Progetto di Tracciamento di Asset GNSS + LTE, Parte 1

In questo progetto settimanale, sto costruendo un sistema di tracciamento degli asset basato su LTE che potrebbe essere utilizzato per una gamma di obiettivi, come la prevenzione (e il recupero) dei furti, il tracciamento di veicoli di consegna o in transito, così come la manutenzione predittiva se i dati raccolti vengono abbinati a un servizio di machine learning adeguato. Tutti i miei progetti precedenti sono stati realizzati su schede a due strati senza vincoli di spazio, ma mi manca costruire circuiti stampati compatti ad alta densità, quindi in questo progetto mireremo a costruire il modulo LTE/GNSS il più piccolo possibile. C'è molto da coprire, quindi esamineremo gli obiettivi, la selezione dei componenti e gli schemi, e continueremo con la Parte 2 che si concentrerà sulla progettazione e il layout del PCB.

Ci sono molti utilizzi per un progetto come questo, se installato su un autobus o un pullman, i dati GNSS potrebbero essere inviati alla compagnia di trasporti per fornire aggiornamenti sulla posizione, che a loro volta potrebbero essere utilizzati per fornire ai clienti stime sul tempo di arrivo del loro prossimo servizio e, su scala più ampia, essere utilizzati per migliorare la programmazione e i dati sui tempi di fermata. Se fosse installato su un bene portatile di alto valore, come una torre faro da cantiere, un generatore o altre attrezzature che spesso vengono lasciate in aree remote e sono un bersaglio per i furti, il movimento non pianificato del bene potrebbe innescare una risposta della polizia o della sicurezza. Potrebbe anche essere utilizzato per garantire che un bene rimanga all'interno di un'area geofenced.

Sopra è il design del PCB di cui leggerai nel Altium 365 Viewer, un modo gratuito per connetterti con i tuoi colleghi, clienti e amici con la possibilità di visualizzare il design o scaricarlo con un solo clic di un pulsante! Carica il tuo design in pochi secondi e hai un modo interattivo per esaminarlo in dettaglio senza bisogno di software ingombranti o potenza di calcolo.

Cos'è il Tracciamento dei Beni GNSS?

Tracciare un bene è un ottimo obiettivo, ma esistono alcuni strumenti di machine learning e sistemi basati su cloud eccezionali, che possono essere connessi a un dispositivo per ottimizzare i programmi di manutenzione o per allertare automaticamente il personale sulla necessità di inviare un tecnico sul posto. Sto per aggiungere un circuito integrato per bus CAN di base al circuito, così come un accelerometro per consentire la raccolta dei dati da un sistema di gestione del motore e raccogliere dati sulla vibrazione (cosa che i sistemi di machine learning sono eccellenti nel trasformare in un sistema di avviso precoce di guasti). L'accelerometro è utile anche perché può rilevare se l'oggetto è stato spostato quando il segnale GNSS è debole o disturbato, offrendo ulteriori opzioni per la sicurezza.

I ladri esperti sono ben consapevoli dei tracker e potrebbero tagliare i cavi della batteria in modo che un localizzatore di beni non possa funzionare—quindi sto per costruire un singolo elemento di batteria al litio polimero per alimentare il sistema nel caso in cui la sua batteria principale sia disconnessa. Questo garantirà anche il funzionamento continuo del dispositivo durante eventi come l'avviamento di un grande generatore, che causa una significativa caduta di tensione sulla batteria, specialmente in condizioni di freddo.

Sto cercando di costruire questo dispositivo il più piccolo possibile e in modo tale che possa essere nascosto. Molti sistemi di tracciamento commerciali che ho visto in uso sono costosi, ingombranti, difficili da installare e facili da disabilitare o rimuovere per i ladri. Anche se non sto ottimizzando specificamente questo progetto per essere a basso costo, sto cercando di utilizzare i componenti più economici che soddisfino i requisiti e svolgano bene le loro funzioni.

Come sempre, puoi trovare questo progetto insieme a tutti i miei altri su GitHub sotto la licenza MIT molto permissiva. La licenza MIT ti permette essenzialmente di fare ciò che vuoi con il design, dal copiare piccole sezioni di esso alla produzione di massa così com'è, purché tu sia consapevole che potrebbero esserci errori e né io né Altium possiamo essere ritenuti responsabili per eventuali problemi.

