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关于继电器的几个基础问题,你能答对几道?


关键词: 开关, 工作原理

问:电子元器件选型基础-继电器

继电器是一种电控制的开关。今天,我们就来聊聊几个有关继电器的种类、结构和选型等方面的问题。

1.常见继电器种类有哪些?

应用:无触点开关,寿命长,适用于高频应用中。

应用:负载比较小的场合,如电信应用中。

应用:负载比较大的场合,如汽车应用中。

应用:负载更大的场合,如电机启动器应用中。


2.如何根据参数找到所需的继电器?

比如:想找一个12V、10A、SPDT、非闭锁型汽车继电器。

在Digi-Key官网中,汽车继电器 产品类别下,选择相应的参数:

  • 电流可以选择10A以及10A以上,额定电流大的可以向下兼容。
  • SPDT × 2代表两个独立SPDT电路。这里不太适用。
  • 非闭锁型选择无锁存。



3.什么是闭锁型继电器?

闭锁型继电器可分为单线圈闭锁型和双线圈闭锁型。

  • 单线圈闭锁型继电器:线圈通电,接点动作;线圈断电,接点仍保持前一状态,只有给线圈加一个反向电压,接点才复位。
  • 双绕线圈锁型继电器:给置位线圈通电,接点动作;线圈断电,接点仍保持前一状态,只有给复位线圈通电,接点才复位。



4.继电器三种触头结构 ( Form A 、 Form B 和 Form C )有何区别?

通过下图可以直观地看出三种不同继电器触头结构之间的区别。



更多关于继电器的技术信息, 请查看以下内容:

了解继电器相关术语和参数的解读,请看以下内容:



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什么是RTOS实时操作系统?来听听资深嵌入式工程师的回答……

作者:Lim Jia Zhi,高级嵌入式软件工程师


关键词: 编程

什么是 RTOS

实时操作系统 (RTOS) 是一种轻型操作系统,用于在资源和时间受限的设计中使多任务和任务集成变得易于执行,这在嵌入式系统中常见。此外,“实时”一词表示的是执行时间而非原始速度的可预测性/确定性,因此一个RTOS由于其确定性,通常可以证明满足硬实时性要求。

RTOS的主要概念包括以下几个:

任务

任务(也可称为进程/线程)是独立函数,以无限循环方式运行,通常每个函数只负责一个功能。任务在自己的时间(时间隔离)和内存堆栈(空间隔离)内独立运行。通过使用硬件内存保护单元 (MPU) 可以保证任务之间的空间隔离,这种保护单元会限制可访问的内存区域,并在出现违规访问时触发故障异常。通常情况下,内部外设都是内存映射的,所以MPU也可以用来限制外设访问。

任务可以处于以下不同的状态:

  • 阻塞——任务正在等待一个事件(如延迟超时、数据/资源的可用性)。
  • 就绪——任务随时可以在CPU上运行,但由于CPU被另一个任务使用而没有运行。
  • 运行——任务被分配到CPU上运行。

调度器

RTOS中的调度器控制哪一个任务可在CPU上运行,且有不同的调度算法。通常包括如下几种算法:

  • 抢占算法——如果另一个优先级更高的任务就绪,则中断任务。
  • 协作算法——只有当当前正在运行的任务主动让出时,才会进行任务切换。

抢占调度可以让优先级较高的任务中断优先级较低的任务,以满足实时约束条件,但代价是在上下文切换过程会产生更多的开销。

任务间通信 (ITC)

多任务通常需要相互分享信息或事件。最简单的共享方式是直接在RAM中读/写共享全局变量,但由于竞争条件会导致数据损坏风险,因此这种方式并不可取。比较好的方法是通过setter和getter函数来读取/写入文件范围内的静态变量,通过禁用中断或在setter / getter函数内部使用互斥 (mutex) 来防止竞争条件。更洁净的方法是使用线程安全的RTOS对象,如在任务之间传递信息的消息队列。

除了信息共享外,RTOS对象还能够同步任务执行,因为任务可以被阻塞,以等待RTOS对象的可用性。大多数RTOS都有如下对象:

  • 消息队列

– 传递数据的先入先出(FIFO)队列
– 可以通过复制或引用(指针)方式来发送的数据
– 用于在任务之间或中断与任务之间发送数据

  • 旗语

– 可作为参考计数器,记录特定资源的可用性
– 可以是二进制或计数旗语
– 用于保护资源的使用或同步任务执行

Mutex

– 类似于二进制旗语,一般用于保护单一资源的使用(MUTual EXclusion)
– FreeRTOS mutex带优先级继承机制,以避免优先级反转问题(高优先级任务结束,等待低优先级任务的情况)

  • 信箱

– 简单的存储位置,用来共享单个变量
– 可视为单一元素队列

  • 活动组

– 条件组(旗语、队列、事件标志等的可用性)
– 任务可以被阻塞,可以等待特定的组合条件得到满足
– 在Zephyr中作为轮询API,在FreeRTOS中作为QueueSets

