本文是基于設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)提案的更新版本。在第一部分中，提出了遠(yuǎn)程青蛙的設(shè)想設(shè)計(jì)。在第二節(jié)中，討論了功率預(yù)算考慮因素。第三部分給出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，給出了系統(tǒng)的PCB原理圖。在本節(jié)中，將突出顯示提案設(shè)計(jì)的更新，并留下提案示意圖供參考，以了解系統(tǒng)是如何開發(fā)的。

規(guī)劃

我通過列出挑戰(zhàn)所需的基本組件開始項(xiàng)目，并開始設(shè)計(jì)Remote Frog：

?nRF9151: LTE-M和GPS

?nPM1300：蓄電池充電和系統(tǒng)供電

?太陽能電池板

?帶最大功率點(diǎn)跟蹤的太陽能轉(zhuǎn)換器

?USB: c型，充電，編程，配置和日志下載

?電池

?傳感器：盛思銳SCD30二氧化碳，英飛凌DPS310壓力

?原始青蛙傳感器套件的外殼

系統(tǒng)看起來如下圖所示。

我想重新使用青蛙的外殼，在那里太陽能電池板可以安裝在它的頭上。傾斜的設(shè)計(jì)是偉大的，因?yàn)樗梢宰層晁吹裘姘迳系奈酃?，甚至可以根?jù)地理區(qū)域和收集盡可能多的太陽能的最佳位置進(jìn)行優(yōu)化。太陽能電池板應(yīng)該是外用的，并且足夠小。有來自Adaruit和Seed studio的選擇。這些面板可以提供1w的最大功率。在外殼中，新設(shè)計(jì)的Remote Frog將取代現(xiàn)有的ESP32 WiFi模塊。所以它的尺寸應(yīng)該在10cmx5cm的范圍內(nèi)。在這里，我決定使用LTE和GPS的外部天線，它們將安裝在大禮帽下方，并通過同軸電纜連接到電路板上。這將提高無線性能。傳感器將保持在原來的位置。我還決定使用18650尺寸的鋰離子電池，因?yàn)樗鼈兒苋菀自诋?dāng)?shù)夭少?，并且有將電池直接連接到PCB的安裝。

下面是一個(gè)粗糙的切片槽示意圖如何新的組裝將適合在修改的青蛙外殼。

對于太陽能調(diào)節(jié)器，我決定使用LTC3130，因?yàn)樗哂袑挿秶妮斎腚妷海@意味著可以使用不同尺寸的面板，特別是在測試期間。有很多不同的選項(xiàng)已經(jīng)集成了電池充電器，但我決定按照最初的要求使用內(nèi)置充電器的nPM1300，并有很多系統(tǒng)電源管理選項(xiàng)。其他選擇可能稍微便宜一點(diǎn)，但nPM1300和LTC3130的組合提供了很多選擇。為了集成USB充電，我選擇了一個(gè)電源開關(guān)TPS2116，在連接設(shè)備進(jìn)行測試和開發(fā)時(shí)，從太陽能調(diào)節(jié)器或USB向nPM1300供電。

由于nRF9151沒有USB連接，我正在查看串行UART到USB芯片，但最后決定只使用北歐nRF52820的USB最小選項(xiàng)IC。這個(gè)選項(xiàng)并不貴多少，而且還允許添加低功耗藍(lán)牙(BLE)通信。在審查過程中，建議使用nRF52833來獲得更大的功能，并且具有兼容的占用空間，因此以后它仍然可以用nRF52820替換。

我也開始考慮是否可以選擇擴(kuò)展測量的類型。在這里，我開始關(guān)注顆粒物(PM)測量，因?yàn)檫@將很好地補(bǔ)充二氧化碳環(huán)境監(jiān)測。為此，我認(rèn)為盛思銳SEN55巫婆需要5v電源。與CO2傳感器相比，PM測量需要更大的功率，但正如下一節(jié)所示，仔細(xì)的電源管理也可以進(jìn)行PM測量。

