iot開發(fā)利器—silicon labs thundersense評(píng)測(cè)

1、<p>　　IoT開發(fā)利器—Silicon Labs ThunderSense評(píng)測(cè)</p><p><b>　　簡(jiǎn)介與開箱</b></p><p>　　ThunderSense是Silabs最新推出的一款I(lǐng)oT開發(fā)板,在尺寸僅僅45x30mm的板子上配置了6款I(lǐng)oT應(yīng)用常用的傳感器(有一個(gè)在目前的硬件版本上沒有焊接)且支持BLE4.2,ZigBee,Thre

2、ad等連接方式.可謂是IoT開發(fā)中一款強(qiáng)大的利器.這里和大家分享一下該開發(fā)板的使用體驗(yàn)以及初步介紹一下如何在上面自定義IoT應(yīng)用.</p><p>　　首先小巧精致的小盒子:</p><p>　　拆開后有一個(gè)開發(fā)板ThunderSense,一個(gè)CR2032的電池(圖中已經(jīng)拆掉電池包裝),一個(gè)小卡片式的使用說明.</p><p>　　近距離看看ThunderSense

3、板子的正反兩面:</p><p>　　注意看那個(gè)霍爾磁傳感器被拆下來了.</p><p>　　2.主要資源介紹與原理圖簡(jiǎn)析</p><p>　　ThunderSense板子的整體Block:</p><p>　　下看看主要的板上資源:</p><p>　　EFM GG330F1024</p><p&

4、gt;　　Cortex M3的MCU,此ThunderSense上僅僅作為配角,是一個(gè)Jlink+虛擬串口,用作調(diào)試之用.用Flash高達(dá)1M的MCU做板上調(diào)試器,Silabs在用料方面還是比較壕的.在電腦的控制面板的設(shè)備與打印機(jī)中看它的屬性.</p><p>　　因?yàn)檫@個(gè)只是調(diào)試器,這里不對(duì)它多做介紹.</p><p>　　EFR32 MG1P132G</p><p&

5、gt;　　Cortex M4核的無線SOC芯片,這是板子上的主角.下面看看功能Block:</p><p>　　可以看出來它支持兩個(gè)頻段:Sub-G和2.4G,其中2.4G的部分連巴倫都集成了.比較流行的2.4G的無線協(xié)議BLE,ZigBee,Thread都能在這上面跑.</p><p>　　EFR32MG是個(gè)系列,有幾種不同的配置,適合不同的應(yīng)用場(chǎng)景.命名規(guī)則如下:</p>

6、<p><b>　　· Si7021</b></p><p>　　· 相對(duì)濕度溫度傳感器</p><p><b>　　· Si1133</b></p><p>　　· 紫外線與環(huán)境光傳感器</p><p>&

7、lt;b>　　· BMP280</b></p><p><b>　　· 氣壓傳感器</b></p><p>　　· ICM-20648</p><p><b>　　· 6軸慣性傳感器</b></p><p&

8、gt;<b>　　· SPV1840</b></p><p><b>　　· MEMS麥克風(fēng)</b></p><p><b>　　· CCS811</b></p><p><b>　　· 空氣質(zhì)量傳感器</

9、b></p><p>　　· 高亮LED(4個(gè)RGB三色,一個(gè)紅綠雙色,還有一個(gè)藍(lán)色是接在調(diào)試器上的)</p><p>　　· 霍爾傳感器Si7210A(板子上有焊盤,但這個(gè)硬件版本上沒有焊接,官方的說明是最初焊接了此傳感器的,后來又拆下來了,注意看焊盤上還有焊錫,估計(jì)是因?yàn)楣こ虡悠酚衎ug)</p><p>　　其實(shí)T

10、hunderSense板子上還有個(gè)MCU(EFM8SB10F8G),作為輔助MCU,輔助主MCU進(jìn)行傳感器設(shè)備管理以降低整體功耗.</p><p>　　整個(gè)ThunderSense板子的原理圖在這個(gè)連接下載:</p><p>　　http://www.silabs.com/Support%20Documents/Software/BRD4160A-A02-pkg.zip</p>

11、<p>　　挑幾個(gè)重要部分看看,先看2.4GHz的RF部分:</p><p>　　因?yàn)榧闪税蛡?RF部分非常簡(jiǎn)潔.總共就是一個(gè)50歐姆的匹配濾波網(wǎng)絡(luò)與陶瓷天線.</p><p>　　下面是剛剛說的那個(gè)輔助MCU--EFM8SB10F8G:</p><p>　　可以看出來傳感器的電源使能,中斷都是跟這個(gè)CPU接在一起的.EFM8在需要主CPU喚醒的時(shí)候