系统节拍

RTOS需要一个时基来测量时间,通常以系统节拍计数器变量的形式在周期性的硬件定时器中断内递增。有了系统节拍,应用程序只需使用一个硬件定时器,就可以维持多个基于时间的服务(任务执行间隔、等待超时、时间分片)。但是,较高的节拍率只能提高RTOS的时基分辨率,并不能使软件运行得更快。

为什么使用 RTOS

组织

应用程序总是可以用裸机的方式来编写,但随着代码的复杂程度增加,拥有某种架构将有助于管理应用程序的不同部分,从而保持其隔离。此外,通过架构化开发方式和熟悉的设计语言,新的团队成员可以更快地理解代码并投入工作。RFCOM Technologies已经使用不同的微控制器,如Texas Instruments的Hercules、Renesas的RL78和RX,以及STMicroelectronics的STM32,在不同的RTOS上开发应用。类似的设计模式让我们可以在不同的微控制器,甚至在不同的RTOS上开发应用。

模块化

分而治之。通过在不同的任务中分离功能,我们可以很容易地增加新功能,而不会破坏其他功能;但前提是新功能不会使CPU和外设等共享资源过载。没有RTOS的开发通常会处于一个无限大的循环中,所有功能都是该循环的一部分。循环内任何一个功能的改变都会对其他功能产生影响,使得软件难以修改和维护。

通信堆栈和驱动程序

许多额外的驱动程序或堆栈,如TCP/IP、USB、BLE堆栈和图形库都是针对现有的RTOS开发或移植的。应用程序开发人员可以专注于软件的应用层,大大缩短上市时间。

小提示

静态分配

针对RTOS对象使用静态分配内存方式,意味着在编译时为每个RTOS对象在RAM中保留内存堆栈。例如,xTaskCreateStatic() 是freeRTOS中的静态分配函数。这就能保证RTOS对象的成功创建,从而避免因处理可能出现的分配失败而造成麻烦,并使应用程序更加具有确定性。

在决定任务所需的堆栈规格方面,可以用规格较大的(足够大)堆栈来运行任务,然后在运行时检查堆栈的使用情况,以确定其最高水位线。也有静态堆栈分析工具可供选择。

操作系统抽象层 (OSAL) 和有意义的抽象化

就像硬件抽象层 (HAL) 一样,使用RTOS抽象层可以让应用软件轻松迁移到其他RTOS。RTOS的功能很相似,所以创建OSAL应该不会太复杂。例如:

直接使用 freeRTOS API:
if( xSemaphoreTake( spiMutex, ( TickType_t ) 10 ) == pdTRUE ) { //dosomething }

将 RTOS API 打包添加到 OSAL 中:
if( osalSemTake( spiMutex, 10 ) == true) { //dosomething }

使用在任务间通信上的抽象层,以使代码更易于阅读并尽量减少 RTOS 对象的范围。
if( isSpiReadyWithinMs( 10 ) ) { //doSomething }

此外,如果有多个SPI模块可用,这种抽象还允许程序员改变下方所用的RTOS对象(例如,从mutex到计数旗语)。OSAL和其他抽象层通过简化单元测试中的mock函数插入,同样有助于软件测试。

节拍间隔的选择

理想情况下,因为开销较少,所以节拍率越低越好。为了选择合适的节拍率,开发人员可以将应用程序中的模块时间约束情况罗列下来(如重复间隔、超时持续时间等)。如果有一些离群模块需要小的间隔,可以考虑为离群模块设置专门的定时器中断,而非增大RTOS的节拍率。如果高频功能很短(如写入寄存器,以打开/关闭LED),就可在中断服务例程 (ISR) 内完成,否则使用延迟中断处理技术。延迟中断处理是一种将中断计算推迟到RTOS任务中的技术,ISR只通过RTOS对象产生一个事件,然后RTOS任务就会被该事件解除封锁并进行计算。

抑制低功率应用的节拍

当系统较长时间处于空闲状态时,Tickless idle(无节拍闲置)会禁用节拍中断。对于嵌入式固件来说,降低功耗的一个重要方法就是让系统尽可能长时间地处于低功耗模式。通过禁用周期性节拍中断,然后设置倒计时定时器,以便在被阻塞的任务即将执行时进行中断,从而实现无节拍闲置。如果没有任务等待超时,则可以无限期地禁用节拍中断,直到发生另一个中断(例如,按钮按下)。例如,在低功耗蓝牙 (BLE) 信标的情况下,MCU 可以在广告间隔之间进入深度睡眠。如图1所示,信标大部分时间进入深度睡眠模式,功耗仅为几十微安。


图1:BLE信标的电流消耗(图片来源:RFCOM)

总结

RTOS提供调度器、任务和任务间通信RTOS对象等功能,以及通信堆栈和驱动程序。它可以让开发人员专注于嵌入式软件的应用层,轻松快捷地设计多任务软件。但是,就像其他工具一样,必须正确使用才能发挥出更大的价值。为了创建安全、可靠和高效的嵌入式软件,开发人员应该知道什么时候使用RTOS功能及其配置方法。


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一周新品推荐:英飞凌一站式可穿戴方案和ADI CN0549状态监控开发平台