功率預(yù)算

對于電力預(yù)算，我收集了主要選擇組件的信息，并確定了平均功耗。下面是所考慮的值的概述。

從計(jì)算中可以看出，CO2測量對功耗的貢獻(xiàn)最大。

我們希望使用一種電池，當(dāng)太陽能電池板無法為系統(tǒng)供電時(shí)，它可以在沒有陽光的情況下長時(shí)間運(yùn)行。如果我們在18650外殼中選擇現(xiàn)成的大容量3500毫安鋰離子電池，我們得到了流動(dòng)的計(jì)算：

從計(jì)算中可以看出，該系統(tǒng)僅靠電池就可以運(yùn)行27天左右。

我們還必須確定太陽能電池板給電池充電需要多長時(shí)間。經(jīng)過一番考慮，我選擇了Adaruit 5V 1.2W太陽能電池板。面板開路電壓7.09 V，短路電流0.22 A。峰值電壓為6.07 V，峰值電流為0.2 A。最大功率為1.22瓦。收費(fèi)的計(jì)算如下。

從計(jì)算中我們可以看出，在系統(tǒng)只使用電池供電而不使用太陽能供電的時(shí)間內(nèi)，電池可以很好地充電。值得注意的是，即使在最好的條件下，由于夜間時(shí)間，太陽能電池板也不會(huì)連續(xù)充電12小時(shí)。即使一些電荷可以從其他光源收集。

如果我們把PM測量值也加入到計(jì)算中。我們首先得到的結(jié)果并不樂觀，但如果我們減少PM測量的時(shí)間，我們可以大大延長運(yùn)行時(shí)間。計(jì)算結(jié)果如下。

從計(jì)算中我們可以得出結(jié)論，如果我們不斷地進(jìn)行PM測量，傳感器在沒有太陽能的情況下只能運(yùn)行1.5天，并且會(huì)不斷地耗盡電池電量。但如果我們減少測量的次數(shù)，我們可以把這個(gè)時(shí)間延長到一個(gè)多星期的可控時(shí)間。這將是我想在硬件上的實(shí)際實(shí)驗(yàn)中研究的事情之一。

圖表

我在KiCad開源工具(9.0版)中設(shè)計(jì)了Remote Frog PCB原理圖。我用了一個(gè)很棒的北歐圖書館。在本節(jié)中，我將介紹原理圖，并對一些設(shè)計(jì)選擇進(jìn)行評論，并提供如何使用電路板的說明，同時(shí)突出顯示擬議設(shè)計(jì)的更改。

下面是系統(tǒng)概覽示意圖。我把系統(tǒng)分成更小的部分。這些部分是USB，太陽能調(diào)節(jié)器，電源管理，傳感器連接，nRF9151和nR52833(而不是nRF52820)。

我設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是可配置的，易于調(diào)試。根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)你將一塊新板帶入生活時(shí)，測試點(diǎn)和跳線總是太少了。與建議相比，我增加了能夠用nRF52833調(diào)試nRF9151的線路，除了為USB橋提供UART之外，這將大大簡化開發(fā)。由于有四條線連接兩個(gè)soc，一對可用于終端，另一對用于調(diào)制解調(diào)器走線。與建議和安裝孔占位符相比，還有一些額外的測試點(diǎn)。該設(shè)計(jì)允許僅使用nR52833的電路板，這可能對其他項(xiàng)目有用。