12、通過I2C_INT_WAKE通知主CPU來處理數(shù)據(jù).因?yàn)镋FM8的運(yùn)行功耗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于EFR32,如此設(shè)計(jì)是為了盡可能降低功耗.但是令人納悶的是,Silabs官方在這里標(biāo)注了個(gè)SPI Devices不知道是什么意思,個(gè)人理解是筆誤.即使這兩者通信比較類似也不應(yīng)該混淆,因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)明明說的是I2C.</p><p>　　一個(gè)8M Bit(1M Byte)的SPI Flash(U3)掛在主MCU上,用于各種無線協(xié)議中存

13、儲(chǔ)非易失性數(shù)據(jù)用的.另外還有一個(gè)同型號(hào)Flash(U11)掛在調(diào)試MCU上是給調(diào)試功能使用的.</p><p>　　跟傳感器不同,這個(gè)Flash直接跟單片機(jī)的電源接在一起了.這是因?yàn)榇诵吞?hào)本身是個(gè)超低功耗片子.不用的時(shí)候,可以用軟件將其置于深睡眠的狀態(tài),此時(shí)它只需要0.1uA的電流.所以就不用單獨(dú)為其做電源控制了.</p><p>　　這是MEMS Microphone的電路:</p

14、><p>　　兩級(jí)運(yùn)放,第一級(jí)進(jìn)行32.1dB的信號(hào)增益調(diào)理,第二級(jí)進(jìn)行10KHz的一階低通濾波.這個(gè)Mic屬于模擬輸出的MEMS Mic,調(diào)理后的信號(hào)最后輸出給無線SOC的ADC(12bit)輸入端.Silabs提供的BSP中有測(cè)量聲音強(qiáng)度的算法,將采樣信號(hào)計(jì)算成環(huán)境噪音強(qiáng)度.</p><p>　　原理圖其他部分沒有特別的地方,這個(gè)板子的電源設(shè)計(jì)的很精巧,每一路的電源都是單獨(dú)控制的,值得搞低

15、功耗設(shè)計(jì)的工程師可以借鑒參考一下.</p><p>　　3.官方Demo下載與功能體驗(yàn)</p><p>　　ThunderSense官方的APP有iOS,Android兩個(gè)版本,下載地址:</p><p><b>　　蘋果應(yīng)用</b></p><p>　　Anroid應(yīng)用(在GooglePlay中)</p>

16、<p>　　蘋果用戶直接下載體驗(yàn)就是了.但是國(guó)內(nèi)的用Android手機(jī)的同學(xué)如果不能訪問Google Play的話(除非買了VPN),就需要自己編譯一下Android的APP了,APP的代碼在此:</p><p>　　https://github.com/SiliconLabs/thunderboard-android</p><p>　　目前官方的代碼版本用Android S

17、tudio 1.4.1編譯的,本人用1.5.0編譯,沒有發(fā)現(xiàn)大的問題.如果不想編譯,可以使用本文后面的附件中我編譯出來的APK進(jìn)行試用.</p><p>　　以下是本人簡(jiǎn)易編譯過程:</p><p>　　先建立個(gè)新路徑,再運(yùn)行:</p><p>　　git clone https://github.com/SiliconLabs/thunderboard-andro

18、id.git</p><p>　　把代碼clone下來.</p><p>　　打開Android Studio導(dǎo)入工程編譯,會(huì)報(bào)一個(gè)錯(cuò),估計(jì)是我的開發(fā)環(huán)境跟原開發(fā)環(huán)境不同.如圖修改就可以了.</p><p>　　Build生成APK在這個(gè)目錄:</p><p>　　$SourcePath\app\build\outputs\apk</p

19、><p>　　把a(bǔ)pk傳到你手機(jī)安裝即可.</p><p>　　下面開始使用Demo App,首先要裝好CR2032的電池,千萬別裝反了,也可以不用電池直接插上USB供電:</p><p>　　[裝好電池如圖所示,接上電池后,板子另外一面中間有個(gè)綠燈會(huì)閃爍,如果沒有閃,把電池輕輕往外面推一點(diǎn)以便更好接觸]</p><p>　　打開APP,開始找T

20、hunderSense板子,手機(jī)的藍(lán)牙要打開.這里順便提一下,Android版本的話最好是4.3以上的,否則BLE支持又是個(gè)問題.好在現(xiàn)在的手機(jī)應(yīng)該都能滿足這要求.</p><p>　　出現(xiàn)上面界面表示ThunderSense板子已經(jīng)找到,點(diǎn)擊進(jìn)行連接.連接后進(jìn)入菜單界面:</p><p>　　第一個(gè)是方向,重力傳感器的實(shí)驗(yàn):</p><p>　　大家可以試著把Th

21、underSense板子各種翻轉(zhuǎn)試試.</p><p>　　第二個(gè)實(shí)驗(yàn)就是傳感器實(shí)驗(yàn):</p><p>　　從上到下,從左到右分別是溫度,濕度,環(huán)境光,紫外線,大氣壓,噪音,二氧化碳,有毒氣體濃度的讀數(shù).大家可以試著把板子移動(dòng)一下看讀數(shù)變化.霍爾傳感器這里沒有被支持, 而空氣質(zhì)量傳感器的讀數(shù)在電池供電的時(shí)候也看不到(低功耗考慮).另外這個(gè)Demo對(duì)電池剩余容量估算不準(zhǔn),應(yīng)該是通過電壓實(shí)時(shí)簡(jiǎn)

