Projet de traqueur d'actifs GNSS + LTE, Partie 1

Dans le projet de cette semaine, je construis un système de suivi d'actifs basé sur la LTE qui pourrait être utilisé pour une gamme d'objectifs, tels que la prévention (et la récupération) de vol, le suivi de véhicules de livraison ou de transit, ainsi que la maintenance prédictive si les données collectées sont associées à un service d'apprentissage automatique adapté. Tous mes projets précédents étaient des cartes à deux couches sans contraintes d'espace, mais les circuits imprimés compacts de haute densité m'ont manqué, donc dans ce projet, nous allons viser à construire le module LTE/GNSS aussi petit que possible. Il y a beaucoup à couvrir, donc nous examinerons les objectifs, la sélection des pièces et les schémas, et nous continuerons avec la Partie 2 qui se concentrera sur la conception et la disposition du PCB.

Il existe de nombreuses utilisations pour un projet tel que celui-ci, s'il est installé dans un bus ou un autocar, les données GNSS pourraient être transmises à la compagnie de transport pour fournir des mises à jour de localisation, qui pourraient à leur tour être utilisées pour fournir aux clients des estimations du temps d'arrivée de leur prochain service, et à plus grande échelle, être utilisées pour améliorer la planification des horaires et des données d'arrêt. Si cela était installé dans un actif portable de grande valeur, tel qu'une tour d'éclairage de chantier, un générateur ou autre équipement souvent laissé dans des zones reculées et cible de vols, le mouvement imprévu de l'actif pourrait déclencher une réponse de la police ou de la sécurité. Cela pourrait également être utilisé pour s'assurer qu'un actif reste dans une zone géofencée.

Ci-dessus se trouve la conception de PCB dont vous allez lire dans le Altium 365 Viewer, une manière gratuite de vous connecter avec vos collègues, clients et amis avec la possibilité de voir la conception ou de télécharger en un seul clic ! Téléchargez votre conception en quelques secondes et disposez d'une manière interactive de l'examiner en profondeur sans logiciel encombrant ni puissance informatique.

Qu'est-ce que le suivi d'actifs GNSS ?

Suivre un actif est un excellent objectif, mais il existe des outils d'apprentissage automatique et des systèmes basés sur le cloud fantastiques, qui peuvent être connectés à un dispositif pouvant optimiser les plannings de maintenance ou alerter automatiquement le personnel de la nécessité d'envoyer un technicien sur un site. Je vais ajouter un circuit intégré de bus CAN basique au circuit ainsi qu'un accéléromètre pour permettre la collecte de données à partir d'un système de gestion de moteur et recueillir des données de vibration (que les systèmes d'apprentissage automatique sont excellents pour transformer en un système d'alerte précoce de panne). L'accéléromètre est également utile car il peut détecter si l'objet a été déplacé lorsque le signal GNSS est faible ou brouillé, offrant ainsi d'autres options pour la sécurité.

Les voleurs expérimentés sont bien conscients des traceurs, et ils peuvent couper les câbles de la batterie pour qu'un traceur d'actif ne puisse pas fonctionner—donc je vais intégrer une cellule de batterie au lithium polymère pour alimenter le système si sa batterie principale est déconnectée. Cela assurera également le fonctionnement continu de l'appareil lors d'événements tels que le démarrage d'un grand générateur, et provoquant une chute de tension significative sur la batterie, surtout par temps froid.

Je vise à construire cet appareil le plus petit possible et de manière à ce qu'il puisse être dissimulé. De nombreux systèmes de suivi commerciaux que j'ai vus à l'usage sont chers, encombrants, difficiles à installer et faciles pour les voleurs à désactiver ou à retirer. Bien que je n'optimise pas spécifiquement ce projet pour être à faible coût, j'essaie d'utiliser les composants les moins chers qui répondront aux exigences et rempliront bien leurs fonctions.

Comme toujours, vous pouvez trouver ce projet ainsi que tous mes autres sur GitHub sous la licence très permissive MIT. La licence MIT vous permet essentiellement de faire ce que vous voulez avec la conception, de copier de petites sections à la production de masse telle quelle, tant que vous êtes conscient qu'il peut y avoir des erreurs et ni moi-même ni Altium ne pouvons être tenus responsables de tout problème.