對于第一部分，我們可以看看基于LTC3130的太陽能電池板調(diào)節(jié)器。

在原理圖的左上方有太陽能電池板連接器，在中間是buck-boost太陽能電源調(diào)節(jié)器。在這種情況下，主要的兩個(gè)重要細(xì)節(jié)是MPP跟蹤和輸出電壓電阻分配器。其他部分基于數(shù)據(jù)表。該調(diào)節(jié)器的MPP跟蹤是MPPC(最大功率點(diǎn)控制)。在其他產(chǎn)品中，它不如真正的MPPT好，因?yàn)樗谳斎攵说姆謮浩鞔_定的預(yù)設(shè)電壓值上工作。設(shè)計(jì)值適用于所選的峰值電壓為6.07 V的太陽能電池板。另一個(gè)是輸出電壓，我將其設(shè)置為4.4 V，以便下一節(jié)討論的電源開關(guān)將優(yōu)先考慮USB 5 V電源。

與提案中的太陽能調(diào)節(jié)器原理圖相比，沒有太大變化。一些跳線電阻被替換為焊料跳線，一些電容器被重新排序，這些電容器不需要減少占地面積，同時(shí)如果在輸入端需要額外的電容，則添加一些占位符。最大的變化是從下面所示的nPM1300的一個(gè)開關(guān)為EXTVCC引腳供電的額外選項(xiàng)，這降低了輸入端啟動(dòng)穩(wěn)壓器的最小電壓。

下面是nPM1300和TPS2116的電源管理原理圖。

從左上角開始有太陽能和USB電源兩種輸入電源選擇。如果可用，TPS2116設(shè)置為優(yōu)先使用USB電源。TPS2116的輸出為nPM1300供電。我用了兩個(gè)buck調(diào)節(jié)器。它們通常會(huì)被設(shè)置為3v運(yùn)行。這里是對初始設(shè)計(jì)的一些更改。VOUT1用于為nRF9151 IO、nRF52833和nPM1300 IO供電，而VOUT2用于為外部傳感器供電，因此可以關(guān)閉以節(jié)省電力。之所以進(jìn)行更改，是因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下需要同時(shí)為兩個(gè)soc供電，如果不需要一個(gè)soc，則可以簡單地不填充它。從VOUT1，我還通過兩個(gè)nPM1300交換機(jī)布線。一個(gè)將用于為GPS外部有源天線供電，另一個(gè)用于連接太陽能調(diào)節(jié)器的EXTVCC引腳的傳感器供電。

USB檢測使用TPS2116并連接到nPM1300引腳，可用于檢測變化并向主SoC發(fā)送信號。同樣，這是對太陽能調(diào)節(jié)器的良好信號進(jìn)行的。nMP1300引腳上的輸入信號也用于切換GPS電源開關(guān)和中斷主SoC的輸出。我預(yù)測這兩個(gè)按鈕將用于發(fā)貨功能，但可能不會(huì)在最終應(yīng)用程序中使用，led將在調(diào)試步驟中使用，以后可能不會(huì)填充。

在左下角有電池部分，有一個(gè)選項(xiàng)連接電池通過一個(gè)2針，3針連接器或使用18650在PCB上的支架，我添加了保護(hù)電路。我在那里設(shè)置了跳線，如果會(huì)造成問題，就繞過保護(hù)。這是必須首先在實(shí)踐中進(jìn)行測試的一部分。

右下角是一個(gè)額外的5 V升壓穩(wěn)壓器，用于為SEN55 PM傳感器供電。如果不使用，它可以通過使能引腳關(guān)閉電源或根本不填充。

USB原理圖僅包含USB C連接的保護(hù)和濾波器。數(shù)據(jù)線接nRF52833， CC接nPM1300。與nRF9151的通信將通過nRF52833使用UART進(jìn)行。這將用于調(diào)試、升級設(shè)備固件和調(diào)制解調(diào)器跟蹤，以及查看日志或下載本地保存的備份數(shù)據(jù)。nPM1300將通過CC線配置更高功率的USB充電器，可用于部署系統(tǒng)之前的初始電池充電。與提案相比，唯一的變化是更新了保護(hù)標(biāo)志。