I componenti di questo progetto provengono tutti dalla mia libreria open source Altium Designer®, la Celestial Altium Library. Questo ti permette di riutilizzare rapidamente sezioni di questo progetto nel tuo lavoro.

Selezione dei Componenti

Prima di esaminare i componenti di maggiore importanza, voglio sottolineare che, dato che sto progettando questo dispositivo per essere il più piccolo possibile, sto utilizzando componenti passivi di dimensione 0201 (imperiale) ovunque possibile. Utilizzerei i componenti 01005 (imperiale), tuttavia, ho difficoltà a prototipare manualmente con questi - quindi sto optando per i più grandi 0201, che mi permettono di costruire un prototipo semplicemente con uno stencil per pasta, pinzette e un forno di riflusso. Questo progetto potrebbe probabilmente essere ridotto ulteriormente con componenti di dimensione 01005.

Modulo LTE/GNSS

Le mie esigenze per un modulo LTE/GNSS sono piuttosto semplici, ma escludono molte delle opzioni che normalmente utilizzerei. Poiché questo è un progetto esemplificativo, il modulo deve essere certificato per l'uso in qualsiasi paese o avere varianti per diverse regioni. In aggiunta a ciò, voglio utilizzare un modulo che sia disponibile presso i principali distributori di componenti, così se vuoi costruire uno di questi tracker, puoi farlo senza dover cercare un fornitore. Stiamo anche cercando specificamente moduli che siano pre-certificati. Questo, se utilizzato correttamente, permette alla scheda completata di essere certificata come un radiatore non intenzionale che contiene un radiatore intenzionale pre-certificato. Fare ciò permette di costruire e certificare volumi molto bassi di questa scheda senza l'enorme spesa relativa alla certificazione del radiatore intenzionale.

Negli ultimi 5 anni abbiamo assistito sicuramente a un enorme aumento del numero di moduli cellulari disponibili e dei livelli di stock presso i principali distributori. 10 anni fa, potrebbe essere stato difficile trovare un modulo cellulare che potesse essere utilizzato a livello globale presso un fornitore importante (come Mouser o Digi-Key), specialmente a un prezzo basso, nonostante la gamma disponibile. Con l'ascesa di Internet delle Cose, c'è molta più domanda di accesso cellulare per dispositivi come quello che sto progettando. Di conseguenza, la banda LTE si rivolge specificamente ai dispositivi IoT con le bande LTE Cat-M1 e NB-IoT. Queste bande sono progettate specificamente per gestire i requisiti di un dispositivo a basso consumo alimentato da batterie, purché il dispositivo invii principalmente piccole quantità di dati.

Con questo in mente, ho selezionato il modulo uBlox SARA-R410M, che ha opzioni per tutte le principali regioni globali. È disponibile presso i principali distributori e il costo è piuttosto ragionevole. È un modem cellulare molto moderno che supporta gli ultimi standard LTE pur avendo una certa retrocompatibilità con gli standard di generazione precedente per le aree con problemi di copertura. Questa applicazione non inizierà ad utilizzare tutte le funzionalità del modulo, poiché abbiamo bisogno solo di internet di base con bassi tassi di trasmissione dati.

Sto per abbinare il modulo SARA con un'antenna multi-banda da montaggio su scheda ANT-LTE-CER-T di Linx Technologies.

Modulo Ricevitore GNSS

Un requisito fondamentale per questo progetto è la precisione di posizionamento: è critico che il ricevitore radio per la navigazione possa ricevere segnali da molti satelliti. Il modo migliore per fare ciò è utilizzare un ricevitore del Sistema Globale di Navigazione Satellitare (GNSS) piuttosto che un semplice GPS. Questo permette al sistema di potenzialmente ricevere dati di posizionamento da GPS (USA), GLONASS (Russia), Galileo (UE) e BeiDou (Cina)—aumentando significativamente il numero di satelliti utilizzati per un fix di posizionamento. Dato che questo dispositivo sarà probabilmente installato in una posizione discreta, potrebbe avere una vista del cielo sfidante, quindi avere più satelliti potenzialmente visibili è decisamente un vantaggio.