Les composants de ce projet proviennent tous de ma bibliothèque open source Altium Designer®, la Celestial Altium Library. Cela vous permet de réutiliser rapidement des sections de ce projet dans votre propre travail.

Sélection des composants

Avant de nous plonger dans l'examen des composants « importants », je tiens juste à noter que, puisque je conçois ceci pour être le plus petit possible, j'utilise des composants de taille 0201 (impérial) partout où c'est possible pour les composants passifs. J'utiliserais des composants de taille 01005 (impérial), cependant, j'ai du mal à réaliser des prototypes à la main avec ceux-ci—donc je reste avec les plus grands 0201, ce qui me permet de construire un prototype juste avec un pochoir à pâte, des pinces, et un four de refusion. Ce projet pourrait probablement être réduit davantage avec des composants de taille 01005.

Module LTE/GNSS

Mes exigences pour un module LTE/GNSS sont assez simples, mais elles excluent de nombreuses options que j'utiliserais normalement. Comme il s'agit d'un projet exemple, le module doit être certifié pour une utilisation dans n'importe quel pays ou avoir des variantes pour différentes régions. En plus de cela, je veux utiliser un module disponible chez les principaux distributeurs de composants, donc si vous voulez construire l'un de ces traceurs, vous pouvez le faire sans avoir à chercher un fournisseur. Nous recherchons également spécifiquement des modules qui sont pré-certifiés. Cela, si utilisé correctement, permet à la carte complétée d'être certifiée comme un radiateur non intentionnel qui contient un radiateur intentionnel pré-certifié. Faire cela permet de construire et de certifier de très faibles volumes de cette carte sans les dépenses relativement énormes de la certification de radiateur intentionnel.

Les 5 dernières années ont certainement vu une énorme augmentation du nombre de modules cellulaires disponibles et des niveaux de stock chez les principaux distributeurs. Il y a 10 ans, il aurait pu être difficile de trouver un module cellulaire pouvant être utilisé mondialement chez un fournisseur majeur (tel que Mouser ou Digi-Key), surtout à bas prix, malgré la gamme disponible. Avec l'essor de l'Internet des Objets, il y a beaucoup plus de demande pour l'accès cellulaire pour des dispositifs tels que celui que je conçois. En tant que tel, la bande LTE répond spécifiquement aux dispositifs IoT avec les bandes LTE Cat-M1 et NB-IoT. Ces bandes sont spécifiquement conçues pour gérer les exigences d'un dispositif à faible consommation fonctionnant sur batteries, tant que le dispositif envoie principalement de petites quantités de données.

Avec cela à l'esprit, j'ai sélectionné le module uBlox SARA -R410M, qui a des options pour toutes les principales régions mondiales. Il est disponible chez les principaux distributeurs et le coût est tout à fait raisonnable. C'est un modem cellulaire très moderne prenant en charge les dernières normes LTE tout en ayant une certaine compatibilité ascendante avec les normes de génération précédente pour les zones en difficulté de couverture. Cette application n'utilisera pas toutes les fonctionnalités du module, car nous avons seulement besoin d'un accès internet basique avec des taux de données faibles.

Je vais associer le module SARA à une antenne multi-bande montée sur carte ANT-LTE-CER-T de Linx Technologies.

Module Récepteur GNSS

Un critère essentiel pour ce projet est la précision de positionnement - il est crucial que le récepteur radio de navigation puisse recevoir des signaux de nombreux satellites. La meilleure façon de faire cela est d'utiliser un récepteur du Système Global de Navigation par Satellite (GNSS) plutôt que le GPS pur. Cela permet au système de potentiellement recevoir des données de positionnement de GPS (USA), GLONASS (Russie), Galileo (UE) et BeiDou (Chine) - augmentant significativement le nombre de satellites utilisés pour un fix de positionnement. Étant donné que cet appareil sera probablement installé dans un emplacement discret, il peut avoir une vue difficile du ciel, donc avoir plus de satellites potentiels en vue est définitivement une bonne chose.