同樣，關(guān)于傳感器的連接器的原理圖也沒有太多可說的。上部4針連接器是STEMMA QT/Qwiic連接器，默認(rèn)電源為3v，但如果需要，也有跳線選擇5v電源。下面是SEN55的連接器。如果不使用，它可以是空的。Bot連接器使用I2C電壓電平轉(zhuǎn)換，允許關(guān)閉傳感器的電源。我添加了跳線來橋接電平轉(zhuǎn)換，因?yàn)樵谀承┣闆r下不需要，可以保留一些功耗。還為6針連接器增加了電源選擇。

最后，我們可以看看MUC的原理圖。我們從主SiP nRF9151開始。

SiP由nPM1300的VSYS和VOUT1的VDD供電，VOUT1為3v。右邊是兩個(gè)天線的連接器。GPS連接器為外部有源天線提供電源。天線為apkd1507g2 - 01000s， LTE天線為BTPA0061204G0C4A04。它們與初始設(shè)計(jì)相似，并且可以根據(jù)可用性與其他設(shè)計(jì)互換。

在右下角有與nRF開發(fā)板使用的相同頭的SWD調(diào)試器連接器。SWD信號也連接到nRF52833。在右邊有FLASH和Nano SIM卡持有人的標(biāo)志。SIM卡座連接槽保護(hù)。在這種情況下，可以觀察到一些信號的重新路由是為了更容易地布線PCB。此外，信號被傳輸?shù)揭粋€(gè)槽孔連接器，以備將來的項(xiàng)目使用。

從MCU到其他部分的信號為I2C，從nPM1300中斷，UART連接到nRF52833，啟用GPS和啟用5V。

nRF52833具有來自nRF9151的大部分?jǐn)?shù)據(jù)信號，但如前所述，默認(rèn)情況下不使用某些數(shù)據(jù)信號。與初始設(shè)計(jì)信號相比，增加了用于SWD調(diào)試nRF9151的信號。當(dāng)使用VDD供電，USB連接和使用內(nèi)部調(diào)節(jié)器時(shí)，我根據(jù)數(shù)據(jù)表建議選擇了組件。我增加了PCB天線，因?yàn)檫@種PCB的生產(chǎn)成本保持不變，可以在未來使用。與最初的設(shè)計(jì)相比，SoC更改為nRF52833，并重新路由信號，以便更容易地進(jìn)行PCB路由。此外，還增加了NFC功能。天線設(shè)計(jì)針對特定的芯片天線進(jìn)行了更新。

PCB設(shè)計(jì)

由于有很多信號要路由，我決定設(shè)計(jì)一個(gè)4層板。我準(zhǔn)備了KiCad板設(shè)置，在這里我定義了PCB層堆棧，這是PCBWay為1.6 mm厚板的正常4層生產(chǎn)選項(xiàng)之一定義的。我還添加了PCBWay為他們的標(biāo)準(zhǔn)工藝提供的設(shè)計(jì)規(guī)則，以便能夠制造PCB并且不會(huì)使生產(chǎn)成本更高。

上層用于信令和一些電力線。頂層下面的內(nèi)層是專門用于地面的，這對射頻信號特別有幫助。內(nèi)層用于分配功率。底層用于信令和一些功率分配。

我使用6密爾線作為信號路由和更寬的線作為電源路由，我還添加了填充區(qū)域，以具有更寬的電源梯田。對于過孔，我主要使用0.2毫米孔，直徑0.5毫米。對于線間距，我使用了6密耳。

第一步，我根據(jù)組件的子系統(tǒng)原理圖對組件進(jìn)行了大致的定位，并對相關(guān)組件進(jìn)行了分組。我想把所有的東西都放在一個(gè)小的整體空間里，所以我決定把電池座、按鈕和led放在底層。電池座是一個(gè)槽孔組件，所以它是在任何情況下焊接最后，因此不會(huì)使生產(chǎn)更昂貴。按鈕和led在大多數(shù)情況下不會(huì)被填充，因此電路板可以僅從頂部組裝其余組件。除了太陽能電池板和電池的連接器外，大部分組件都是SMD組件。這些是JST-PH系列2針和3針連接器。