Nei progetti passati, ho avuto difficoltà a trovare un modulo GNSS che potesse superare la serie uBlox 8, quindi questo progetto sarà incentrato su uBlox. Il modulo specifico che utilizzerò è l'uBlox NEO-M8N, che ha una memoria flash che consente di aggiornare il firmware. Questo è più costoso rispetto alle altre opzioni della serie 8, ma ritengo che gli aggiornamenti del firmware in dispositivi come questo valgano il costo.

Sebbene il ricevitore GNSS non debba essere certificato, preferisco comunque utilizzare la versione modulo di uBlox rispetto al CI nudo, in quanto è dotato di un filtro SAW e di un LNA a bordo, risparmiando layout e accordatura del prodotto finale. Viene anche fornito in un involucro schermato RF, che per questo prodotto è un grande vantaggio, poiché sarà in stretta prossimità con il potente modem LTE, che può operare su frequenze vicine alla banda GNSS L1. Se non stessi utilizzando un modulo schermato, avrei bisogno di realizzare uno schermo RF per questa scheda, aggiungendo ulteriori costi di ingegneria.

Microcontrollore

Se l'alimentazione esterna viene scollegata dal tracker, questo dispositivo dovrà potenzialmente funzionare per lunghi periodi di tempo con la sua batteria interna per continuare a fornire il tracciamento dell'asset. Questi moduli radio possono essere messi in una modalità di sonno a basso consumo, quindi voglio utilizzare un microcontrollore che possa raggiungere un consumo di energia in sonno molto basso. Ho bisogno anche di un microcontrollore relativamente compatto.

Con questi requisiti, sono andato direttamente alla serie EFM32 di Silicon Labs. Ho precedentemente effettuato ampi test su una vasta gamma di microcontrollori ARM, così come alcuni microcontrollori a 8 e 16 bit e la serie EFM32, che erano imbattibili per il basso consumo di energia e la facilità di entrare e uscire dagli stati di sonno a basso consumo.

Per questo progetto, l'EFM32 Tiny Gecko rappresenta il miglior compromesso tra costo, funzionalità, dimensioni e potenza. Specificamente, sto utilizzando il EFM32TG11B520F128GM32-B, che è in un pacchetto QFN32 di 5x5mm e non ha bisogno di un cristallo esterno, risparmiando ulteriormente spazio.

Gestione e Ricarica della Batteria

Molti circuiti integrati per la ricarica delle batterie disponibili sono progettati solo per un ingresso di 5 V. Voglio che la mia tensione intermedia comune su questa scheda sia di 8 V per motivi che esamineremo a breve, il che esclude molti circuiti integrati per la ricarica di singole celle che non supportano un ingresso superiore a 6 V. Questo progetto non necessita di capacità di ricarica rapida, poiché la batteria funziona solo come alimentazione di emergenza ininterrotta, con il dispositivo che si prevede sia sempre collegato. Pertanto, non sono eccessivamente preoccupato per la corrente di carica, ma solo per la tensione di ingresso e lo spazio.

Ho deciso di utilizzare il Texas Instruments BQ24040DSQR, con una corrente di carica massima di 1 A, è più che sufficiente per le mie esigenze. Inoltre, il pacchetto PWSON è di soli 2x2mm, il che soddisfa il requisito per un modulo LTE/GNSS compatto.

Oltre a caricare la batteria, dobbiamo anche conoscere lo stato di carica se stiamo funzionando scollegati dall'alimentazione esterna. Per questo, sto utilizzando il gestore di batteria I2C BQ27542DRZ di Texas Instruments. Può monitorare con precisione lo stato di scarica, fornendo una lettura esatta della percentuale di potenza utilizzata piuttosto che una stima approssimativa, come farebbe semplicemente guardando la tensione. Non sto implementando alcuna funzionalità di taglio della batteria: il costo di una singola cella 18650 impallidisce in confronto alla possibilità di recuperare un asset incredibilmente costoso da quell'ultimo pacchetto di dati prima che la batteria si esaurisca. Monitorando con precisione la scarica della batteria, il firmware può prolungare la vita del dispositivo dormendo per lunghi periodi di tempo tra un controllo e l'altro e inviando dati tramite il modem cellulare se necessario. Il modem cellulare è di gran lunga il maggior consumatore di energia, e monitorarne il consumo di energia e controllarne l'uso è il modo più efficace per estendere il tempo di funzionamento disconnesso.