本期Digi-Key Daily向大家推介两款产品——英飞凌可穿戴设备解决方案和ADI CN0549 状态监控开发平台。

产品一:英飞凌可穿戴设备解决方案

随着智能手机市场日趋饱和,可穿戴式移动设备正在成为下一个重要的市场增长点。如今,可穿戴设备外形日趋小巧,但其功能越来越丰富,人们对其在性能、连接性、安全性和能效方面的要求也越来越高,这就对相应的元器件解决方案提出了更高的要求。

Infineon(英飞凌)一站式的可穿戴解决方案涵盖构建当今移动设备所需的感知、计算、无线连接和嵌入式安全模块,包括精确度出众的XENSIV传感器,能够使电池更持久使用的PSoC微控制器,ECORA Connect NFC集成电路,以及射频开关和低噪声高频放大器等。这些产品外形紧凑,很容易融入到可穿戴设计中,同时可以最大限度地提高可穿戴产品的性能和准确性,并降低功耗以延长电池寿命,还具备强大的安全性,以确保信息安全。

总而言之,从无线充电和防静电保护、到无线连接,以及eSIM、NFC安全和身份验证等解决方案,Infineon可以提供你所需的完整解决方案。

了解英飞凌可穿戴设备解决方案的更多信息,请看以下视频:



产品二:ADI CN0549状态监控开发平台

随着工业4.0的推广与落地,基于振动感应的机器状态监控变得越来越重要,它基于现场收集的大量数据,通过算法来确定设备在正常操作模式和故障条件下的基准操作点,以此对设备运行状态进行正确的分析,有利于优化机器设备的寿命和性能并降低总拥有成本。

基于状态的监测在设计开发时,面临着挑战:其需要捕获全带宽数据,以确保所有谐波、混叠和其他机械关系(时域和频域)均得以考虑。

ADI 的CN0549是一种基于现成的开发板和软件组合来实现的,兼容IEPE (快速压电集成电路) 的完整开发平台,旨在加速基于状态的监控硬件、软件和算法的开发,其提供的优势特性包括:支持宽带微机电系统加速度传感器数据,其输出采用流行的IEPE格式;易于安装到泵、风扇和电机等设备,同时保持传感器信号的完整性;DAQ解决方案提供高保真度,提供从直流到54kHz的IEPE模拟输入带宽。可以说,CN0549是状态监控的理想开发平台。

了解ADI CN0549状态监控开发平台的更多信息,请看以下视频:




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确定电容额定电压:如何读懂电容外壳上的“密码”?


关键词: 电容, 标识

问:电容身上没有额定电压标记,如何确定它的额定电压

我们的Digi-Key工程師经常收到客户这样的问题:如何从没有额定电压标记的铝电解电容上确认它的额定电压?

但是,当我们仔细观察这些电容时,会发现一些铝电解电容表面上以一些原厂特定字母的形式标出了额定电压。 以下是一些示例供您参考。

下面是Rubycon的TZV系列电容的丝印标记图表。


Cornell Dubilier的AFK系列电容也有类似的图表。


然而这种方式并不是标准的,因为一些电容确实列出了电压值。如下图Kemet的EDK系列电容就列出了实际电容。



更多关于电容的技术信息, 请查看以下内容:



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连接器引脚间距如何测量?正确的方法和好用的工具,这里有~


关键词: 连接器, 规格

问:连接器引脚间距的注意事项

连接器的引脚间距是连接器选型的基本依据之一。如今电子设备趋向小型化、精密化发展,连接器的引脚间距也趋向越小,对生产工艺要求越来越高。

什么是连接器的引脚间距?

引脚间距是指两个相邻引脚中心之间的距离。下图中显示的是同一排相邻引脚间距的测量和两排之间引脚间距的测量。请注意,在这个例子中,同一排相邻引脚间距的测量和两排之间引脚间距是不一样的。同一排相邻引脚间距的测量和两排之间引脚间距可以相同,所以连接器一定要仔细检查这两个参数。

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如何精准地测量数值较小的连接器引脚间距?

下图中的测量方法也许可以帮助你更简单更精准的测量引脚间距。

另外我们Digi-Key提供了一些工具方便测量引脚间距,如:CF825CA-ND

还有电路板测量版本的工具,如: PC815CA-ND


更多关于连接器的技术信息, 请查看以下内容:



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聊聊卡尺:这个电子工程师常用工具,你用对了吗?

作者:Barley Li


关键词: 工具, 测量

卡尺是工程师最常用来测量物体尺寸的测量工具。它操作简单容易、耐用和通用性强,或许你的工具箱也有一把。

一般来说,最常见的卡尺有三种类型: 数显卡尺、带表卡尺和游标卡尺。

数显卡尺 (Adafruit 的3720)  

数显卡尺,是以数字显示测量示值的长度测量工具。数显游标卡尺采用光栅、容栅等测量系统来测量。  
带表卡尺 (Wiha 的41106)  

带表卡尺是运用齿条传动齿轮带动指针显示数值,主尺上有大致的刻度,结合指示表读数,但比普通游标卡尺读数更为快捷准确。  
游标卡尺 (Wiha 的41103)  