首先，它是很好的定位連接器。我將連接器定位到板的邊緣，以便于連接，它們是直角的。在左側(cè)有用于電池和太陽能電池板的JST-PH連接器。在頂部邊緣到左邊是傳感器連接器(STEMMA QT/Qwiic) JST-SH。上邊緣的中間是nano SIM卡支架，右上方是用于外部LTE和GNSS天線的ufl (IPEX MHF I)連接器。這些連接器應(yīng)遠(yuǎn)離其他連接器，以減少干擾。底部邊緣是USB-C連接器。

根據(jù)連接器的定位，其他組件很快就位。

nRF9151是關(guān)鍵組件之一，放置在LTE和GNSS天線連接器附近。與其他由參考布局放置的組件。FLASH芯片和nano SIM卡支架在這個(gè)位置不會(huì)有很長的線路。

另一個(gè)關(guān)鍵組件是nRF52833，其芯片天線也必須位于電路板的邊緣。我把BLE天線放在右下角。nRF52833放置在靠近天線的地方，不要有很長的連接線，其他走線的布線盡量遠(yuǎn)離芯片匹配網(wǎng)絡(luò)、50歐姆的連接走線以及天線本身與其匹配網(wǎng)絡(luò)。在這種布局中，USB差分?jǐn)?shù)據(jù)線對USB- c連接器沒有那么長。其他組件由參考布局放置。

調(diào)試連接器被放置在板的邊緣方便的地方，以便他們可以連接到nRF開發(fā)板編程。

由于nPM1300分配電源并具有額外的信號連接，它被放置在電路板的中間。其所需組件的其余部分基于參考布局放置，而重點(diǎn)放在BUCK組件的放置上。

太陽能調(diào)節(jié)器靠近公豬左側(cè)的太陽能電池板的連接器，5v調(diào)節(jié)器靠近頂部的6針傳感器連接器。電源開關(guān)在左下方，連接USB和太陽能穩(wěn)壓電源到nPM1300。這里的電池保護(hù)電路也被放置。

電平移位器位于傳感器連接器附近。

電池座放置在底部，考慮到需要的孔，以便頂部的信號線不受干擾。從支架端子的線路被加寬，以能夠承載更多的電流，而不是過熱太多。在底部也有一個(gè)地方的熱敏電阻，將監(jiān)測18650電池的溫度，因?yàn)殡姵卮蠖鄾]有保護(hù)。

在背面，我也定位了大部分的焊料跳線和一些調(diào)試測試點(diǎn)。

安裝孔位于板的上角和中間。PCB的其他部分由電池座占用。

我將電路板邊緣磨圓，并在USB-C連接器和nano SIM卡支架放置的地方添加了向內(nèi)切割，因此電路板的任何部分都不會(huì)從PCB中伸出來。單板外型尺寸為86x55mm。18650電池安裝時(shí)，由于連接器的關(guān)系，前組件高度為8mm，后組件高度為20mm。安裝孔為M2.5螺釘設(shè)計(jì)。

該P(yáng)CB的關(guān)鍵設(shè)計(jì)之一是連接BLE， GNSS和LTE天線的50歐姆線路的設(shè)計(jì)?；贙iCad阻抗計(jì)算器對帶地平面和PCB層疊的共面波導(dǎo)進(jìn)行了阻抗計(jì)算，確定了50歐姆線寬度為0.31 mm。

在制作之前，我將設(shè)計(jì)提交給Nordic DevZone審核，由Ketil Aas-Johansen和競賽評委Helmut Lord審核。這個(gè)過程非常迅速，并感謝雙方的快速和詳細(xì)審查。沒有嚴(yán)重的擔(dān)憂。其中一個(gè)建議是將BLE匹配組件放置在更靠近nRF52833的位置，另一個(gè)建議是提供在太陽能調(diào)節(jié)器上使用EXTVCC引腳的選項(xiàng)。