Dans les projets passés, j'ai eu du mal à trouver un module GNSS qui puisse surpasser la série uBlox 8, donc ce projet sera centré sur uBlox. Le module spécifique que je vais utiliser est le uBlox NEO-M8N, qui possède une mémoire flash permettant la mise à jour de son firmware. Cela est plus coûteux que les autres options de la série 8, mais je pense que les mises à jour du firmware dans des dispositifs comme celui-ci valent le coût.

Bien que le récepteur GNSS n'ait pas besoin d'être certifié, je préfère quand même utiliser la version module de uBlox plutôt que le CI nu, car il est équipé d'un filtre SAW et d'un LNA intégrés, économisant ainsi la disposition et l'ajustement du produit final. Il est également fourni dans un boîtier blindé RF, ce qui pour ce produit est un gros avantage, car il sera à proximité immédiate du puissant modem LTE, qui peut fonctionner sur des fréquences proches de la bande GNSS L1. Si je n'utilisais pas un module blindé, je devrais créer un blindage RF pour cette carte, ajoutant ainsi des coûts d'ingénierie supplémentaires.

Microcontrôleur

Si l'alimentation externe est déconnectée du traceur, cet appareil devra potentiellement fonctionner pendant de longues périodes à partir de sa batterie embarquée pour continuer à fournir le suivi de l'actif. Ces modules radio peuvent être mis en mode veille à faible consommation d'énergie, donc je veux utiliser un microcontrôleur qui peut atteindre une consommation d'énergie très faible en mode veille. J'ai également besoin d'un microcontrôleur relativement compact.

Avec ces exigences, je me suis directement tourné vers la série EFM32 de Silicon Labs. J'ai précédemment effectué des tests approfondis sur une large gamme de microcontrôleurs ARM, ainsi que sur certains microcontrôleurs 8 et 16 bits et la série EFM32, qui étaient imbattables pour la faible consommation d'énergie et la facilité de les mettre en état de veille à faible puissance et d'en sortir.

Pour ce projet, l'EFM32 Tiny Gecko est le meilleur compromis entre coût, fonctionnalité, taille et puissance. Plus précisément, j'utilise le EFM32TG11B520F128GM32-B, qui est dans un boîtier QFN32 de 5x5mm et n'a pas besoin d'un cristal externe, économisant ainsi de l'espace.

Gestion et Chargement de la Batterie

De nombreux circuits intégrés (CI) pour chargeurs de batterie disponibles sont uniquement conçus pour une entrée de 5 V. Je souhaite que la tension intermédiaire commune sur cette carte soit de 8 V pour des raisons que nous allons bientôt examiner, ce qui exclut de nombreux CI chargeurs pour cellule unique qui ne supportent pas plus de 6 V en entrée. Ce projet n'a pas besoin de capacités de charge rapide, car la batterie fonctionne uniquement comme une alimentation sans interruption, l'appareil devant être toujours branché. Par conséquent, je ne suis pas particulièrement préoccupé par le courant de charge, juste par la tension d'entrée et l'espace.

J'ai décidé d'utiliser le Texas Instruments BQ24040DSQR, avec un courant de charge maximal de 1 A, il est plus que suffisant pour mes besoins. De plus, le boîtier PWSON fait juste 2x2mm, ce qui répond à l'exigence d'un module LTE/GNSS compact.

Au-delà de la simple charge de la batterie, nous devons également connaître l'état de charge si nous fonctionnons déconnectés de l'alimentation externe. Pour cela, j'utilise le gestionnaire de batterie I2C BQ27542DRZ de Texas Instruments. Il peut surveiller précisément l'état de décharge, donnant une lecture exacte du pourcentage d'énergie utilisée plutôt qu'une approximation, comme le ferait simplement regarder la tension. Je n'implémente aucune fonctionnalité de coupure de batterie - le coût d'une seule cellule 18650 est dérisoire comparé à la possibilité de récupérer un actif incroyablement coûteux grâce à ce dernier paquet de données avant que la batterie ne soit épuisée. En surveillant précisément la décharge de la batterie, le firmware peut prolonger la durée de vie de l'appareil en dormant pendant de longues périodes entre les vérifications et en renvoyant des données via le modem cellulaire si nécessaire. Le modem cellulaire est de loin le plus grand consommateur d'énergie, et surveiller sa consommation d'énergie et contrôler son utilisation est le moyen le plus efficace de prolonger la durée de fonctionnement déconnecté.