Sensing and Data Storage

Come menzionato sopra, l'utilizzo di un modem cellulare è un ottimo modo per ridurre la durata della batteria del dispositivo. Pertanto, vogliamo usarlo il meno possibile, pur continuando a trasmettere dati utili. Per utilizzare al meglio il modem, è consigliabile memorizzare i dati da trasmettere in burst. Il microcontrollore non dispone di una grande quantità di spazio flash, quindi è meglio avere un flash esterno. Sto utilizzando un IC flash SPI da 4 megabyte che permetterà di memorizzare una quantità significativa di dati posizionali, di movimento o altri dati raccolti per essere trasmessi periodicamente in burst.

Come ho menzionato all'inizio dell'articolo, il dispositivo potrebbe essere utilizzato per la manutenzione predittiva e l'EFM32TG ha il supporto per il bus CAN, quindi ho aggiunto un trasmettitore CAN NCV7351D13R2G di ON Semiconductor in modo che i dati possano essere raccolti da un sistema di gestione del motore o altro dispositivo abilitato CAN. Anche questi dati potrebbero essere raccolti sul flash esterno per essere trasmessi a un servizio cloud in burst.

Regolazione di Potenza/Tensione

Molti dei miei progetti recenti hanno avuto un forte focus sulla progettazione di alimentatori a commutazione, e per una buona ragione, poiché l'alimentatore è spesso il cuore di un progetto, dal punto di vista elettrico. In questo progetto faremo le cose in modo un po' diverso. A causa dei vincoli di spazio, sto cercando di utilizzare moduli integrati molto piccoli piuttosto che costruire più regolatori di tensione. Questi moduli sono tutti molto più piccoli di un regolatore che avrei potuto progettare, e spesso sono più piccoli anche solo degli induttori che avrei utilizzato da solo.

Il mio obiettivo è supportare un ingresso da 10-35V, che permetterebbe l'uso sia con batterie al piombo da 12 V che da 24 V in stato di scarica e completamente cariche. Con una singola cella al litio (3-4.2v) come backup della batteria e una vasta gamma di tensioni da supportare, avrò bisogno di una tensione intermedia da cui far funzionare tutto.

Ho scelto 8 volt per la tensione intermedia. È appena sotto la nostra tensione di ingresso minima e non troppo sopra la tensione della batteria a bordo. Questo fornisce un buon punto medio per i regolatori pur consentendo ancora la generazione efficiente dei 5 V, 3.8 V e 3.3 V richiesti per i nostri IC, e per far funzionare l'IC del caricabatterie.

L'input è regolato in basso utilizzando un modulo Monolithic Power Systems MPM3550, e la batteria di bordo è potenziata utilizzando un TPS61089. Non sono riuscito a trovare un modulo convertitore boost adatto che fosse più piccolo della soluzione che potevo costruire con il TPS61089, tuttavia il convertitore boost è l'unico regolatore non modulare sulla scheda.

La tensione intermedia di 8v è poi ridotta a 5V per il trasmettitore CAN utilizzando un regolatore lineare MC78LC50 poiché il consumo di corrente è piuttosto basso. 3.8V sono forniti al modulo SARA utilizzando un modulo PMU8218 D, e 3.3V per il resto del sistema provengono dal Texas Instruments LMZ21701SILT. Mi è davvero piaciuto cercare questi regolatori. È abbastanza sorprendente quanto potere alcuni moduli siano in grado di commutare da moduli incredibilmente piccoli e relativamente economici.

Per l'interruttore di carico istantaneo da alimentazione esterna a batteria, sto utilizzando lo stesso Analog Devices LTC4414EMS che ho usato nel mio precedente progetto di UPS 12V.

Schemi

C'è parecchio da fare in questo progetto rispetto ad alcuni dei precedenti, quindi ho illustrato il foglio dello schema di livello superiore con alcune note per mostrare il flusso di potenza attraverso il sistema.

Potenza di Input

Iniziamo a guardare gli schemi partendo dall'ingresso di alimentazione. Con l'obiettivo di collegare questo prodotto a grandi generatori e altre strutture industriali, dobbiamo essere molto attenti con l'alimentazione in ingresso. I grandi motori di avviamento nei generatori di grandi dimensioni possono causare enormi tensioni di ritorno e altri tipi di caos.