游标卡尺是利用游标原理细分读数的尺形手携式通用长度测量工具。测量时,量值的整数部分从主尺上读出,小数部分从游标尺上读出。  

图1:数显卡尺、表盘卡尺和游标卡尺


卡尺的确是简单易用,但是只有懂得如何正确使用卡尺,才能使测量结果更加精准。以下就是一些在卡尺使用过程中,值得大家注意的地方。

测量前的准备

1. 在使用卡尺之前,可先用布清洁卡尺干净。然后松开紧固螺钉,拉动尺框,沿尺身滑动看看是否灵活、平稳。

2. 按开关键打开电源,并按公英制转换键 (mm/ inch 键) 选择所需单位制。

3. 轻轻推动尺框,使两外测量面合拢,检查两测量面接触情况,不得有明显漏光现象,然后按置零键 (ZERO) 置零,即可进行正常测量。



基本测量

在日常工作中,最常测量是物件的外径、内径和深度。下面,我们以数显卡尺来测量一条约20 毫米的铝框架为例进行说明。

  • 外径测量

测量物件的外径时,建议使用卡尺外测量爪的平坦部分,以避免任何歪斜。如果可以,使用拇指轮牢牢抓住物件。您或会注意到它不完全是 20 毫米,这是制造公差造成的。


图2:外径测量

  • 内径测量

卡尺的内测量爪可以用于测量物件槽和孔的位置。测量物件的内径时,或许会让人感到有点困难。你可以尝试将测量的物件与卡尺垂直,这样就不会因“倾斜”而得到过大的测量值。通常需要进行数次测量并“摆动”卡尺以确保测量的结果是最小距离。


图3:内径测量
  • 深度测量

另外一种基本测量是深度,如测量物件的钻孔位置。该测量是使用卡尺末端的深度尺来进行的。先拉开一部分深度尺,将深度尺垂直放入物件内部,慢慢向下移动,直至物件的最深处。此时数显卡尺上显示的就是物件的深度值。要注意的是,卡尺的尺身与测量物件的外壁保持平行,锁紧螺丝后读数并记录。


图4:深度测量



其他测量技巧

  • 测量连接器间距

卡尺除了可以来验证组件的尺寸,同时也可以用来测量连接器间距。连接器间距是指引脚中心与相邻引脚中心的距离。为何需要测量连接器间距? 有时数据表上,有关连接器间距的资料不完整,又或者我们只是想对产品进行验证。

如果测量的是只有两个引脚的连接器间距,可以用卡尺先量度一个引脚,然后再量度两个相邻引脚的距离,这个度数就是连接器间距。但对于测量引脚较多而密集连接器的间距——如下图5这个 37 针 FPC(柔性电路板)——最好先测量相距最远的两个引脚距离,然后求平均值。

请记住,对于 N 针连接器,有 N-1 个“间隙”。所以将相距最远的两个引脚距离 35.68 毫米除以 36 = 0.99 毫米。由于我们观察连接器的是中心点,因此应该将其四舍五入到 1 毫米的间距。有时这数字应该以英制四舍五入,所以如果它看起来不对,请检查其是否采用了其他单位。


图5:测量FPC(柔性电路板)的间距


  • 测量热缩管直径

请勿使用如图6方法来测量热缩管直径,因为通过这种方法难以得到正确的测量值。那么,应该如何利用卡尺来测量热缩管直径呢?


图6:错误的热缩管测量方法


这里有一篇不错的文章详细介绍了如何正确使用卡尺测量热缩管直径,推荐给大家参考: 如何测量热缩管直径。


Digi-Key 卡尺的选择

在Digi-Key官网,可以找到這些常见的卡尺 ,包括数显卡尺、带表卡尺和游标卡尺。大家可以通过参数筛选,锁定自己需要的卡尺。


图7:Digi-Key 卡尺的选择



总结

卡尺分为分为数显卡尺、带表卡尺和游标卡尺三种类型,它们的使用方法大同小异,都是先将卡尺准备好,然后对所测物件进行测量。虽然简单易用,但测量外径、内径和深度的方式各有点不同,而且使用卡尺测量时,存在着一些引起误差的因素,或会造成误差。本文对卡尺使用过程中的注意事项进行了梳理,有助于大家正确使用,精准测量。


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更多有关不同测量工具的文章,请点击以下链接查看,也欢迎大家在文未留言讨论。



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关于电容的8个关键知识点:总结很全面,快存起来!


关键词: 电容,工作原理,规格

问:电子元器件基础 – 电容

电容是电子产品设计中不可或缺的元件,为了方便大家能够快速、正确地进行电容的选型和应用设计,我们将与电容相关的8个知识点及其参考信息总结如下,供大家参考。

知识点1:电容的结构与种类有哪些?

下图典型的电容结构:两层金属箔中夹一层不导电的电介质。

电容的种类主要包括:陶瓷电容器 ; 铝电解电容器 ; 铝 – 聚合物电容器 ; 钽电容器。各类特性的比较见下表。

*注:图片仅供参考,颜色样式不代表它们之间的差异



知识点2:如何根据参数找电容?