Sensing and Data Storage

Comme mentionné précédemment, l'utilisation d'un modem cellulaire est un excellent moyen de réduire la durée de vie de la batterie de l'appareil. Par conséquent, nous voulons l'utiliser aussi peu que possible, tout en transmettant des données utiles. Pour utiliser au mieux le modem, il est judicieux de stocker les données à transmettre par rafales. Le microcontrôleur n'ayant pas une grande quantité d'espace flash, il est préférable d'avoir un flash externe. J'utilise un CI flash SPI de 4 mégaoctets qui permettra de stocker une quantité significative de données de position, de mouvement ou d'autres données collectées pour être périodiquement transmises en rafale.

Comme je l'ai mentionné au début de l'article, l'appareil pourrait être utilisé pour la maintenance prédictive et l'EFM32TG dispose d'un support de bus CAN, donc j'ai ajouté un transceiver CAN NCV7351D13R2G de ON Semiconductor afin que les données puissent être collectées depuis un système de gestion de moteur ou tout autre dispositif compatible CAN. Ces données pourraient également être collectées sur le flash externe pour être transmises à un service cloud par rafales.

Régulation de Puissance/Tension

De nombreux projets récents sur lesquels j'ai travaillé se sont fortement concentrés sur la conception d'alimentations électriques à découpage, et ce, pour une bonne raison : l'alimentation est souvent le cœur d'un projet, d'un point de vue électrique. Dans ce projet, nous allons procéder un peu différemment. En raison des contraintes d'espace, j'essaie d'utiliser de très petits modules intégrés plutôt que de construire plusieurs régulateurs de tension. Ces modules sont tous bien plus petits qu'un régulateur que je pourrais concevoir, et ils sont souvent plus petits que les inductances que j'aurais utilisées seules.

Mon objectif est de supporter une entrée de 10-35V, ce qui permettrait l'utilisation avec des batteries au plomb de 12 V et 24 V, à l'état déchargé et complètement chargé. Avec une seule cellule lithium (3-4.2v) comme sauvegarde de batterie et une large gamme de tensions à supporter, j'aurai besoin d'une tension intermédiaire pour que tout fonctionne.

J'ai opté pour 8 volts pour la tension intermédiaire. C'est juste en dessous de notre tension d'entrée minimale et pas trop au-dessus de la tension de la batterie embarquée. Cela fournit un bon point médian pour les régulateurs tout en permettant la génération efficace des 5 V, 3.8 V et 3.3 V nécessaires pour nos CI, et pour que le CI du chargeur de batterie fonctionne.

L'entrée est régulée à la baisse en utilisant un module Monolithic Power Systems MPM3550, et la batterie embarquée est boostée en utilisant un TPS61089. Je n'ai pas pu trouver de module convertisseur boost qui était plus petit que la solution que je pouvais construire avec le TPS61089, cependant le convertisseur boost est le seul régulateur non modulaire sur la carte.

La tension intermédiaire de 8v est ensuite abaissée à 5V pour le transceiver CAN en utilisant un régulateur linéaire MC78LC50 car le courant consommé est assez faible. 3.8V est fourni au module SARA en utilisant un module PMU8218 D, et 3.3V pour le reste du système provient du Texas Instruments LMZ21701SILT. J'ai vraiment apprécié chercher ces régulateurs. C'est assez stupéfiant de voir combien de puissance certains modules peuvent commuter à partir de modules incroyablement petits et relativement peu coûteux.

Pour le commutateur de charge instantanée de l'alimentation externe à la batterie, j'utilise le même Analog Devices LTC4414EMS que j'ai utilisé dans mon précédent projet d'UPS 12V.

Schémas

Il se passe pas mal de choses dans ce projet par rapport à certains des précédents, donc j'ai illustré la feuille de schéma de niveau supérieur avec quelques notes pour montrer le flux d'énergie à travers le système.

Puissance d'Entrée

Commençons par examiner les schémas à partir de l'entrée d'alimentation. Avec l'objectif de connecter ce produit à de grands générateurs et autres installations industrielles, nous devons être très prudents avec l'alimentation entrante. Les énormes moteurs de démarrage dans les grands générateurs peuvent provoquer d'énormes tensions de retour et d'autres formes de chaos.

