開發板（或開發套件）已經實現了幾年。由于硬件開發減少到最低限度，它們使開發人員和技術人員可以在更短的時間內設計項目。如果開發人員試圖為新產品制作原型，則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組件進行通信。

隨著物聯網的出現，已經創建了一系列工具，以縮短產品上市時間并提供指導以幫助設計參數，從而提高設備效率。該開發工具也可以為了創建通用系統與各相關元素相結合。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，這些接口通常與高級調試工具（如JTAG）一起使用。而且，閃存允許簡單編程和用戶編程應用程序的獨立操作。

哪些參數對您的項目最重要？您是否需要大量內存，或者需要較高的運行速度來改善應用程序的執行？開發人員需要在基于微控制器的板，片上系統（SoC）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會非常具有挑戰性。

在本文中，我們將向您介紹帶有板上調試功能的新開發套件。這個想法是要有一塊電路板，它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，可以使用其他經過特殊設計的外部屏蔽。用戶可以通過消除不應該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。

大多數開發板都是為物聯網（IoT）準備的。因此，該評估板包括專用于與網絡進行WiFi連接的硬件以及一系列環境傳感器。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。在這種情況下，借助Nordic 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板是由大量傳感器和設備組成的。開發人員不需要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，所有部件都已安裝在板上。簡而言之，這是此出色板上的組件和設備的列表：

• MCU nRF52840：它是控制所有電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：這是一種數字顏色傳感器，用于精確檢測環境光的照明速率和色溫；
• AST7525MATRQ蜂鳴器：用于再現音頻；
• RCWL-0516傳感器：用于運動檢測的微波雷達傳感器；
• NTCS0805E3103FLT熱敏電阻：這是一個用于溫度測量的NTC熱敏電阻；
• ILI9341屏幕：這是用于查看數據和信息的TFT LCD顯示屏；
• 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：MEMS麥克風，用于檢測周圍環境中的聲音；
• 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。

現在讓我們檢查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

這是基于藍牙5的SoC（請參見圖2）。它支持Bluetooth 5，Bluetooth Mesh，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非常適合任何類型的應用程序。該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通過此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

其他模組

該SiP（系統級封裝）nRF9160用于在開發板上添加低功耗LTE系統和GPS接收器功能。它通過I2C協議與Nrf52主處理器通信。SiP功耗低，結構緊湊，具有以下特點：

• 64 Mhz；
• 完全集成的SiP，用于帶GPS的多模LTE-M / NB-IoT IoT蜂窩調制解調器;
• 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。它以非常低的功率工作并且體積小。這三個模塊是主要控制器，為開發板提供所有功能。以下是與同一開發板接口的傳感器的詳細信息。

感測器

MPU-9250模塊是一個多芯片模塊（MCM），其中包含Asahi Kasei Microdevices Corporation生產的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，其數字輸出具有用戶可編程的滿量程+ 250，+ 500，+ 1000和+ 2000°/ sec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：帶磁選器的三軸硅單片霍爾效應磁傳感器；

所述BME680能夠測量環境溫度，濕度，氣壓和揮發性有機化合物在空氣中的傳感器。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％；
• 大氣壓力測量的絕對精度為+1 hPa；
• 溫度精度為+ 1.0°C;
• 1米高度的精度；

BH1749NUC RGB顏色傳感器將紅外，紅色，藍色和綠色的光轉換為數字值。它被廣泛用作手機，平板電腦，PC和電視的LCD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，一種用于發出聲音信號的設備。它通過GPIO連接到nrf9160。在3.6V的額定電壓下，它在10厘米處的聲壓級為85 dB / min。最大電流消耗為100 mA，而其振蕩頻率等于2700 Hz。

圖3顯示了開發板上的四個MPU-9250（多芯片），BME680（溫度計），BH1749NUC（顏色傳感器）和AST7525MATRQ（蜂鳴器）設備的布置。

圖3：開發板上的四個MPU-9250，BME680，BH1749NUC和AST7525MATRQ器件的布置

RCWL-0516是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，邏輯門切換為邏輯高電平；當未檢測到運動時，邏輯門切換為0V。

NTCS0805E3103FLT是一種低占位面積的NTC熱敏電阻。精度為1％。溫度測量范圍在-40°C到+ 150°C之間。它通過GPIO連接到nRF52控制器，溫度由控制器使用ADC轉換器計算得出。

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262144色的單芯片SoC。在此開發板上，它可用于顯示RGB顏色和分辨率為240 x 320點的任何類型的信息。它可以輕松地用于許多需要硬件以復雜而美觀的方式向消費者顯示大量數據的應用程序中。

圖4：ILI9341 TFT LCD顯示屏

在圖5中，您可以看到板上的RCWL-0516雷達，NTC NTCS0805E3103FLT和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，并使用I2C接口與nrf52控制器進行通信。它具有940 nm VCSEL激光器，絕對距離測量可達2 m。

SW-420是高靈敏度的非定向振動傳感器。當沒有移動且模塊穩定時，傳感器輸出為邏輯高電平，而當傳感器發生振動或移動時，輸出為低電平。它用于汽車，自行車和摩托車防盜應用。它可以用于娛樂，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。這是一種單芯片照度計，可以準確地測量人眼看到的光的強度。它具有0.01 lux至83k lux的測量范圍，并具有精密的光學濾波功能。它在等于85°的入射角上消除了超過99％的IR。

CMM-3722AT-42117-TR是MEMS（微機電）麥克風。該麥克風用于測量人類聽覺范圍內的頻率幅度。在此開發板上，它被實現為噪聲檢測器，并且可以在任何類型的應用中使用。具有以下特點：

• 它是全向的；
• 1 kHz時的靈敏度為-41 dB，SPL為94 dB（聲壓級）；
• S / N（信噪比）等于57 dBA；
• 在1 Khz時的輸出阻抗為300 Ohm。
• 所有傳感器和模塊均與主處理器通信以執行完整的360°控制。

結論

重力板是適用于任何類型的物聯網應用的開發板。盡管其最終成本可能比其他電路板略高，但必須考慮到板上裝有任何類型的傳感器，設計人員無需搜索并獲得其他外部組件。有關Gerber文件和接線圖以及有關該板的任何其他技術和實用指導的更多信息，請通過評論聯系EEWeb。

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

編輯：hfy