定制WisBlock传感器板

Figure 1: 顶部与连接器视图

 

尽管RAKwireless提供了广泛的WisBlock传感器模块的选择，但可能仍然没有找到需要的模块。以下教程详细示例了如何制作WisBlock传感器RTC(实时时钟)模块。

 

#阅读以下内容

• WisBlock产品中使用的板对板连接器可以从RAKwireless 淘宝商店购买。连接器有两个供应商：松下(Panasonic)和特思嘉(TXGA)。Base板 (RAK5005-O)上的是母/插座型，模块上是公/插头型。
  • Panasonic 连接器数据手册
  • TXGA 连接器母型数据手册
  • TXGA 连接器公型数据手册
• 零件库中提供了除Eagle以外的用于其他PCB设计工具的原理图和PCB零件库。
• 请仔细阅读RAK5005-O WisBlock Base的数据手册，了解连接到4个传感器插槽的信号。
• 请仔细阅读现有的WisBlock传感器模块的数据手册，以了解信号的用途。例如RAK1906 环境传感器。

 

#模板示例

为了简化任务，我们为Autodesk Eagle™准备了一个完整的示例项目，可在此处下载。该项目拥有启动定制WisBlock传感器模块所需的一切。 包含用在WisBlock传感器模块上的板对板连接器和预定义的PCB模型，将原始的WisBlock传感器模块与小孔相匹配，以便将模块固定在WisBlock Base上。

 

#模板原理图

模板原理图非常简单，仅包含连接器和引脚分配的解释。如下图所示，连接器的所有24个引脚都被分配给信号，连接器引脚的分配方式可以在必要时将传感器模块旋转180度。

Figure 2: 示例原理图

 

#关于引脚分配的重要信息

以下事项需要了解：

• VDD是MCU的GPIO电压，对于RAK4631此值为3.3V。 只要WisBlock是通过电池或者USB供电，就可使用。
• 3V3_S是一个3.3 V电源，可由WisBlock Core模块控制。
  当传感器模块只消耗几uA的电流，可以选择VDD为该传感器的电子部件供电。当模块消耗电流较大时，则强烈建议使用3V3_S作为电源电压。这样，就可以通过软件优化WisBlock应用程序的功耗。
• SPI_MISO、SPI_MOSI、SPI_CLK、SPI_CS是用于SPI的接口。建议不要在WisBlock传感器模块上使用SPI，而应使用I2C。因为SPI_CS信号在所有传感器插槽上都是相同的。在WisBlock Base的传感器扩展槽上只能使用一个SPI模块。一个变通的办法是使用传感器插槽上的一个GPIO作为SPI芯片选择信号。
• RXD1和TXD1仅在WisBlock Base的A槽上可用。当传感器模块需要串行通信时，请确保它只在插槽A中使用。另外，当使用串行信号时，如果不改变软件应用，模块不能插入旋转。
• 根据传感器模块插入的传感器插槽，连接器的引脚10、12、13和15被连接到不同GPIO的(IO1、IO2、IO3、IO4、IO5和IO6)。如果需要将这4个引脚中的任何一个用于IRQ或控制信号，则必须在应用软件中分配正确的GPIO。

 

更多详情请参考下表：

插槽 D	插槽 C	插槽 B	插槽 A	引脚	引脚	插槽 A	插槽 B	插槽 C	插槽 D
NC	NC	NC	TXD1	1	2	GND	GND	GND	GND
SPI_CS	SPI_CS	SPI_CS	SPI_CS	3	4	SPI_CLK	SPI_CLK	SPI_CLK	SPI_CLK
SPI_MISO	SPI_MISO	SPI_MISO	SPI_MISO	5	6	SPI_MOSI	SPI_MOSI	SPI_MOSI	SPI_MOSI
I2C1_SCL	I2C1_SCL	I2C1_SCL	I2C1_SCL	7	8	I2C1_SDA	I2C1_SDA	I2C1_SDA	I2C1_SDA
VDD	VDD	VDD	VDD	9	10	IO2	IO1	IO4	IO6
3VD_S	3VD_S	3VD_S	3VD_S	11	12	IO1	IO2	IO3	IO5
IO5	IO3	IO2	IO1	13	14	3V3_S	3V3_S	3V3_S	3V3_S
IO6	IO4	IO1	IO2	15	16	VDD	VDD	VDD	VDD
I2C1_SDA	I2C1_SDA	I2C1_SDA	I2C1_SDA	17	18	I2C1_SCL	I2C1_SCL	I2C1_SCL	I2C1_SCL
SPI_MOSI	SPI_MOSI	SPI_MOSI	SPI_MOSI	19	20	SPI_MISO	SPI_MISO	SPI_MISO	SPI_MISO
SPI_CLK	SPI_CLK	SPI_CLK	SPI_CLK	21	22	SPI_CS	SPI_CS	SPI_CS	SPI_CS
GND	GND	GND	GND	23	24	RXD1	NC	NC	NC

