetooth 5，Bluetooth Mesh，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非常适合任何类型的应用程序。该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通过此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

其他模组

该SiP（系统级封装）nRF9160用于在开发板上添加低功耗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功耗低，结构紧凑，具有以下特点：

• 64 Mhz；
• 完全集成的SiP，用于带GPS的多模LTE-M / NB-IoT IoT蜂窝调制解调器;
• 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。它以非常低的功率工作并且体积小。这三个模块是主要控制器，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。

感测器

MPU-9250模块是一个多芯片模块（MCM），其中包含Asahi Kasei Microdevices Corporation生产的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，其数字输出具有用户可编程的满量程+ 250，+ 500，+ 1000和+ 2000°/ sec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：带磁选器的三轴硅单片霍尔效应磁传感器；

所述BME680能够测量环境温度，湿度，气压和挥发性有机化合物在空气中的传感器。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％；
• 大气压力测量的绝对精度为+1 hPa；
• 温度精度为+ 1.0°C;
• 1米高度的精度；

BH1749NUC RGB颜色传感器将红外，红色，蓝色和绿色的光转换为数字值。它被广泛用作手机，平板电脑，PC和电视的LCD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，一种用于发出声音信号的设备。它通过GPIO连接到nrf9160。在3.6V的额定电压下，它在10厘米处的声压级为85 dB / min。最大电流消耗为100 mA，而其振荡频率等于2700 Hz。

图3显示了开发板上的四个MPU-9250（多芯片），BME680（温度计），BH1749NUC（颜色传感器）和AST7525MATRQ（蜂鸣器）设备的布置。

图3：开发板上的四个MPU-9250，BME680，BH1749NUC和AST7525MATRQ器件的布置

RCWL-0516是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，逻辑门切换为逻辑高电平；当未检测到运动时，逻辑门切换为0V。

NTCS0805E3103FLT是一种低占位面积的NTC热敏电阻。精度为1％。温度测量范围在-40°C到+ 150°C之间。它通过GPIO连接到nRF52控制器，温度由控制器使用ADC转换器计算得出。

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262144色的单芯片SoC。在此开发板上，它可用于显示RGB颜色和分辨率为240 x 320点的任何类型的信息。它可以轻松地用于许多需要硬件以复杂而美观的方式向消费者显示大量数据的应用程序中。

图4：ILI9341 TFT LCD显示屏

在图5中，您可以看到板上的RCWL-0516雷达，NTC NTCS0805E3103FLT和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，并使用I2C接口与nrf52控制器进行通信。它具有940 nm VCSEL激光器，绝对距离测量可达2 m。

SW-420是高灵敏度的非定向振动传感器。当没有移动且模块稳定时，传感器输出为逻辑高电平，而当传感器发生振动或移动时，输出为低电平。它用于汽车，自行车和摩托车防盗应用。它可以用于娱乐，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。这是一种单芯片照度计，可以准确地测量人眼看到的光的强度。它具有0.01 lux至83k lux的测量范围，并具有精密的光学滤波功能。它在等于85°的入射角上消除了超过99％的IR。

CMM-3722AT-42117-TR是MEMS（微机电）麦克风。该麦克风用于测量人类听觉范围内的频率幅度。在此开发板上，它被实现为噪声检测器，并且可以在任何类型的应用中使用。具有以下特点：

• 它是全向的；
• 1 kHz时的灵敏度为-41 dB，SPL为94 dB（声压级）；
• S / N（信噪比）等于57 dBA；
• 在1 Khz时的输出阻抗为300 Ohm。
• 所有传感器和模块均与主处理器通信以执行完整的360°控制。

结论

重力板是适用于任何类型的物联网应用的开发板。尽管其最终成本可能比其他电路板略高，但必须考虑到板上装有任何类型的传感器，设计人员无需搜索并获得其他外部组件。有关Gerber文件和接线图以及有关该板的任何其他技术和实用指导的更多信息，请通过评论联系EEWeb。

由M. Di Paolo Emilio，Giovanni Di Maria，Davide Di Gesualdo设计。

编辑：hfy