Per affrontare la tensione di ingresso potenzialmente dannosa e inconsistente durante l'avviamento di un motore, ho esagerato un po' per il filtro di alimentazione in ingresso.

C'è una protezione dalla polarità inversa sia sull'ingresso di tensione positivo che su quello negativo. Il lato negativo è attraverso l'IC1 MOSFET N-Ch che è inserito nel circuito "al contrario", il che permette alla diodo di corpo di condurre corrente, che a sua volta permette al gate di ricevere corrente pienamente, attivando il FET. Per proteggere il diodo di corpo, ho anche aggiunto un diodo esterno, D5, per fornire la stessa funzione da un dispositivo più tollerante.

Sul lato positivo, c'è un portafusibile mini per lame automobilistiche, M1, seguito da due diodi TVS. I diodi TVS potrebbero non essere in grado di gestire un grande picco di tensione, tuttavia condurranno abbastanza corrente per bruciare un fusibile e quindi proteggere il circuito. Dopo questa protezione di base all'ingresso, c'è un diodo per ulteriore protezione da polarità inversa, un altro diodo per proteggere dal ritorno di tensione e un filtro EMI condotto di base. Il regolatore di tensione di ingresso dichiara la conformità alla classe B di CISPR22 nel suo datasheet e raccomanda l'implementazione del filtro nello schema per la conformità alla classe 5 di CISPR25. Poiché questo dispositivo potrebbe essere utilizzato in un ambiente automobilistico, vale la pena puntare alla classe 5 di CISPR25 per la conformità alle emissioni condotte.

Rispetto ai regolatori del progetto precedente, il regolatore di ingresso per questo design è molto semplice. Tutto ciò che è richiesto è impostare la frequenza utilizzando una resistenza dai suggerimenti in una tabella nel datasheet e calcolare la resistenza di feedback. La resistenza di feedback è semplicemente una resistenza in parallelo al divisore di tensione di feedback sul modulo. I condensatori di ingresso e di uscita hanno una capacità maggiore rispetto al minimo suggerito dal datasheet, ho scelto il valore più grande possibile per la dimensione del condensatore ceramico 1210 (imperiale) e l'intervallo di tensione di ingresso.

Gestione della Batteria

Il design della carica della batteria è molto semplice, la corrente è impostata al massimo (1 A) che il chip può gestire. Puoi leggere di più sul design della carica della batteria nel mio progetto di Alimentazione Ininterrotta a 12 V.

Il monitoraggio delle celle della batteria sembra molto più complicato di quanto non sia in realtà.

Il monitor della batteria è essenzialmente solo un sensore di corrente che tiene conto di tutta la corrente che fluisce attraverso la batteria. La resistenza di rilevamento della corrente (R16) ha una rete di filtraggio di base, ma per il resto si collega direttamente al BQ27542DRZ, che calcola la corrente totale utilizzata che è poi accessibile tramite I2C.

La funzionalità UPS su questo modulo LTE/GNSS è fornita dal LTC4414EMS e un MOSFET a canale P. Come ho detto prima, non entrerò troppo in questo, poiché abbiamo costruito un intero progetto attorno a questo in precedenza. È importante notare qui che il regolatore da 8 V per la batteria è sempre in funzione, se l'alimentazione viene interrotta quando il modem cellulare trasmette a piena potenza, non c'è abbastanza capacità a bordo per fornirgli energia mentre un regolatore impiega diversi millisecondi per avviarsi.

Batteria a Tensione Intermedia

C'è solo un regolatore di tensione personalizzato in questo progetto. Come ho menzionato in precedenza, non sono riuscito a trovare un modulo regolatore boost sufficientemente piccolo e potente. Questo TI TPS61089 è il convertitore boost più piccolo che sono riuscito a progettare per le esigenze di corrente del modulo cellulare.

Ho una capacità di ingresso minima in questo design, perché le batterie al litio hanno una resistenza sufficientemente bassa che mi fa sentire di poter spingere un po' oltre i limiti rispetto a quanto farei con una fonte di alimentazione che non è in grado di rispondere a grandi richieste di corrente così rapidamente. Allo stesso modo, non c'è una grande quantità di capacità di uscita, poiché solo le necessità immediate di questo regolatore devono essere prese in considerazione, c'è sufficiente capacità di massa altrove nel circuito.