#模板PCB

模板PCB与标准WisBlock传感器模块的尺寸相匹配。请勿移动连接器（底部组件）或者WisBlock Base上固定模块的安装孔。

Figure 3: PCB示例

 

如您所见，Autodesk Eagle™在安装过程中会上报很多DRC尺寸错误。安装孔及其铜印(连接到GND信号)必须机械的位于PCB的边缘。Autodesk Eagle™ 仅允许一条与PCB边缘距离有关的设计规则，因此存在DRC检查错误。

 

#关于PCB设计的重要信息

• 如上所述，请勿把连接器和安装孔移到其他的位置。如果移动它们，自制的WisBlock传感器将无法插入WisBlock Base模块。
• 由于PCB的尺寸(10x10 mm)很小，可能必须更改设计规格，使用4mil连接，铜印与0.2mm通孔直径之间的距离为4mil。这将取决于您的设计是否适用于默认的Autodesk Eagle™设计规则，但很可能，连接到连接器焊盘的电线将无法布线。
• 我们建议在顶层和底层安装一个GND平面。
• 不要在底层放置组件。传感器模块和Base板之间的空间只有1~2 mm。

 

#RTC示例

此示例中，使用的RTC芯片是由 CYMBET 公司制造的EnerChip™ CBC34803-M5C模块。

该芯片结合了实时时钟（RTC）和为低功耗应用优化的日历，并集成了可充电的固态备用电池和所有电源管理功能。

该芯片有一个小的、仅提供5天备份的集成电池。在断电期间，不需要大型纽扣电池或大型超级电容为RTC供电。

 

#RTC示例原理图

下图为WisBlock传感器RTC的原理图：

Figure 4: RTC原理图

 

首先要检查的是，我们删除了板对板连接器的大部分连接：

Figure 5: 调整后的连接器网络

 

只留下所需的网络。如果不移除未使用的网络，稍后在PCB设计中将会遇到麻烦，因为信号会被镜像分配到左右两行的连接器上。仅仅在连接器引脚之间就会有太多不必要的连接。

 

对于RTC芯片，我们只需要电源网、I2C网和2条IRQ线。围绕RTC的设计取自EnerChip™ CBC34803-M5C的数据手册。

 

#RTC示例 PCB

我们可以在一个两层电路板上对整个设计进行布线。连接非常简单，使用Autodesk Eagle™自动布线功能便可完成。只有一个GND连接需要手动添加。
如您所见，我们把推荐的GND平面放在顶部和底部。此外，安装孔周围的开放铜区是可见的。这个铜区与GND信号相连。

 

#RTC顶层

Figure 6: RTC顶层示例

 

#RTC底层

Figure 7: RTC底层示例

 

下载RTC示例PCB的Eagle文件。

 

#总结

如上所述，设计一个定制的WisBlock传感器模块并不困难。只要遵循PCB设计规则就可以。

• 请勿移动模板PCB所给定的板对板连接器位置。
• 请勿移动模板PCB所给定的安装孔位置。
• 为传感器选择合适的电源：
  • 如果电流消耗很低，选择VDD。
  • 如果需要控制WisBlock传感器模块的电源，选择3V3_S。
• 不要在底层放置组件。传感器模块和Base板之间的空间只有1~2 mm。

希望此教程对您有所帮助。如果您已成功设计出WisBlock传感器模块，欢迎在我们的论坛栏目WisBlock中分享相关细节。 感谢您阅读本教程并通过使用我们的WisBlock产品支持RAKwireless。