在Digi-Key的网站上,利用参数搜索功能,可以快速的根据参数找到合适的电容。

我们举例说明:比如要查找“陶瓷电容 2.2uF 0603 16V X5R”,可直接在搜索栏中搜索:陶瓷电容 2.2uF 0603 16V X5R。


或者在陶瓷电容器产品类别下,选择相应的参数:

  •  封装/外壳: 0808为英制:0.08 英寸 × 0.05 英寸(相当于公制2012:2.0 mm × 1.25 mm)。 (SMD尺寸公制英制参考资料: 双端SMD 的标准封装尺寸)
  • 温度系数: 陶瓷电容的温度系数表示在一定的范围内,电容容值随温度的变化而变化规律。


有关陶瓷电容温度系数的详细说明,可参考这个资料: 陶瓷电容温度系数的理解。


知识点3:电容的关键特性与参数有哪些?

有关电容关键特性与参数的介绍,可以参考下面这些技术资料:



知识点4:如何选择电容?

这里有一些电容选型相关的知识和技巧,可供参考:



知识点5:电容物料编码规则是什么?

有关电容物料编码的小常识,在这里:



知识点6:如何进行电容测试?

我们总结了一些与电容测试相关的方法和注意事项,供大家参考:



知识点7:电容使用中有何需要掌握的技巧?

以下是有关电容使用中的一下技巧和攻略:



知识点8:电容关键参数如何计算?

想要款速计算出电容关键参数,我们归纳了相关的方法,并可提供一些好用的在线计算工具,请查收!



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这些电子工程师必备工具:你的工作台上都有吗?


关键词: 工具,测量仪表

问:在电气领域,我需要哪些工具?

无论您是初试业余项目的新手,还是经验丰富的工程师,您都需要借助工具来完成项目。本文中,我们将介绍几款电子工程师工作台上必备的工具。

  • 数字万用表(DMM)

我将首先介绍对我而言最重要的一个工具——数字万用表(DMM)

我用的这款是TPI制造的126系列产品,非常简单。它能检查交流/直流电压、电流和电阻,此外我还喜欢且经常使用二极管测试这一功能。不管您是设计电路,还是检查电路来诊断或进行修理,一个好用的万用表都是非常必要的。


说完DMM后,接下来我们来根据具体的需求来谈谈相关的工具。您是需要进行电子维修,还是想要基于Arduino平台构建项目或设计项目原型?下面我将针对这两种应用提供一些个人建议。

  • 电子设备维修工具

首先,我建议先准备一个小号的斜口钳和镊子。我用的是170ITW-ND 斜口钳,非常适合于剪除焊后残铅、切割电线以及其他多种操作。这无疑是我工作台上使用最多的手工工具。


在将元器件放置到电路板上时,一套好的镊子或迷你针鼻钳也是至关重要的。

准备更换损坏的元件时,您需要借助好用的烙铁或焊接台来完成修理工作。在大部分的修理工作中,烙铁需要至少50W的额定功率才能顺利脱焊以及焊接新元件。我建议您使用焊台,它不仅易于使用,还可以进行调节。我个人使用的是Weller WES51焊台。

这款很棒的小型装置带有支架。虽然很多人都会建议使用脱焊台,但借助这款工具的焊笔及吸锡带,即可在不损坏电路板的情况下拆除大多数的元件。

  • 电源和测试板

在构建项目或设计原型时,您通常不会马上就开始焊接的工作。如果您需要我们帮助您挑选一款开发板,请点击此处,查看我们推荐的一系列精选产品。

选好开发板后,您还需要准备几个重要的物件。

首先是电源,您需要配备一款优秀的台式电源。刚开始时,您不用选择最顶级的产品,类似于B&K Precision 1550型电源的产品就已足够。该电源可提供1-36V直流电压和0-3A电流,能够为大多数工作台项目和电路板供电,并且对于刚刚进入电子行业的新手来说,价格也非常实惠。

  

其次是用于模拟项目的电路测试板。我建议您选择稍大一些的电路板,例如上图中的Adafruit 443型电路板。这款大空间电路测试板可使项目保持整洁、有序,且方便未来进一步扩展。您需要准备的最后一个物料是跳线。我倾向于选择与BKWK-2-ND(如上图所示)类似的单线套装。这种单线的硬度很高,有助于电线排线且能使电路测试板外围井然有序。

  • 您的工作台上有哪些工具 ?

本帖仅列出了您需要的一些基础工具,虽然我还能继续列出更多的工具,但我希望了解您的工作台上都有哪些工具?您可以在回帖中与我们分享。请务必说明这些工具的用处、它们的关键特点,以及大家都需要配备它们的原因。


更多关于工具的几乎信息, 请查看:



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多种无线传感应用,一个开发平台实现!看看我们是如何做到的

作者:Patrick Mannion


关键词: 射频, 传感器, 开发工具

从HVAC和工厂自动化到汽车、医疗和消费类电子产品,无线连接传感设备的开发人员一直面临着快速迭代和成本效益的挑战,同时还要应对日益增长的法规、互操作性和性能挑战。尽管经常想从头开始设计无线传感器产品以使其在性能和尺寸方面与众不同,但使用专门的现成套件则会更快且更具成本效益。这些套件设计用于快速原型设计和开发,并且已建立起生态系统以提供支持和可扩展性。

Texas Instruments的LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件就是这样一种平台。该套件以小巧、紧凑的外形尺寸将无线微控制器 (CC1352R)、传感器、多个无线接口、相对较高的性能和较低的功耗结合在一起,同时具有庞大且久经考验的软件和工具支持生态系统。

本文说明了无线传感器产品设计和原型开发的演变特性,并介绍了CC1352R SensorTag套件及其入门使用方法。


为什么要使用无线传感器原型设计套件?