Sto facendo funzionare il regolatore a 2Mhz, il che danneggia un po' l'efficienza del design, abbassandola a circa il 86% sotto un carico di 2A, tuttavia, riduce così tanto l'ingombro che vale la pena il compromesso per la durata della batteria. Ci sono cose che posso fare nel software non utilizzando la radio frequentemente per compensare la perdita di potenza, ma con il software non posso rendere la scheda più piccola. Con un design efficiente al 90%+, utilizzerei più di quattro volte lo spazio sulla scheda.

Molti Regolatori

Il dispositivo più esigente in termini di energia, il modem cellulare, richiede fino a 2A a 3.8V. I moduli di alimentazione flessibili PMU2818 sono piuttosto facili da implementare; la maggior parte dei valori nel mio schema (a parte il divisore di feedback) proviene dalle numerose tabelle nel datasheet, che suggeriscono valori per un'ampia gamma di tensioni e condizioni.

La capacità di uscita è limitata a ciò che dovrebbe essere posizionato immediatamente accanto al modulo, poiché la capacità di massa per il modem cellulare si trova sul foglio dello schema del modem. La maggior parte dei circuiti integrati logici sulla scheda sono a 3.3V, tuttavia, hanno richieste di corrente piuttosto modeste. Il LMZ21701 è facile da usare quanto un regolatore lineare regolabile, e serve solo un condensatore di avvio lento opzionale per selezionare il tempo di avviamento.

Infine, si utilizza un semplice LDO a uscita fissa per fornire alimentazione a 5 V. Il trasmettitore CAN che alimenta ha una richiesta di corrente sufficientemente bassa tale che il regolatore lineare avrà un impatto trascurabile sulla durata della batteria.

Microcontrollore Silicon Labs EFM32

Una delle cose belle della serie EFM32 è che sono davvero facili da configurare, almeno dal punto di vista dello schema, se non si ha intenzione di fare nulla di troppo complicato con essi. Per quanto riguarda i componenti di supporto esterni, tutto ciò di cui hai davvero bisogno sono alcuni condensatori di disaccoppiamento. Non ho bisogno dell'oscillatore esterno a bassa frequenza poiché non utilizzerò nessuna funzionalità che lo richiede.

Dopo aver alimentato il microcontrollore, è solo questione di collegare tutti i tuoi IO. Speravo di avere abbastanza IO per questo progetto su questo modello/pacchetto, e ha funzionato alla perfezione. Potrei risparmiare alcuni IO se ne avessi bisogno di più combinando i pin di reset per i periferici.

Per questo progetto ho deciso di utilizzare connettori ad arnese da ogni foglio, piuttosto che usare semplicemente le porte. Gli arnesi rendono il foglio di livello superiore molto pulito e mantengono tutto insieme, il che mi ha risparmiato una quantità sorprendente di tempo rispetto all'uso delle porte.

Sto anche considerando la flash SPI come parte della sezione microcontrollore dello schema. Anche la flash SPI è molto facile da collegare, necessitando solo di un condensatore di disaccoppiamento o del bus di comunicazione connesso.

uBlox SARA LTE Module

Una delle cose positive nell'uso di moduli per la maggior parte delle funzioni in questo progetto è che il conteggio dei componenti nella BOM è molto più basso—tutto necessita di molti meno componenti di supporto e di molto meno calcolo dei valori. Il modulo LTE non fa eccezione rispetto alla costruzione di un proprio sistema.

Le principali cose da notare nello schema LTE sono l'antenna e la scheda SIM. Il tracciato dell'antenna dovrebbe essere adattato in impedenza, e dovrebbe anche avere alcuni componenti di accordo. Sto utilizzando i valori suggeriti dal datasheet per accordare l'antenna, tuttavia, un test reale dovrebbe essere eseguito con un analizzatore di reti vettoriale per determinare i valori effettivi richiesti per il tuo circuito stampato.

C'è un diodo TVS a 4 linee per il connettore della scheda SIM. Una scheda SIM è una fonte molto probabile di scarica elettrostatica da parte di qualcuno che inserisce o rimuove una scheda SIM, ed essendo direttamente connessa al modulo RF è un ottimo modo per ottenere una scarica dannosa che potrebbe degradare o distruggere la radio.

