Thunderboard Sense评测——贵族之选,一个真正懂你的超低功耗物联网传感器开发套件
发布时间:2017-08-25
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Thunderboard Sense评测——贵族之选,一个真正懂你的超低功耗物联网传感器开发套件
发布时间:2017-08-25
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在2017贸泽电子智造创新大赛即将开赛之际,爱板网收到了不少赞助商为此次大赛的参赛者提供的开发板,到底多少种,静等爱板网工程师慢慢揭晓。这篇文章先来谈谈其中的一个物联网传感器套件Thunderboard Sense。这个套件个人还是非常喜欢的,由Silicon Labs公司推出的一款精致小巧的物联网传感器套件,整个套件本身也可看作是一个物联网传感器采集应用,通过蓝牙连接手机APP获取传感器数据。当然,真正代表的设计价值远不是这么短短的几句介绍可涵盖的,接下来就带大家体验下这套开发板的魅力!

Thunderboard Sense

首先来看下Thunderboard Sense套件的真容,包装盒精致小巧,正面是Silicon Labs公司的logo,通常中文名我们称作芯科。

包装盒背面是板卡的名字以及PN,另外还有一些声明,无关乎板卡内容,略过。

包装盒内部包括一块用静电袋包裹的Thunderboard Sense板卡,一颗CR2032纽扣电池以及一张上手指导说明。

Thunderboard Sense开发板正面照。

Thunderboard Sense开发板背面照。

看介绍这是一款开箱即可把玩的产品,所以这次爱板网工程师决定先像消费电子产品一样玩起来,然后再去揪其板子的功能特点、参数,开发环境等。

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上电使用

Silicon Labs为Thunderboard Sense开发板提供了手机APP支持,同时针对ios以及Andriod系统。对于国内用户,比较尴尬的是安卓系统的APP需要去google商店下载,这个就有点难办了,至于为什么,大家都懂。相对而言,ios系统的app获取比较容易。(没有ios系统手机的同学怎么办?你要去github上去把官方提供的Andriod源码下载下来,再通过Andriod studio工具编译,源码地址:https://github.com/SiliconLabs/thunderboard-android)

将套件中的纽扣电池安装到Thunderboard Sense板卡就算上电工作了。但如果长时间不做操作的话,板子会进入休眠状态,节省功耗嘛,所以在配置APP的时候如果查找不到Thunderboard Sense的蓝牙信号,可以通过板子上的按键激活下板子。

手机APP中针对板子呈现3个类别的操作,Motion、Environment、I/O。

实际体验发现Motion实质是相当于陀螺仪的操作,在校准后功能的实现是没有任何问题的,重点是到底有多精准,只靠手机APP的动画显示显然无法得知;而Environment是针对板子上各种环境传感器采集参数而言的,从APP界面上来看,至少有温湿度传感器、环境光传感器、紫外线传感器、气压传感器、麦克这些功能;I/O口则是最为简单的控制IO,可以通过APP上的触摸按键控制板卡上的LED以及RGB LED。另外,在APP的右上角有个分享到云端的按钮,它可以为基于云端的分析和商业情报轻松收集和查看大量实时传感器数据。

功能挺齐全的,将板子包装一下,本身就类似一个传感器采集装置应用,如下图所示,则是一些I/O的操控。

有意思的是,当进行RGB LED操作的时候,一开始没问题,后来调节亮度的时候发现,蓝牙一直会丢失。

初次碰到这问题,联想到这个APP有bug,但是后面试了几次,再回头看板子的状态,发现有点想当然了,结论实际是在调节RGB LED亮度的时候,由于电流过大,导致板子的纽扣电池供电不足而重启了,后面换了microUSB接口供电就没问题了。

板子上出厂使用的功能也就这么点,自带的传感器是挺多的,但是真要作为一个产品玩还是差很多,而且,这也不能作为这个板子的重点,那重点是什么?当然,Thunderboard Sense开发板最终的目的以及意义还是用于开发。