无线传感器设备为设计人员带来了一个棘手的问题。为了尽可能减少维护,这些器件在更换电池之前至少要在现场持续工作1到10年。它们还需要具备一定的板载处理和分析能力,因为尽可能接近物联网 (IoT) 网络边缘来处理和分析数据可减少需要交换的数据量,这反过来又可降低功耗并更好地利用可用无线带宽。

无线带宽存在其自身的问题,因为设计人员必须从多个无线堆栈中进行选择,包括以亚千兆赫兹 (GHz) 频率或2.45GHz运行的蓝牙、Thread和Zigbee。就如何使用可用带宽、功耗和处理资源而言,每种协议都有其自身的优缺点。若要从这些协议中进行选择,需要就数据速率、覆盖范围、预期节点数、网络拓扑、延时要求、占空比、功耗、网络协议开销、互操作性和法规要求方面对应用要求进行仔细分析。

选择正确的接口进行全新的部署相对容易;但是,在工业物联网 (IIoT) 应用中通常已经部署了无线网络,因此设计人员需要决定是使用同一接口直接连接到其他节点,还是使用可能更适合该应用的其他接口,然后通过网关将旧接口连接到新接口。

这些都是设计人员需要解决的应用相关决策树;但是当涉及到概念原型设计和开发时,很少值得从头开始设计接口,然后选择相关的处理器和传感器,更不用说在软件开发和集成方面的时间和资源投资了。诚然,“自己动手”设计可以为大众市场设计带来超高产量的好处。但是,在许多情况下,为自己的工厂生产线设计节点的工程师只需要几个节点,即可从某些电动机、生产线的某个点或温度计获取数据,因此,高产量并不是设计要求。在这种情况下,现成的套件是理想选择。

如果可能需要更高的产量,则可以使用已经过预先认证并符合法规要求的现成RF模块。由于这些模块具有丰富的固件和软件支持,因此可以加快原型设计的速度,并维持低开发和部署成本。在这些情况下,设计人员仍然必须将所需的平台处理器、传感器以及每个传感器和其他模块的关联软件元素拼凑在一起。

当设计人员已经知道必须使用的无线接口时,这没有关系。但是,当仍处于跨多种应用(具有旧式、通常不可互操作的无线接口)进行多种设计的考虑阶段时,则需要一种更高集成度、更灵活的方法来进行无线传感器原型设计和开发。

SensorTag:全面的无线传感器原型设计平台

更好的方法是找到一个现成的平台,该平台将支持无线的感测和处理节点的核心元件与传感器、软件和生态系统集成在一起,以支持设计人员,同时仍然允许在更高的软件开发堆栈层级进行探索和差异化。Texas Instruments (TI) 的LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件就是这样的平台(图1)。


图1:LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件具有设计人员进行无线传感器应用原型设计和开发所需的一切功能。
(图片来源:Digi-Key,基于Texas Instruments的资料)


该套件基于TI的CC1352R多频段无线微控制器 (MCU),围绕此MCU添加了环境和运动传感器以及软件,全部都在一个可拆卸外壳中,并且附有一根外部sub-1 GHz旋转天线、双线母对母电缆、用于JTAG连接的10针扁平带状电缆以及快速入门指南。该套件未包含但建议一起使用的是TI的LAUNCHXL-CC1352R1 SimpleLink多频段CC1352R无线MCU LaunchPad开发套件。此外,尽管SensorTag也可以使用可安装在板背面的专用电池座通过CR2032钮扣电池来运行,但建议使用两节AAA电池。

SensorTag套件的核心是CC1352R多频段无线MCU(图2)。这是TI SimpleLink MCU平台的组成部分,该平台旨在为安全、低功耗的网络拓扑提供所有构件。


图2:TI的CC1352R多频段无线微控制器获得FCC、CE和IC的认证,可在2.4GHz和sub-1 GHz下实现双频运行,并构成LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件的核心。
(图片来源:Texas Instruments)


CC1352R微控制器获得FCC、CE和加拿大工业部 (IC) 的认证,可在2.4GHz和sub-1 GHz 下实现双频运行,并支持低功耗蓝牙 (BLE)、Thread、Zigbee、智能对象的IPv6低功耗无线个人局域网 (6LoWPAN),以及其他基于IEEE 802.15.4g物理层 (PHY) 的专有协议,包括TI的SimpleLink TI 15.4堆栈(sub-1 GHz和2.4GHz)。通过使用动态多协议管理器 (DMM),它能够同时运行多个协议。