Pour faire face à la tension d'entrée potentiellement dommageable et incohérente pendant le démarrage d'un moteur, j'ai été un peu excessif pour le filtre d'alimentation entrant.

Il y a une protection contre la polarité inversée sur les entrées de tension positive et négative. Le côté négatif est à travers le CI MOSFET N-Ch IC1 qui est placé dans le circuit « à l'envers », ce qui permet à la diode de corps de conduire le courant, ce qui à son tour permet au portail de recevoir pleinement le courant, activant ainsi le FET. Pour protéger la diode de corps, j'ai également ajouté une diode externe, D5, pour fournir la même fonction à partir d'un dispositif plus tolérant.

Du côté positif, il y a un porte-fusible pour mini fusible automobile, M1, suivi de deux diodes TVS. Les diodes TVS peuvent ne pas avoir la capacité de gérer une grande surtension, cependant, elles conduiront suffisamment de courant pour faire griller un fusible et ainsi protéger le circuit. Après cette protection d'entrée de base se trouve une diode pour une protection supplémentaire contre la polarité inverse, une autre diode pour protéger contre les retours de tension et un filtre EMI conduit basique. Le régulateur de tension d'entrée affirme être conforme à la classe B de CISPR22 dans sa fiche technique et recommande l'implémentation du filtre dans le schéma pour la conformité à la classe 5 de CISPR25. Comme cet appareil pourrait être utilisé dans un environnement automobile, viser la classe 5 de CISPR25 pour la conformité aux émissions conduites est judicieux.

Comparé aux régulateurs du projet précédent, le régulateur d'entrée pour ce design est très simple. Tout ce qui est requis est de définir la fréquence en utilisant une résistance à partir des suggestions dans un tableau dans la fiche technique, et de calculer la résistance de rétroaction. La résistance de rétroaction est juste une résistance en parallèle au diviseur de tension de rétroaction sur module. Les condensateurs d'entrée et de sortie ont une capacité plus grande que le minimum suggéré par la fiche technique, j'ai choisi la valeur la plus grande possible pour la taille de condensateur céramique 1210 (impérial) et la plage de tension d'entrée.

Gestion de Batterie

La conception de la charge de la batterie est très simple, le courant est réglé au maximum (1 A) que le composant peut gérer. Vous pouvez en apprendre davantage sur la conception de charge de batterie dans mon projet d'Alimentation Sans Interruption de 12 V.

Le moniteur de cellule de batterie semble bien plus compliqué qu'il ne l'est en réalité.

Le moniteur de batterie est essentiellement juste un capteur de courant qui compte tout le courant circulant à travers la batterie. La résistance de détection de courant (R16) possède un réseau de filtrage basique, mais se connecte sinon directement au BQ27542DRZ, qui calcule le courant total utilisé qui est ensuite accessible via I2C.

La fonctionnalité UPS sur ce module LTE/GNSS est fournie par le LTC4414EMS et un MOSFET à canal P. Comme je l'ai dit plus tôt, je ne vais pas trop entrer dans les détails, car nous avons construit un projet entier autour de cela auparavant. Il est important de noter ici que le régulateur de 8 V pour la batterie fonctionne toujours, si l'alimentation est interrompue lorsque le modem cellulaire transmet à pleine puissance, il n'y a pas assez de capacité sur la carte pour l'alimenter pendant qu'un régulateur met plusieurs millisecondes à démarrer.

Batterie à Tension Intermédiaire

Il n'y a qu'un seul régulateur de tension personnalisé dans ce projet. Comme je l'ai mentionné plus tôt, je n'ai pas pu trouver de module régulateur boost suffisamment petit et puissant. Ce TI TPS61089 est le plus petit convertisseur boost que j'ai pu concevoir pour répondre aux besoins en courant du module cellulaire.

J'ai une capacité d'entrée minimale dans cette conception, car les batteries au lithium ont une résistance suffisamment faible pour que je pense pouvoir repousser un peu les limites par rapport à une source d'alimentation qui ne peut pas répondre aussi rapidement à de grandes demandes de courant. De même, il n'y a pas une grande quantité de capacité de sortie, car seuls les besoins immédiats de ce régulateur doivent être pris en charge, il y a suffisamment de capacité de masse ailleurs dans le circuit.