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Thunderboard Sense硬件

在开发前,我们有必要先来了解下板载的硬件资源,当真是五脏俱全,板子尽可能的占用了一切可利用的地方布局器件。

点击图片放大可查看大图

有句话可以很形象的来形容板子,除了传感器就是微控制器,就这么小的板子,单论搭载的微控制器就有3颗,涵盖了Silicon Labs的3个产品系列,真是下血本了。

  • EFR32 Mighty Gecko多协议无线SoC

其中板载最核心的一颗芯片则是实现低功耗蓝牙通信的Silicon Labs EFR32 Mighty Gecko多协议无线SoC,这款单芯片的无线SoC产品除了支持BLE外,还能支持ZigBee、Thread和专有协议,而且还是基于ARM Cortex-M4处理器,集成DSP指令集以及FPU单元,最大主频为40MHz,对于一个应用于无线通信的单芯片SoC来说,EFR32 Mighty Gecko代表着性能和功能的强大集合体。

板子上搭载的这颗EFR32 Mighty Gecko具体型号是EFR32MG1P132GG,采用QFN48封装,大小也只有7mm*7mm,但是内部集成的东西可不少,包括了ARM Cortex-M4处理器、电源管理、模拟资源、数字外设、射频收发器等(具体可以查看官方的规格书),所我们看到实质上EFR32 Mighty Gecko构建的低功耗蓝牙电路外围电路很少,对于面向物联网且对空间敏感的应用产品有极其友好的属性,下图则是这颗单芯片无线Soc的硬件系统框图,功能一目了然。

当然,作为一个可以说功能上能上天入地的低功耗无线单芯片SoC,其价格也不低,只怕贵族企业才愿意选择,对比下市面上一些常用的低功耗蓝牙方案,如果单说BLE这功能,EFR32MG1优势不大,但是如果联系到性能以及功耗,优势凸显出来了,这点在后面具体会说,毕竟Thunderboard Sense这种几乎对功耗控制做到这么精细的变态方案也不是常见的。

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  • EFM8SB微控制器

在 EFR32 Mighty Gecko SoC旁边的这颗则为Silicon Labs EFM8 Sleepy Bee微控制器,但它的作用可以说是大材小用,芯科公司将它用于板子的功耗精细控制,一个微控制器仅仅作为传感器的电源以及中断控制,真可谓是壕无人性。

但是,也就只有这种追求极致,偏执的应用方案,才能在低功耗领域分毫必争,这可能就是好产品跟伟大的产品之间的差距。EFM8SB的应用如下图所示,EFM8SB作为一个可以被EFR32读和写的寄存器接口,控制传感器以及RGB LED的电源和中断是通过I2C总线来实现的。

EFM32 Giant Gecko微控制器

板子背面还有一颗Silicon Labs EFM32 Giant Gecko微控制器,具体型号为EFM32GG330F102 MCU,基于ARM Cortex-M3处理器,主频为48MHz,这里主要用于板载的SEGGER J-Link调试器。仔细看下规格书,居然还有1MB Flash的资源,感觉放在这里好浪费啊。

从这几个微控制器我们也能看到Silicon Labs的微控制器都是偏向低主频,倾向那些低功耗应用。所以如果你打算设计低功耗的电子类产品应用,可以考虑下Silicon Labs的产品。

除了这3个不同系列的微控制器,板子上主要的6个传感器分别为:

  • Silicon Labs Si7021相对湿度和温度传感器
  • Silicon Labs Si1133 UV指数和环境光传感器
  • Bosch Sensortec BMP280气压传感器
  • Cambridge CCS811室内空气质量气体传感器
  • InvenSense ICM-20648六轴惯性传感器
  • Knowles SPV1840 MEMS麦克风

另外,开发板还有一个磁感应的传感器的兼容设计,但是并未贴片,可能后续的产品中会加进去。

Thunderboard Sense开发板也引出了其它的IO口,详细的信号定义如下图所示,就不再一一介绍了。

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Thunderboard Sense开发

Thunderboard Sense开发板开发的时候必然要连接到PC端,这里就有一个问题了,在一开始使用的时候,爱板网工程师是直接使用纽扣电池来操作的,那通过MicroUSB线连接PC端是不是要拔下纽扣电池,如果不拿下,直接供电是否会有问题?

Thunderboard Sense供电系统

这就有必要搞清楚板子是如何供电的?