在SimpleLink远程模式下,无线电接收器的灵敏度为-121dBm(分贝数基准为1 (mW));50kbps下为-110dBm;以及125kbps下蓝牙灵敏度为-105dBm(具有LE编码 PHY)。在sub-GHz频段下,最大发射功率为+14dBm,其中消耗24.9毫安 (mA) 电流;在2.4GHz下,最大发射功率为+5dBm,消耗9.6mA电流。该器件的待机电流引人注目,在全RAM保持的情况下为0.85微安 (µA)。它也支持工业物联网,在105˚C下的待机电流为11µA。设计人员可以使用各种待机模式和模数转换器 (ADC) 采样率来优化低功耗。例如,可以将ADC设置为1赫兹 (Hz) 的采样率,此时系统消耗1µA。

CC1352R的中央处理器基于48兆赫兹 (MHz) Arm® Cortex®-M4F核心,并配备352KB系统内可编程闪存、用于协议和库函数的256KB ROM,以及8KB高速缓存SRAM。该器件支持无线 (OTA) 升级,并具有AES 128和AES 256加速器。

低BOM优化

RF前端设计人员面临的问题之一是滤波、阻抗匹配和其他功能所需的额外分立无源元器件的数量。这些增加了BOM并使布局复杂化。为简化CC1352R的实施,TI与Johanson Technology合作开发了尺寸为1 x 1.25 x 2毫米 (mm) 的定制集成无源元器件 (IPC) 封装,使元器件数从23个减少至3个(图3)。


图3:为了简化TI的CC1352R实施,TI与Johanson Technology合作开发了IPC,将需要的无源元器件数从23个降至 3 个。
(图片来源:Digi-Key Electronics,来自Johanson Technology的资料)


虽然SensorTag套件随附了四个传感器,但是如果需要更多或不同的传感器,则可以使用TI的BoosterPack LaunchPad插件模块选择并快速添加它们。SensorTag套件随附的四个传感器是:

下图中显示了传感器的布局和连接(图4)。


图4:SensorTag套件随附湿度和温度、环境光、加速度和霍尔效应传感器。
(图片来源:Texas Instruments)


连接器与LaunchPad兼容,因此可以轻松连接传感器、BoosterPack外设(例如LCD显示器),甚至定制电路。

LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件入门

要开始使用LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件,请下载SimpleLink CC13x2和CC26x2软件开发套件 (SDK)。此版本仅针对修订版E的器件进行了验证,因此对于修订版C或更早的版本,请使用v2.30.00.xx。下载完成后,请转到SimpleLink Academy,其中提供了分步说明和示例。

为了快速获取样本数据,该套件已通过名为Multi-Sensor的蓝牙5(BLE5)项目进行了预编程,此项目通过BLE连接到装有iOS和Android版本SimpleLink Starter应用的智能手机和平板电脑。通过使用该初始连接,设计人员可以开始查看传感器数据、切换LED、读取按钮状态,以及使用OTA下载 (OAD) 功能更新固件(图5)。此时,设计人员还可以将数据从移动设备推送到云中。


图5:设计人员可以通过BLE连接至装有iOS和Android平台版本SimpleLink Starter应用的智能手机或平板电脑,开始试用LaunchPad SensorTag套件。
(图片来源:Texas Instruments)


除了BLE,LPSTK还提供了另外两个示例:一个示例使用LPSTK作为Zigbee灯开关;另一个将其用作802.15.4网络中的传感器节点。SDK中提供了所有三个示例项目,如下所示:

  • 多传感器:
    • <simplelink_cc13x2_26x2_sdk install location>\examples\rtos\CC1352R1_LAUNCHXL\ble5stack\multi_sensor
  • TI DMM 传感器节点:
    • \CC1352R1_LAUNCHXL\dmm\dmm_154sensor_remote_display_oad_lpstk_app
  • Zigbee 开关:
    • \CC1352R1_LAUNCHXL\dmm\dmm_zed_switch_remote_display_oad_app

作为SimpleLink和Starter应用的补充,TI提供了SysConfig,这是一个统一的图形用户界面 (GUI) 工具,用于为各种SimpleLink SDK组件启用、配置和生成初始化代码,包括BLE、Zigbee、Thread和TI-15.4的TI驱动程序和堆栈配置(图6)。


图6:作为SimpleLink的补充,TI的SysConfig是一组易于使用的图形实用工具,用于配置引脚、外设、无线电、子系统和其他组件。
(图片来源:Texas Instruments)


与任何系统设计一样,都会需要一定程度的调试。在此阶段,SensorTag设计搭配LaunchPad开发套件中的板载XDS110调试器使用(在本例中为前面提到的LAUNCHXL-CC1352R),因此包括Arm 10针JTAG电缆和双线UART电缆。连接之后,即可进行完整的调试、编程和UART通信。按照以下步骤连接电缆:

  • 断开LaunchPad上的隔离跳线
  • 将Arm 10针JTAG电缆连接到LaunchPad SensorTag上的XDS110 OUT针座
  • 将Arm 10针JTAG电缆的另一端连接到LaunchPad SensorTag上的JTAG针座
  • 将两针跳线连接到RXD和TXD的顶部引脚(灰色线连接至RXD,白色线连接至TXD)
  • 将两针跳线的另一端连接到LaunchPad SensorTag上的引脚12/RX和13/TX(灰色线连接至12/RX,白色线连接至13/TX)
  • 将LaunchPad连接到PC或笔记本电脑