22、單估算的.在藍(lán)牙通信收發(fā)瞬間電壓會(huì)有小小跳動(dòng)的,CR2032的電池不可能這么不經(jīng)用.</p><p>　　第三個(gè)實(shí)驗(yàn)就是IO控制實(shí)驗(yàn):</p><p>　　下邊是兩個(gè)燈的控制,分別控制板上的紅綠兩個(gè)燈,官方的APP上還有控制四個(gè)RGB三色燈的界面.但我編譯出來的測(cè)試APP只有控制中間那兩個(gè)紅綠色燈的代碼.這是因?yàn)榇a更新不及時(shí)的緣故.總之可以體驗(yàn)這個(gè)用法.點(diǎn)了第一個(gè)就是紅燈亮:</p

23、><p>　　點(diǎn)了綠燈亮就是板子上綠燈亮:</p><p>　　另外板子USB座子邊上的兩個(gè)按鈕的狀態(tài)也能傳輸?shù)紸PP界面上面的兩個(gè)圖標(biāo)上,因?yàn)槭菍?shí)時(shí)傳輸,這里不好截圖.</p><p>　　Demo功能大致這么多,另外這個(gè)APP還有連接Firebase的云端數(shù)據(jù)庫,將傳感器同步到云端進(jìn)行共享.因?yàn)槠鶈栴},感興趣的同學(xué)可以自己去了解,這里不多介紹Firebase.&l

24、t;/p><p>　　4.官方的例程和開發(fā)自定義程序</p><p>　　開發(fā)這個(gè)EFR32 MG1P的無線SOC首先需要下載最新的Simplicity Studio 4.</p><p>　　下載地址: https://www.silabs.com/products/mcu/Pages/simplicity-studio.aspx</p>&l

25、t;p>　　安裝的時(shí)候會(huì)提示你安裝Bluetooth SDK,如果沒有安裝,可以在Simplicty Studio內(nèi)部進(jìn)行安裝:</p><p>　　全部搞好之后,插上ThunderSense板子,Studio可以檢測(cè)到你的板子:</p><p>　　到這里說明ThunderSense板子已經(jīng)連接上了.</p><p>　　可以點(diǎn)這里下載幾個(gè)官方例程體驗(yàn)一下:

26、</p><p>　　點(diǎn)了之后在彈出來的Demo窗口的Demo列表中一直拖到最后,可以看到官方的例程:</p><p>　　點(diǎn)Start就是下載.</p><p>　　如果要開發(fā)自定義的程序,可以到SDK的目錄下去找官方的源代碼工程進(jìn)行復(fù)制修改.例程在這個(gè)目錄:</p><p>　　\SiliconLabs\SimplicityStudio\

27、v4\offline\examples\ble_2000\examples_thunderboard_sense\examples</p><p>　　這里需要指出的是,目前的官方的BLE SDK有如下限制:</p><p>　　1.要用IAR EWARM 7.0以上的版本編譯(開發(fā)一般應(yīng)用可以使用Keil,IAR,GCC的工具鏈,開發(fā)BLE必須使用IAR EWARM 7.0以上版本)&l

28、t;/p><p>　　2.底層PHY的代碼沒有原代碼,只有庫文件</p><p>　　目前官方有個(gè)GCC版本的測(cè)試版本:</p><p>　　http://community.silabs.com/t5/Bluetooth-Wi-Fi-Knowledge-Base/GCC-example-BLE-SDK-2-0-test-only/ta-p/179139</p&g

29、t;<p>　　不過只是作測(cè)試之用,還不是正式版本.官方的網(wǎng)站上關(guān)于BLE的GCC支持的內(nèi)容更新很頻繁,感興趣的可以去多關(guān)注一下.據(jù)目前看到的內(nèi)容來判斷,全面支持GCC的BLE開發(fā)應(yīng)該馬上要發(fā)布了.</p><p>　　不過目前上述BLE的example還是都需要IAR來開發(fā).</p><p>　　BLE開發(fā)本身涉及到很多內(nèi)容,這里就不詳述了.</p><

30、p><b>　　5.總結(jié)</b></p><p>　　ThunderSense的體積小巧,電源設(shè)計(jì)完全為低功耗應(yīng)用而定制.而且板載了目前IoT應(yīng)用的多種常見傳感器.配合上Silabs公司強(qiáng)大的軟硬件支持,可以堪稱IoT開發(fā)工程師得心應(yīng)手的利器.相信在支持gcc版本的BLE SDK正式發(fā)布后,使用EFR的方案來開發(fā)BLE的公司將更多.最后這個(gè)板子的官方網(wǎng)頁在此:</p>&