Je fais fonctionner le régulateur à 2Mhz, ce qui diminue quelque peu l'efficacité de la conception, la réduisant à environ 86% sous une charge de 2A, cependant, cela réduit tellement l'empreinte que cela vaut le compromis pour la durée de vie de la batterie. Il y a des choses que je peux faire dans le logiciel en n'utilisant pas la radio aussi fréquemment pour compenser la perte de puissance, mais avec le logiciel, je ne peux pas rendre la carte plus petite. Avec une conception efficace à plus de 90%, j'utiliserais plus de quatre fois l'espace de la carte.

De nombreux régulateurs

L'appareil le plus gourmand en énergie, le modem cellulaire, nécessite jusqu'à 2A à 3.8V. Les modules de puissance Flex PMU2818 sont assez faciles à implémenter, la plupart des valeurs dans mon schéma (à part le diviseur de feedback) sont tirées des nombreux tableaux dans la fiche technique, proposant des valeurs suggérées pour une large gamme de tensions et de conditions.

La capacité de sortie est limitée à ce qui devrait être placé immédiatement à côté du module, car la capacité de masse pour le modem cellulaire se trouve sur la feuille de schéma du modem. La majorité des circuits intégrés logiques sur la carte sont à 3.3V, cependant, ils ont des demandes de courant assez modestes. Le LMZ21701 est aussi facile à utiliser qu'un régulateur linéaire ajustable, et seul un condensateur de démarrage progressif optionnel est nécessaire pour sélectionner le temps de démarrage.

Enfin, un simple LDO à sortie fixe est utilisé pour fournir une alimentation de 5 V. Le transceiver CAN qu'il alimente a une demande de courant suffisamment faible pour que le régulateur linéaire ait un impact négligeable sur la durée de vie de la batterie.

Microcontrôleur Silicon Labs EFM32

L'un des avantages de la série EFM32 est qu'ils sont vraiment faciles à configurer, du moins d'un point de vue schématique, si vous ne cherchez pas à faire quelque chose de trop fou avec eux. En ce qui concerne les composants externes de soutien, tout ce dont vous avez vraiment besoin, ce sont quelques condensateurs de découplage. Je n'ai pas besoin de l'oscillateur externe basse fréquence car je n'utiliserai aucune fonctionnalité qui le requiert.

Après avoir alimenté le microcontrôleur, il suffit de connecter tous vos IO. J'espérais avoir suffisamment d'IO pour ce projet sur ce modèle/package, et cela a fonctionné à merveille. Je pourrais économiser des IO si j'en avais besoin de plus en combinant les broches de réinitialisation pour les périphériques.

Pour ce projet, j'ai décidé d'utiliser des connecteurs de faisceaux pour chaque feuille, plutôt que d'utiliser simplement des ports. Les faisceaux rendent la feuille de niveau supérieur très propre et gardent tout ensemble, ce qui m'a fait gagner un temps surprenant par rapport à l'utilisation de ports.

Je considère également le flash SPI comme faisant partie de la portion microcontrôleur du schéma. Le flash SPI est également très facile à connecter, nécessitant juste un condensateur de découplage ou le bus de communications connecté.

uBlox SARA LTE Module

L'un des avantages de l'utilisation de modules pour la plupart des fonctions de ce projet est que le nombre d'éléments dans la nomenclature (BOM) est beaucoup plus faible—tout nécessite beaucoup moins de composants de support et beaucoup moins de calculs de valeurs. Le module LTE n'est pas différent par rapport à la construction de votre propre système.

Les principaux éléments à noter sur le schéma LTE sont l'antenne et la carte SIM. La piste de l'antenne doit être adaptée en impédance, et elle doit également avoir des composants de réglage. J'utilise les valeurs suggérées dans la fiche technique pour régler l'antenne, cependant, un test réel devrait être effectué avec un analyseur de réseau vectoriel pour déterminer les valeurs réelles requises pour votre carte de circuit.