完整的设置应类似于图7所示。


图7:为了进行调试,需要使用SensorTag套件中随附的Arm 10针JTAG电缆和两针UART电缆,将SensorTag连接到LAUNCHXL-CC1352R LaunchPad开发套件。
(图片来源:Texas Instruments)


值得注意的是,由于正在运行的映像无法自行更新,因此传入的OAD映像在接收时需要存储在一个临时位置。该临时位置可以预留在内部闪存中或片外。在任一情况下,映像下载完成后,就会使用永久驻留在SensorTag设备上的引导映像管理器 (BIM) 来确定新映像是否有效以及是否应予以加载和运行(基于映像标题)。

BIM特别有用,例如允许设计人员在OAD之后还原为原开箱即用的映像。为此,在开机或复位期间按住BTN-1(向左按钮),然后BIM会恢复为开箱即用的映像(即Multi-Sensor)。

总结

虽然在实施无线传感器节点时有许多无线接口可供选择,但是开发人员不必花时间和资源针对每个接口进行原型设计,以查看哪种接口最适合给定的应用。而是通过使用LPSTK-CC1352R SensorTag套件以及关联的LaunchPad硬件、软件和生态系统,设计人员可以快速轻松地混合和匹配接口、使用一个或同时使用多个接口,并可根据需要添加和交换BoosterPack传感器。


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拆解!自寻迹坡道行驶小车的设计秘笈,这个视频告诉你


关键词: 开发工具, 电路设计

大家有没有发现,不知道什么时候开始,各种各样的服务机器人逐渐出现在我们生活的周围,比如餐厅的送餐机器人、酒店里的智能迎宾机器人……这其中有一类机器人,会根据地面上的标定路径行进,这种机器人的基本原型就是本文介绍的——智能寻迹小车系统。

智能寻迹方案的基础在于自动引导机器人系统,该系统可以实现小车自动识别路线。智能寻迹小车是采用单片机、传感器、电机驱动以及自动控制等技术实现的。目前我们在无人驾驶机动车、无人工厂、仓库、服务机器人等领域都能见到它的身影。

本文将对一个寻迹坡道行驶小车方案进行拆解,该方案是基于视频作者“化作尘”在全国大学生电子设计竞赛的作品来进行复盘的,方案中主要包括STM32控制模块、传感器寻迹检测系统(VSLB39405V模块)、电机驱动(L298N)、液晶显示(1.44寸OLED/SPI彩屏)和供电电源(12V锂电池组、AMS1117-3.3模块和MP1584EN 3.3V模块)等部分组成,可以通过APP实时给小车发送蓝牙指令信号,从而控制小车的运动状态,OLED屏还可以实时显示小车的动态信息。最终的方案成品可以使小车在设定的时间走完一段寻迹的坡道路程。

这个寻迹坡道行驶小车的
具体实现过程
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相关设计资源

视频中提及的寻迹坡道行驶小车方案中所采用的芯片产品,我们在这里一并做个梳理,并将芯片的介绍及资源链接分享给大家:

STM32F103C8T6 (ST Microelectronics)

主流增强型Arm Cortex-M3 MCU,具有64KB Flash、72MHz CPU、电机控制、USB和CAN

STM32F103xx系列包含了一个高性能Arm® Cortex®-M3 RISC内核,具有最高达72MHz的CPU频率,高速嵌入式存储(闪存至128kb,SRAM至20kb),一个广泛范围的增强的I/O和外围设备连接到两个APB总线。 所有型号都含有2个12位ADC,3个通用16位定时器和一个PWM定时器,外加一系列标准和加强的通信接口:最多两个I2C和SPI,三个USART,一个USB和一个CAN。

L298N (ST Microelectronics)

双全桥驱动器

L298是一个高集成度单片集成电路,采用15路引脚的Multiwatt以及PowerSO20封装形式。它是一种高电压,大电流双全桥驱动器,设计用于接受标准TTL逻辑电平;并驱动电感负载,如继电器、螺线管、直流电机和步进电机。该器件提供两路输入使能信号来独立驱动或断开设备。

MP1584EN (MPS)

3A, 1.5MHz, 28V降压转换器

MP1584是一款集成了内部高端高压功率MOSFET的高频降压开关稳压器。MP1584采用电流控制模式,可通过简单补偿设计提供3A的电流输出并提供快速环路响应。4.5V至28V的宽输入范围使其适用于各种降压应用,包括汽车环境中的应用。100µA的工作静态电流允许其使用在电池供电应用中。通过在轻载条件下降低开关频率,以减少开关和栅极驱动损耗,MP1584实现了宽负载范围内的高转换效率。降频功能有助于防止启动过程中电感电流失控,过温保护确保了工作的稳定性和可靠性。由于采用1.5MHz的高频频率,MP1584能在一些应用中防止EMI(电磁干扰)噪音问题,比如AM无线电和ADSL应用中可能的干扰问题。MP1584采用散热性能较强的SOIC8E封装。



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