設(shè)計(jì)文件可在GitHub RemoteFrog-PCB存儲(chǔ)庫中獲得。

PCB制造與組裝

在我完成PCB設(shè)計(jì)并更新了審稿人的建議后，我在PCBWay上下了訂單。我命令pcb進(jìn)行阻抗匹配，以便為天線連接提供更好的RF特性。

制造部的工程師建議做一些額外的改變。首先是去除nRF52833焊盤周圍的阻焊膜，因?yàn)榭臻g太小，只有0.15 mm。第二是去除焊盤內(nèi)熱通孔上的阻焊膜，以免在焊接過程中引起阻焊膜斑點(diǎn)。

另一個(gè)問題是電池?zé)崦綦娮?，我設(shè)計(jì)的孔，熱隔離它從系統(tǒng)的其余部分?？妆环胖迷诎暹吘壡懈頶erber層，必須刪除，因?yàn)檫吘壜酚刹粔蚓_?？讓⒉坏貌环旁诜清儾劭足@層。

最后，還有nRF9151與其小內(nèi)焊盤的焊接問題。對于這種情況，至少建議使用浸金(ENIG)，這使得制造成本更高。為了減少焊接nRF9151的復(fù)雜性，北歐的文檔中有一個(gè)注釋，建議屏蔽這些小引腳的焊接模板。另一個(gè)選擇是完全去除PCB上的焊盤，以減少焊接橋接的機(jī)會(huì)。

最后兩個(gè)問題并不重要，但可以在下次修訂中加以解決。

由于組裝板的制造前置時(shí)間大約是一個(gè)月，我下了10塊PCB板的訂單，其中5塊將被組裝，另外還有一個(gè)焊接模板。

沒有人的板子和模板在付款后一周內(nèi)制造出來。5塊板子和模板寄給我，我試著組裝一塊板子并開始調(diào)試。

當(dāng)我收到未填充的pcb時(shí)，我能夠自己焊接大多數(shù)組件，除了nRF9151，你必須有更多的練習(xí)。但即使是其他組件，你也必須有相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)，至少有熱風(fēng)焊接站。對于焊接nRF9151加熱板或烤箱將是更好的選擇。在任何情況下，我都能夠開始測試這個(gè)板，事實(shí)證明它對開發(fā)也很有用。

其余的電路板在一個(gè)月內(nèi)組裝好并運(yùn)出。

在制造過程中，PCBWay提供了驗(yàn)證PCB堆棧和組裝過程的選項(xiàng)，重點(diǎn)是組件方向。兩者都沒有問題。

5個(gè)未填充的pcb， 5個(gè)與組件和焊接模板組裝的最終價(jià)格為622.66美元(不含稅和交貨)。一個(gè)組裝板的價(jià)格是108.24美元。

物料清單

在本節(jié)中，我將介紹BOM來組裝遠(yuǎn)程青蛙板和Ribbit網(wǎng)絡(luò)操作的完整設(shè)備。許多組件將從原來的Frog套件中重新使用，以組裝完整的設(shè)備，因此在這里我將重點(diǎn)討論它們的區(qū)別。

主要部件將是遙控蛙PCB組件。基于4層10cmx5cm PCB的PCBWay在線工具，最初的在線報(bào)價(jià)是5塊板25.97美元，每塊板5.2美元。這比最終版本低一點(diǎn)，特別是因?yàn)樽畛鯖]有考慮阻抗匹配和ENIG。

為了完全組裝一塊電路板，最初版本的在線分銷商的組件價(jià)格為72.74美元，最終版本的組件價(jià)格為75.37美元，主要是因?yàn)橐獡Q成nRF52833和一些額外的連接器。完整的BOM表附在最后。與提案版本的78美元和組裝板的108.24美元相比，帶有非組裝PCB的電路板最終設(shè)計(jì)的總價(jià)格為89.67美元。價(jià)格在一般范圍內(nèi)，與組裝板，你有最少的問題，但將不得不等待一段時(shí)間。