Il uBlox SARA utilizza 1.8v per le sue linee IO, quindi sto utilizzando un traduttore di livello logico Texas Instruments TXB0108PW per convertire le tensioni logiche. Li ho usati in progetti passati e ne sono stato molto soddisfatto.

Ho menzionato in precedenza, quando discutevo dell'alimentazione a 3.8V, che la capacità di accumulo era fornita sul modulo LTE stesso, ed eccola qui. Per le richieste di corrente di picco si tratta di una quantità di capacità piuttosto modesta, tuttavia la richiesta di picco dovrebbe essere di breve durata e improbabile da raggiungere nella maggior parte delle circostanze, i condensatori forniti sono sufficienti per garantire un funzionamento corretto.

Ci sono anche molti collegamenti a terra sul SARA... un'enorme quantità di pin di terra. Ho una parte completa del simbolo schematico che è quasi tutta composta da pin di terra!

uBlox NEO M8N GNSS

Il NEO-M8N ha molti periferici di comunicazione, normalmente collegherei solo le linee uart, tuttavia, dato che abbiamo già I2C a bordo ho pensato che sarebbe stato interessante connetterlo solo per fornire più opzioni in futuro. Ho aggiunto perle di ferrite sull'ingresso e sulle linee uart per ridurre la quantità di EMI condotto che può entrare nel modulo.

In un mondo ideale, l'antenna non avrebbe bisogno di componenti di sintonizzazione, tuttavia, è probabile che ne abbia bisogno per una migliore risposta. Senza una scheda prototipo testata su un VNA, non volevo ipotizzare quale potesse essere la disadattanza, poiché non sono riuscito a trovare abbastanza dati sull'antenna e sul modulo per calcolare i valori. Se stai costruendo la tua versione di questo progetto, dovresti considerare la caratterizzazione della scheda, del modulo e dell'antenna per sintonizzare correttamente il percorso RF per ottenere prestazioni ottimali.

Il modulo include già un filtro SAW e un LNA, quindi con l'antenna montata direttamente contro il modulo non c'è bisogno di aggiungere altro. Se stai pianificando di usare un'antenna remota non a bordo, puoi usare il pin VCC_RF per alimentare un'antenna attiva con un filtro e un LNA integrati.

Accelerometro

L'accelerometro che sto utilizzando è uno dei più economici che disponga di interruzioni e gesti. Mi piacciono molto gli accelerometri della serie ST che hanno la capacità di generare interruzioni per eventi e gesti, come un movimento o un doppio tocco. Per questa applicazione, se il dispositivo viene utilizzato esclusivamente per l'antifurto, l'intero dispositivo può essere messo in uno stato di deep sleep con attivi solo l'accelerometro e gli alimentatori. Se l'accelerometro rileva un movimento, può svegliare il microcontrollore che può iniziare a monitorarlo più da vicino.

Potresti esserti chiesto dove fossero le resistenze di pull-up I2C sui precedenti fogli dello schema, eccole qui! L'accelerometro è stato il primo dispositivo I2C per cui ho catturato lo schema e, avendo spazio limitato sul foglio del microcontrollore, ho semplicemente lasciato le resistenze di pull-up dove si trovavano.

Trasmettitore CAN

Infine, abbiamo un trasmettitore CAN che potrebbe essere collegato a un sistema di gestione del motore. Il connettore CAN è un altro punto in cui potrebbero entrare transitori, sia da un tecnico che collega i fili, sia da transitori provenienti dal dispositivo a cui i fili sono collegati durante il funzionamento.

Nella Prossima Parte

Questo è un progetto piuttosto grande, quindi dovrò lasciarlo qui per questo articolo. Nel prossimo articolo procederò con il routing della scheda, e vedremo quanto possiamo ridurne le dimensioni. I due moduli RF rappresentano sicuramente una sfida interessante per una scheda di piccole dimensioni, con un trasmettitore di potenza relativamente alta e un ricevitore estremamente sensibile alla ricerca di segnali provenienti dallo spazio.

Con un totale di 141 componenti, esclusi i fiduciali, questo modulo LTE/GNSS sarà un interessante progetto di routing.

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