确切来说,Thunderboard Sense有4种供电方式,一个是纽扣电池,一个是2pin的外部供电接口(信号同纽扣电池供电接口,所以这两个接口倒不能同时供电,如下图所示),一个是MicroUSB接口,还有就是板载的Mini Simplicity调试供电接口。

而MicroUSB接口与纽扣电池供电是有一个自动开关切换的,当检测到连接到的是MicroUSB接口供电的时候自动会切换到这路的供电,所以不会对纽扣电池产生影响。还有一点,Mini Simplicity调试供电接口是直接给MCU供3.3V的电压,所以不能与MicroUSB接口供电同时存在,好在,笔者手上也没有Mini Simplicity调试器,故没这种担忧。

搞清楚硬件连接后,就需要选择开发环境了,作为自力更生的Silicon Labs公司,有自己的专门的开发工具Simplicity Studio4。

IDE下载地址:https://www.silabs.com/products/development-tools/software/simplicity-studio

有意思的是,这个IDE工具居然面向了目前3大主流的系统,windows、Mac以及Linux,安装完成打开的界面让人有种熟悉的感觉,从界面上来看是基于开源的Eclipse设计的,对熟悉使用Eclipse IDE的工程师来说非常友好。

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专门的IDE工具有啥好处?对于小白用户,可谓是最贴心的,有专门的步骤指导你如何使用,比如有专门的getting started、文档、兼容工具等,如果非要要啥争议,对于中国的用户来说,全英文的文档说明不够友好,当然,比起同样第一次使用的第三方工具来说,专门的IDE工具还是会更贴近用户。

比如你将Thunderboard Sense开发板连接到PC端,正确安装驱动后(安装Simplicity Studio4的时候会提示驱动的安装,默认安装就行),IDE工具中会自动显示J-LINK正确连接的提示。

对于Thunderboard Sense开发,我们需要另外更新蓝牙的SDK,不过在此之前你需要注册登录。

为什么要登录?

因为不登录不让你下载SDK...(大写的尴尬)

官方提供了很多SDK方便用户开发,笔者就单下载无线MCU这块的内容就将近4GB的空间,要全部都下载的话可想而知。Thunderboard Sense开发板提供了多个例程可供用户测试,例程测试都是OK的,用户能直接拿来使用,也可以根据自己的需要在例程的基础上进行修改实现相应的功能。

编译

调试

下载

在例程安放的路径下,我们可以找到例程的源代码,内有基于IAR开发工具的项目工程,我们也可以通过第三方的IAR开发工具进行开发,这对不想用Simplicity Studio4 IDE工具开发的用户来说有了多种选择。

小结

首先必须要承认,Thunderboard Sense是一个精益求精的物联网开发板,它很好!

一个板子涵盖了Silicon Labs多个产品线系列,有基于ARM Cortex-M4的EFR32无线SoC、有基于ARM Cortex-M3的EFM32微控制器,有基于8051的EFM8超低功耗MCU以及6种不同的传感器,如此多的微控制器集群只为将Thunderboard Sense打造成一款超低功耗、开发便利的物理网传感器套件,为追求精细的功耗控制,在设计上做到了精益求精,通过单独一颗EFM8 MCU作为传感器供电和中断控制,这种不计较成本的不妥协设计,是国内企业很少会采用的方案。

因此,虽然Thunderboard Sense设计方案很好,但是对于国内,对于大多数平民级、追求性价比的设计公司,整个方案的价格就如bug般存在,而且加上Silicon Labs的产品方案在国内本身没有丰富的参考方案,无论从研发、生产,到后续的供应链稳定都是值得探索的,可以说,这是一个贵族+伟大的企业才会走的道路,平民设计公司可以绕道。

最后,还有一个天大的好消息,马上开始的贸泽电子智造创新设计大赛将提供价值36美金的Thunderboard Sense开发套件的申请,你只要有想法,我们就有板子送,敬请期待!

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讨论 (11)

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robe.zhang ·  2017-12-29
mido ·  2017-12-29
第二十九代丐帮帮主 ·  2017-12-29
你获得了特等奖 ·  2017-12-29
dem0 ·  2017-12-28
he129807 ·  2017-12-28
robe.zhang ·  2018-01-07

@he129807:ThunderboardSense使用的EFR32MG1P单片机,板载256KBROM吧,外挂1Mflash。

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llllvvvv ·  2017-12-27
llllvvvv ·  2017-12-27
风之山谷 ·  2017-12-26
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JIANG13528200413 ·  2017-12-26