傳感器板為物聯(lián)網(wǎng)的藍(lán)牙應(yīng)用提供解決方案

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 傳感器板為物聯(lián)網(wǎng)的藍(lán)牙應(yīng)用提供解決方案 對于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備的開發(fā)人員而言，藍(lán)牙是一種快速，安全的連接路徑，無線片上系統(tǒng)（SoC）設(shè)備已成為實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)計(jì)的現(xiàn)成解決方案。盡管如此，上市時(shí)間的壓力仍然在增加，因此即使這些高度集成的解決方案也不盡如人意，需要時(shí)間和資源來添加完整物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)所需的硬件和軟件。 本文介紹了藍(lán)牙 - 啟用傳感器板為即時(shí)物聯(lián)網(wǎng)解決方案提供了圣杯，也可以作為家庭或個(gè)人使用的定制無線傳感器物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的根底。然后使用電路板的應(yīng)用程序和板載MEMS麥克風(fēng)，使用代碼描述一個(gè)真實(shí)的傳感實(shí)現(xiàn)例如。 模塊簡化藍(lán)牙 藍(lán)牙低功耗（BLE）提供多個(gè)優(yōu)勢包括低功耗

2、，*全性以及移動(dòng)平臺(tái)（包括智能手機(jī)，平板電腦和筆記本電腦）的近乎普遍的可用性。雖然低成本收發(fā)器的廣泛應(yīng)用推動(dòng)了藍(lán)牙連接的快速承受，但這些收發(fā)器仍然需要在RF設(shè)計(jì)方面的重要知識(shí)來構(gòu)建優(yōu)化設(shè)計(jì)。 藍(lán)牙模塊簡化設(shè)計(jì)，提供完整的RF子系統(tǒng)，需要工程師簡單地集成MCU和相關(guān)的子電路，以構(gòu)建支持藍(lán)牙的系統(tǒng)。諸如Silicon LabsGecko MCU系列等無線SoC是這一發(fā)展的舉措，簡化了實(shí)施，同時(shí)減小了設(shè)計(jì)尺寸和成本。 例如，SiLabs EFR32MG1P Mighty Gecko MCU集成了32位ARM Cortex-M4內(nèi)核，存儲(chǔ)器，加密硬件加速器，DC/DC轉(zhuǎn)換器，多個(gè)外設(shè)以及用于2.4 G

3、Hz和sub-GHz通信的收發(fā)器（圖1）。 圖1：SiLabs EFR32MG1P無線SoC將完整的基于Cortex-M4的系統(tǒng)與先進(jìn)的收發(fā)器相結(jié)合，能夠支持sub-GHz和2.4 GHz通信。 （圖片：Silicon Labs） 無線傳感器板 高度集成，高能效的無線SoC提供了現(xiàn)成的解決方案，但仍然讓設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)傳感器接口，I/O連接，電源管理和RF。在電池供電的傳感器節(jié)點(diǎn)中，每個(gè)子系統(tǒng)都需要特別注意以確保的功耗。特別是，當(dāng)工程師處理包括天線匹配，布局和電磁干擾減輕在內(nèi)的RF優(yōu)化問題時(shí)，RF設(shè)計(jì)要求可能會(huì)減慢項(xiàng)目進(jìn)程。 SiLabs Thunderboard Sense板為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供

4、了即時(shí)，可擴(kuò)展的解決方案。該電路板基于EFR32MG1P無線SoC，包括六個(gè)傳感器，8-Mbit閃存和高亮度RGB LED，以及用于用戶交互的雙色LED和按鈕（圖2）。此外，Thunderboard Sense可作為參考設(shè)計(jì)，用于實(shí)現(xiàn)基于上述EFR32MG1P Mighty Gecko無線SoC的定制藍(lán)牙IoT設(shè)計(jì)。 圖2：SiLabs Thunderboard Sense主板提供現(xiàn)成的電池供電的藍(lán)牙IoT設(shè)計(jì)，配備了大量傳感器并以全面的軟件環(huán)境為后盾。 （圖片：Silicon Labs） Thunderboard Sense的設(shè)計(jì)僅適用于插入其板載連接器的CR2032紐扣電池。實(shí)際上，該設(shè)計(jì)