Il y a une diode TVS à 4 lignes pour le connecteur de la carte SIM. Une carte SIM est une source très probable de décharge électrostatique de la part de quelqu'un insérant ou retirant une carte SIM, et être directement connecté au module RF est un excellent moyen de recevoir une décharge dommageable qui pourrait dégrader ou détruire la radio.

Le uBlox SARA utilise 1.8v pour ses lignes IO, donc j'utilise un traducteur de niveau logique Texas Instruments TXB0108PW pour convertir les tensions logiques. Je les ai utilisés dans des projets passés et en ai été très satisfait.

J'ai mentionné plus tôt, lors de la discussion sur l'alimentation 3.8V, que la capacité de bulk était fournie sur le module LTE lui-même, et la voici. Pour les demandes de courant de pointe, il s'agit d'une quantité de capacité assez modeste, cependant, la demande de pointe devrait être de courte durée et peu probable d'être atteinte dans la plupart des circonstances, les condensateurs fournis sont suffisants pour assurer un fonctionnement correct.

Il y a aussi beaucoup de masses sur le SARA… une énorme quantité de broches de masse. J'ai un symbole schématique complet qui est presque entièrement composé de broches de masse !

uBlox NEO M8N GNSS

Le NEO-M8N dispose de nombreux périphériques de communication, normalement je ne connecterais que les lignes uart, cependant, puisque nous avons déjà I2C à bord, j'ai pensé qu'il serait intéressant de connecter juste pour fournir plus d'options à l'avenir. J'ai ajouté des perles de ferrite sur l'entrée et sur les lignes uart pour réduire la quantité d'EMI conduite qui peut entrer dans le module.

Dans un monde idéal, l'antenne n'aurait pas besoin de composants d'accord, cependant, elle en nécessite probablement pour une meilleure réponse. Sans une carte prototype testée sur un VNA, je ne voulais pas supposer quel pourrait être le désaccord, car je ne pouvais pas trouver suffisamment de données sur l'antenne et le module pour calculer les valeurs. Si vous construisez votre propre version de ce projet, vous devriez envisager de caractériser la carte, le module et l'antenne pour accorder correctement le chemin RF pour des performances optimales.

Le module inclut déjà un filtre SAW et un LNA, donc avec l'antenne montée directement contre le module, il n'est pas nécessaire d'ajouter plus. Si vous prévoyez d'utiliser une antenne distante hors carte, vous pouvez utiliser la broche VCC_RF pour alimenter une antenne active avec un filtre et un LNA intégrés.

Accéléromètre

L'accéléromètre que j'utilise est l'un des moins chers qui dispose d'interruptions et de gestes. J'aime vraiment la série ST d'accéléromètres qui ont la capacité de générer des interruptions pour des événements et des gestes, tels qu'un mouvement ou un double tapotement. Pour cette application, si l'appareil est utilisé purement pour l'anti-vol, l'ensemble de l'appareil peut être mis en veille profonde avec juste l'accéléromètre et les alimentations actives. Si l'accéléromètre détecte un mouvement, il peut réveiller le microcontrôleur qui peut alors commencer à le surveiller de plus près.

Vous vous êtes peut-être demandé où se trouvaient les résistances de tirage I2C sur les feuilles de schéma précédentes, eh bien, les voici ! L'accéléromètre était le premier dispositif I2C pour lequel j'ai capturé le schéma, et avec l'espace limité sur la feuille du microcontrôleur, j'ai juste laissé les résistances de tirage là où elles étaient.

Transceiver CAN

Enfin, nous avons un transceiver CAN qui pourrait être connecté à un système de gestion de moteur. Le connecteur CAN est un autre endroit où des transitoires pourraient entrer, soit par un technicien connectant les fils, soit par des transitoires provenant de l'appareil auquel les fils sont connectés pendant le fonctionnement.

Dans la prochaine partie

C'est un projet assez important, donc je vais devoir m'arrêter ici pour cet article. Dans le prochain article, je vais procéder au routage de la carte et voir à quel point nous pouvons la réduire. Les deux modules RF représentent certainement un défi intéressant pour une petite carte, avec un émetteur de relativement haute puissance et un récepteur extrêmement sensible à la recherche de signaux venant de l'espace.

Avec un total de 141 composants, sans compter les fiduciaux, ce module LTE/GNSS sera un projet de routage fascinant.

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