此外，您還需要GNSS和LTE天線，鋰離子18650電池，太陽能電池板和可選的SEN55。要完成一切，你需要一些電線，連接器和錫膏，如果你自己組裝板。這是完整的價(jià)目表。

新設(shè)計(jì)的Remote Frog比原來的貴99.54美元，對于定制板和提供許多新功能的設(shè)備來說，這是一個(gè)合理的價(jià)格。

PCB測試

對于遠(yuǎn)程青蛙的初始測試，我使用了手工組裝的PCB。

首先，我檢查了電源線上的短路和重要的信號痕跡。當(dāng)一切正常時(shí)，我用USB為電路板供電并檢查電壓。VOUT1穩(wěn)壓器輸出1.76 V，與nPM1300開發(fā)板設(shè)置為1.8 V時(shí)相同。

然后我測試了電源開關(guān)的開關(guān)，通過USB和替代太陽能電池的工作臺(tái)電源為電路板供電。一切都按預(yù)期進(jìn)行。當(dāng)電源開關(guān)在外部電源之間切換時(shí)，nPM1300會(huì)短暫掉電。當(dāng)電池存在時(shí)，可以避免這種情況，并且這樣的設(shè)置可以使您擁有小型UPS系統(tǒng)。

我嘗試用nRF9151 DK板編程nRF52833。為了與Remote Frog上不變的nPM1300 VOUT1電壓兼容，我將DK板的電壓設(shè)置為1.8 V。我嘗試了一些簡單的“hello world”樣本，通過USB閃爍和終端。對于開發(fā)，我在Visual Studio Code中使用了nRF Connect SDK和Zephyr。這些例子是有效的，我也嘗試了BLE的例子，但不幸的是BLE不太可能起作用，因?yàn)樘炀€匹配必須進(jìn)行調(diào)整。

當(dāng)組裝好的電路板到達(dá)時(shí)，我再次測試了短路，并檢查了USB，電池和太陽能連接器的外部電源電壓。

然后，我用UART到USB橋接程序?qū)RF52833進(jìn)行編程，其中我結(jié)合了來自Zephyr存儲(chǔ)庫的兩個(gè)示例。我還想在同一個(gè)項(xiàng)目中合并SWD調(diào)試器示例CMSIS-DAP，但它存在一些問題，Windows無法識別USB設(shè)備，因此我無法結(jié)合示例。

SWD調(diào)試器示例在禁用BOS時(shí)工作，因此我能夠?qū)θ鄙賜RF9151的手組裝板上的nRF52833進(jìn)行編程，并將其用作PCBWay組裝板上nRF9151的調(diào)試器，同時(shí)使用板載nRF52833用于UART到USB橋接。我擴(kuò)展了橋接功能，使兩個(gè)uart可以同時(shí)橋接。一個(gè)可用于nRF9151的終端，另一個(gè)用于調(diào)制解調(diào)器跟蹤。

基于此設(shè)置，我首先在nRF9151上嘗試了echo示例。這對兩個(gè)uart并行工作沒有問題。

對于上述情況，我在zephyr項(xiàng)目中使用nRF52833 DK和nRF9151 DK的板定義，并為Remote Frog上使用的引腳創(chuàng)建了覆蓋層。

然后，我嘗試根據(jù)nPM Power up應(yīng)用程序的配置設(shè)置nPM1300?？刂芐oC是nRF9151，我為其準(zhǔn)備了帶有nPM1300配置的覆蓋文件。我將VOUT電壓設(shè)置為3v，使能電池充電(具有電流限制保護(hù))，并將太陽能調(diào)節(jié)器上的EXTVCC開關(guān)設(shè)置為使能開關(guān)，并設(shè)置其他開關(guān)由nRF9151的GPS_EN引腳控制。

