揭秘万耦一代开发板
2020-06-11 19:21:08

OneOS支持在多种开发板上运行,目前中移物联网提供自主研发的开发板采用可替换的核心处理器模块,可针对不同的处理器平台做实验。

  • 开发板由核心处理模块和外设底板组成,通过高密度连接器连接。通过更换不同的核心处理模块,可以支持ARM Cortex-M、ARM Cortex-R、ARM Cortex-A、MIPS32、ARM9、X86、RISC-V和Power-PC平台,可实现物联网操作系统在不同芯片平台上的调试和测试。
  • 底板设计了丰富的外设,包括OLED屏幕、按键、蜂鸣器、JTAG调试接口、红外收发器、CAN通信、音频解码器、六轴传感器、温湿度传感器、光强传感器、USB通信接口以及UART 调试接口等;
  • 可以选配不同的外设模块实现多种方式通信,包括中2G/4G/NB-IOT远距离通信和WIFI/蓝牙/ZigBee 近距离通信。

 

1 目标

设计用于OneOS应用的开发板,实现对环境光,温湿度,运动状态等数据进行准确采集并兼容WIFI/蓝牙/ZegBee/2G/NB-IOT/4G/红外等方式进行数据交互,兼顾音频解码功能,同时采用1.3寸TFT显示屏与功能按键结合实现人机信息交互。

2 硬件系统设计方案

2.1 硬件整体方案

OneOS开发板硬件功能框架

物联网操作系统开发板硬件框架分顶板、底板外设、选配外接模块三部分组成,其中顶板为MCU 最小系统板,与底板外设通过BM24 微型接插件相接,通过替换顶板设计支持不同平台的处理器,包括ARM Cortex-M、ARM Cortex-R、ARM Cortex-A、MIPS32、ARM9、X86、RISC-V 和Power-PC 平台。

底板外设板载常见的外设功能,包括J-Link 下载、蜂鸣器、复位/功能按键、LED 指示灯,红外收/发器、CAN 通信、音频解码器、六轴传感器、温湿度传感器、光强传感器、USB 通信接口以及UART 调试接口;

选配外设模块主要用于一口多模块设计,通过选配不同的外设模块实现多种方式通信/显示,方便选配和插拔,其中2G/4G/NB-IOT 远距离通信模块采用。

    miniPCIE 通用接口,WIFI/蓝牙/ZigBee 近距离模块采用标准的XBee 接口,1.3 寸显示屏模块采用7Pin 的2.54mm 排母对接。同时底板上预留丰富的外设接口用于后续的功能扩展。

2.2 电源方案设计

1)过电压保护

电源采用DC 插头5V 供电,通过韦尔的过电压保护芯片WS3202E61-6/TR接入电路,可以在过压关断,避免DC 误插入12V 电源引起系统损坏。

 

2)3.8V 供电设计

根据2G/4G/NB-IOT 通信模块供电需求,后级通过MPS的MP1495降压DC/DC 芯片输出3.8V/2A 的电源给2G/4G/NB-IOT 通信模块供电。

 

3)1.8V 供电设计

根据MCU 与通信模组通信串口的电平转换供电需求,3.8V 进入TI 的TLV73318 的LDO 芯片输出1.8V/0.1A 用于通信串口的电平转换供电。

 

4)3.3V 供电设计

根据各IC 的用电需求,5V 电源通过4 颗TI 的LP5907 的LDO 芯片分别输出4 路3.3V/0.25A 给WIFI/蓝牙/ZigBee 模块、音频模块、传感器模块以及主MCU系统供电。

 

2.3 MCU 模块设计

主控芯片:根据项目需求,MCU 需要能够搭载系统,还需要足够的IO 口、I2C、UART、USB 以及SPI 接口,综合软件开发、供应链、低功耗和价格,选用ST 的STM32L475VGT6 作为主控芯片,同时主控单元与外围设备分离设计,用于后续支持不同型号/厂家的主控芯片。该芯片拥有1MB Flash/128KB SRAM ,100 个引脚,1 路USB_OTG 接口、2 路SALs 接口、3 路I2C 接口、3 路SPI 接口和5 路UART 接口,满足操作系统对外围设备的控制和通信要求。该款单片机具有高速高效率、高可靠性和低功耗的特点,非常适合本次设计的要求。

 

2.4 WIFI/蓝牙/ZigBee 模块设计

为了方便兼容多功能模块采用统一的XBEE 接口,本次设计使用DFROBOT的Wifi Bee-ESP8266 模块为参考进行设计,该模块采用XBEE 造型设计使用串口转WIFI,低成本解决方案的模块,体积尺寸紧凑,兼容XBEE 的扩展底座,适用于各种3.3V 的单片机系统。可用于扩展Arduino, 实现无线数据传输,远程控制。板载开关可用于方便地选择启动模块或者升级固件,适合本次开发应用。

 

2.5 2G/4G/NB-IOT 模块

为了方便兼容多功能模块采用统一的miniPCIE 接口,设计以Simcom 公司的SIM7600CE-PCIE 模块为参照引脚模型定义,采用UART 串口通信,同时预留USB 通信连接,支持B1/B3/B8/B38/B39/B40/B41 频段。

 

2.6 音频功能设计

基于低功耗与方便开发原则本次设计使用的顺芯的ES8388 音频解码芯片,该芯片是低功耗立体声音频解码芯片自带耳机音频信号放大器,采用I2C 与SALs 方式通信,满足本次设计需要。

 

2.7 传感器设计

为满足需求板子配备了温湿度、六轴传感器、光强及红外发射/接收传感器。

1.)温湿度传感器

温湿度传感器选广州奥义电子AHT10,其温度精度为±0.3℃,湿度分辨率为0.024%RH,I2C 接口,工作功耗为23uA。

2)光强传感器设计

光强传感器使用敦南科技的AP3216C 芯片集成环境光传感器与接近传感器,芯片接口为I2C 接口,环境光传感16 位有效线性输出,接近传感器为10 位ADC线性输出,供电电压范围为2.4~3.6V,I2C 总线引脚电压范围为1.7V~VDD,符合设计需求。

3)红外发射/接收传感器设计

红外发射/接收传感器分别选用台湾亿光的IR12-21C/TR8 与IRM-56384,其中IR12-21C/TR8 正向电流IF 为20mA~1A,反向电压最大为5V。IRM-56384 供电电压最大能达到6V,波长峰值为940nm。

4)  六轴传感器设计

六轴传感器选用INVENSENSE(应美盛) 的ICM-20602,同样使用I2C 接口,供电电压及IO 口电压范围均为1.7~3.45V,其中可编程加速度计满刻度量程可达±16g。

 

2.8 TFT 屏设计

根据项目需求,选择金马鼎的1.3 英寸的TFT 模块,通过SPI 接口与MCU相连。

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