5、強(qiáng)調(diào)從MCU本身開始的低功耗操作。 EFR32MG1P MCU在工作模式下僅消耗63A/MHz，在DeepSleep模式下僅消耗1.4A，從而保存RAM并保持實(shí)時(shí)時(shí)鐘運(yùn)行。 然而，在無線傳感器設(shè)計(jì)中，功率優(yōu)化要求將電源管理應(yīng)用于外部傳感器及其調(diào)理電路。 Sense板將這些外圍電路分組到電源域，并使用專用的SiLabs EFM8SB MCU作為電源和中斷控制器來管理這些域。 例如，從電路板的內(nèi)置MEMS麥克風(fēng)獲取數(shù)據(jù)， EFR32MG1P MCU將0 x01寫入EFM8SB外設(shè)控制器MCU中的ENV_SENSOR_CTRL存放器。 EFM8SB反過來為低壓差（LDO）穩(wěn)壓器供電，為MEMS麥克風(fēng)

6、和相關(guān)的模擬信號(hào)鏈供電（圖3）。接下來，來自EFM8SB的中斷信號(hào)使EFR32MG1P MCU通過其集成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）開始數(shù)據(jù)采集。 圖3：Thunderboard Sense使用專用的EFM8SB MCU作為電源和中斷控制器，以優(yōu)化數(shù)字和模擬傳感器的功率利用率以及在他們的調(diào)理電路中。 （圖片：Silicon Labs） 該板還為高功率應(yīng)用或開發(fā)過程中的線路供電操作提供了替代供電選擇。例如，對于以高強(qiáng)度運(yùn)行板載LED的應(yīng)用，您可以通過板內(nèi)置的連接器添加外部電池。此外，您還可以通過USB連接器或Mini Simplicity連接器為電路板供電。后一種方法還允許使用外部SiLabs調(diào)試器的

7、能量監(jiān)控功能執(zhí)行的電流測量。 起點(diǎn) 使用Sense板和隨附的應(yīng)用程序只需幾個(gè)簡單的步驟。啟動(dòng)Thunderboard應(yīng)用程序（從iOSApp或Google Play商店）后，您只需為Thunderboard Sense主板供電，該主板立即開始通過藍(lán)牙開展自我宣傳，同時(shí)閃爍綠色LED。當(dāng)Thunderboard Sense出現(xiàn)在Thunderboard應(yīng)用程序上時(shí)，用戶選擇該設(shè)備并繼續(xù)使用特定應(yīng)用程序。 事實(shí)上，Thunderboard Sense主板和應(yīng)用程序?yàn)樵S多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序提供了現(xiàn)成的解決方案。除了作為現(xiàn)成的解決方案使用外，Thunderboard Sense還提供了允許開發(fā)人員輕松擴(kuò)展

8、其功能的功能。除了Micro-B USB連接器和SiLabs的Mini Simplicity連接器外，Thunderboard Sense還提供了20個(gè)分線焊盤，開發(fā)人員可以使用它們連接其他外圍設(shè)備或電路板。分線焊盤包含許多EFR32MG1P MCU I/O引腳，包括I 2 C和SPI引腳，以及主板電源，5 V電壓軌和3.3 V LDO電源軌。設(shè)計(jì)人員還可以利用EFR32MG1P MCU的靈活引腳布線來訪問其任何集成外設(shè)。 除了作為現(xiàn)成解決方案的實(shí)用性外，Thunderboard Sense硬件和附帶軟件提供了一個(gè)起點(diǎn)用于自定義IoT應(yīng)用程序。該設(shè)計(jì)解決了與I 2 C和SPI數(shù)字傳感器以及模擬

9、外設(shè)和RF天線相關(guān)的常見接口問題。為了幫助加速基于Sense板的定制設(shè)計(jì)的開發(fā)，SiLabs為每個(gè)外設(shè)和IO提供完整的原理圖，包括一個(gè)合適的2.4 GHz匹配網(wǎng)絡(luò)，將MCU的2.4 GHz RF I/O引腳連接到板載芯片天線。 例如，MEMS麥克風(fēng)電路的原理圖為MEMS麥克風(fēng)輸出提供了模擬信號(hào)鏈的完整設(shè)計(jì)。在該電路中，*儀器TLV342S運(yùn)算放大器用于32.1 dB增益放大器級(jí)和用于Knowles SPV1840 MEMS麥克風(fēng)輸出的一階有源低通濾波器（圖4）。該設(shè)計(jì)將信號(hào)鏈的MIC輸出連接到MCU的12位逐次逼近存放器（SAR）ADC，用于麥克風(fēng)數(shù)據(jù)采集。 圖4：除了Thunderboard