有了這個(gè)設(shè)置，我就可以測試電池充電和太陽能電源調(diào)節(jié)器。為了測試太陽能電源調(diào)節(jié)器，我將其連接到一個(gè)工作臺(tái)電源，并慢慢增加電壓，最大電流繪制達(dá)到設(shè)計(jì)的MPP 6 V。在電池開始充電的同時(shí)吸取足夠的電流是可能的。我還測試了太陽能電池暴露在陽光下的設(shè)置，穩(wěn)壓器輸出電壓在設(shè)計(jì)的4.4 V附近測量，電池開始充電。

附加的測試程序用于測試gpio和測試與傳感器的連接。對于這種情況，我修改了最小的示例并添加了shell功能。基于該程序，使用命令“i2c scan i2c2”，我檢測到SCD30， DPS310和nPM1300的地址0x61, 0x6b和0x77。

使用的軟件示例可以在GitHub RemoteFrog-SW存儲(chǔ)庫上訪問。

最終申請程序

為了進(jìn)一步開發(fā)軟件，我嘗試用at_client nRF蜂窩樣本閃存nRF9151。起初我有一些問題，因?yàn)檎{(diào)制解調(diào)器不能正常工作。然后我意識到，由于它是一個(gè)新芯片，SiP只包含必須更新的測試固件。更新完成后，at_client示例開始使用Cellular Monitor組合。另一件需要做的事情是將跟蹤監(jiān)視器的UART頻率設(shè)置為1m波特率。

從蜂窩監(jiān)視器應(yīng)用程序中收集的信息來看，nRF9151和LTE天線工作正常。該示例可在RemoteFrog-SW存儲(chǔ)庫中獲得。

接下來的步驟將是測試蜂窩多服務(wù)nRF示例，并嘗試從傳感器中采樣數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到nRF云。

未來的計(jì)劃和結(jié)論

Remote Frog是一個(gè)可以用于許多有趣項(xiàng)目的平臺(tái)。在開發(fā)和測試過程中，我學(xué)到了很多新東西，同時(shí)還研究了一個(gè)現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用程序，重點(diǎn)是低功耗蜂窩通信，并提供重要的環(huán)境測量，以更好地監(jiān)測氣候變化。

在這個(gè)項(xiàng)目中，我得到了很多使用KiCad和Zephyr RTOS結(jié)合北歐工具和存儲(chǔ)庫的新經(jīng)驗(yàn)。

董事會(huì)的討論工作比預(yù)期的要好，因?yàn)闆]有發(fā)現(xiàn)市長的問題。只有nRF52833 BLE天線最有可能需要調(diào)諧，并且如前所述，可能會(huì)對電路板進(jìn)行一些修改，以便于制造。

為了更好地將Remote Frog集成到Ribbit Network中，還有一些工作要做。由于該板比原來Frog設(shè)計(jì)中使用的ESP板稍大，因此外殼必須擴(kuò)大，同時(shí)可以按照最初的建議集成太陽能電池。

在開發(fā)軟件的基礎(chǔ)上，可以設(shè)計(jì)最終的應(yīng)用程序，將Remote Frog集成到Ribbit網(wǎng)絡(luò)中。還應(yīng)該對功耗進(jìn)行更詳細(xì)的調(diào)查，因?yàn)樵诔跏紲y試中，功耗在1 mA范圍內(nèi)略高于預(yù)期。這很可能是因?yàn)闆]有優(yōu)化代碼，尤其是UART橋接功能。

在Remote Frog上還有一些隱藏的功能可以探索，比如額外的信號路由到一個(gè)槽孔連接器和SEN55集成。但這是為未來的項(xiàng)目，我有相當(dāng)多的額外的想法，可以完成與新的遠(yuǎn)程青蛙板。

本文編譯自hackster.io