10、 Sense工具包的硬件和軟件外，Silicon Labs還提供裝配圖，材料清單和完整的原理圖，例如這種模擬信號(hào)調(diào)理電路用于MEMS麥克風(fēng)信號(hào)采集。 （圖片：Silicon Labs） 軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試 Silicon Labs支持Thunderboard Sense套件，其中包含一系列可用于其Simplicity Studio開發(fā)環(huán)境的軟件庫。除了用于MCU硬件功能的軟件庫外，該軟件包還包括用于Thunderboard Sense的板級(jí)支持包（BSP）以及隨附的例如C代碼。例如，SenseApp模塊提供了一個(gè)BLE應(yīng)用程序，可將數(shù)據(jù)從其全套傳感器傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)應(yīng)用程序。 除了作為正常運(yùn)行的應(yīng)用

11、程序之外，SenseApp代碼還說明了基于EFR32MG1P MCU實(shí)現(xiàn)IoT傳感器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵軟件設(shè)計(jì)模式。例如，BLE堆棧接收實(shí)時(shí)時(shí)鐘，防止其用于應(yīng)用程序本身的定時(shí)事件。 SenseApp例如代碼演示了如何使用MCU軟件定時(shí)器定期輪詢各種軟件功能，包括傳感器數(shù)據(jù)捕獲功能。 在SenseApp應(yīng)用程序中，主程序啟動(dòng)設(shè)備并開始等待無限循環(huán)對于一個(gè)事件并調(diào)用一個(gè)應(yīng)用程序事件處理程序來處理該事件（清單1）。 復(fù)制 while（1） struct gecko_cmd_packet * evt; /*檢查堆棧事件。 */ evt = gecko_wait_event（）; /*運(yùn)行應(yīng)用程序和事件處理程序

12、。 */ appHandleEvents（evt）; 清單1：SenseApp主程序中的實(shí)用程序循環(huán)不斷循環(huán)，將事件移交給事件處理程序以調(diào)用傳感器采樣等操作。 （列表：Silicon Labs） 位于app.c中， appHandleEvents 調(diào)用 RADIO_bleStackLoopIteration（）（位于radio_ble.c中），如果設(shè)備是不在藍(lán)牙廣告模式。如果連接處于活動(dòng)狀態(tài)，則此例程輪流調(diào)用 connectionActiveIteration（）（在radio_ble.c中），它提供數(shù)據(jù)采樣功能。 connectionActiveIteration（ ）例程檢查板載按鈕的狀態(tài)

13、，并定期調(diào)用負(fù)責(zé)更新每個(gè)板傳感器數(shù)據(jù)的服務(wù)程序。，此例程檢查麥克風(fēng)活動(dòng)，如果麥克風(fēng)處于活動(dòng)狀態(tài)，它會(huì)通過設(shè)置聲級(jí)并通過調(diào)用 MIC_start（）函數(shù)啟動(dòng)麥克風(fēng)數(shù)據(jù)采集來啟動(dòng)麥克風(fēng)數(shù)據(jù)采集（清單2） sampleBufferLen） sampleCount = sampleBufferLen; else sampleCount = nSamples; if（！dmaBusy） /*配置DMA */ DMADRV_PeripheralMemory（dmadrvChannelId，/channelId dmadrvPeripheralSignal_ADC0_SCAN，/peripheralSign

14、al （void *）sampleBuffer，/* dst （void *）amp;（ADC0 - SCANDATA），/* src true，/dstInc sampleCount，/len dmadrvDataSize2，/size dmaCompleteCallback，/callback NULL）;/* cbUserParam adcEnable（true）; dmaBusy = true; sampleBufferReady = false; 返回; 清單2：mic.c模塊位于BSP包中，包括麥克風(fēng)支持例程，包括 MIC_start（）例程，通過從MCU的片上ADC啟動(dòng)DMA傳輸

15、來執(zhí)行麥克風(fēng)數(shù)據(jù)采集。 （列表：Silicon Labs） MIC_start（）例程啟動(dòng)來自MCU的片上ADC（ dmadrvPeripheralSignal_ADC0_SCAN）的DMA傳輸，使用dmadrv.c模塊中的 DMADRV_PeripheralMemory 例程。 （如前所述，MEMS麥克風(fēng)信號(hào)鏈的輸出與MCU ADC相連。）該模塊是github上可用的SiLabs emdrv EnergyAware驅(qū)動(dòng)程序庫的一部分。 完成ADC數(shù)據(jù)采集后序列， dmaCompleteCallback（）回調(diào)例程禁用進(jìn)一步的ADC采樣，并為下一輪采樣準(zhǔn)備設(shè)備。超越這個(gè)基本應(yīng)用程序，開發(fā)人員可以構(gòu)建這