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稀饭放姜 iRTU 学习日记 (1):认识iRTU开源电路

合宙 模组资料网 5个月前 (05-15) 91次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

###Openluat Air720D 4G DTU主控板 是由合宙开源社区技术大拿“稀饭放姜”设计,上海合宙物联网公司推出的一款移动2G/4G 双模DTU产品,纯iRTU血统,电路软件均彻底开源。 前不久有幸收到了一片样板,遂对其开始进行研究。
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从图上看,模块居于电路板的右上方,模块左侧为供电电路,下方从左到右顺次为用于调试的USB插口、UART转RS485 IC、Nano SIM卡座,右下角有一个不太明显的工作状态指示灯,最下面是电源供电和RS485通讯接口。 应该说这是我见过的最精简的DTU主板了,在不损失性能的前提下把器件优化做到了极致,ESD保护器件和电源退耦合又一样都不缺。 正所谓多一分冗余,少一分不足,平衡点选的恰到好处。

下面是DTU主控板的一些基本电气及机械参数(数据来源:DTU-Air720D 硬件用户手册 )

传输方式:

基于RS485通讯协议的双线式数据传输(-15v ~ -3v 代表 1 +3v ~ +15v 代表 0)

串口最高速率为921600bps

工作电压:

9-24VDC(实测输入低至5V也是可以工作的)

外形尺寸:

70x43x15(不包含天线座和插接件)

100x43x20(含天线座和插接件)

重量:

23克(不含接插件)
28克 (含接插件)

下面是根据合宙官方提供的的介绍图纸加以描述而来的功能分解图

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电路的主料为合宙出品的Air720D 2G/4G移动双模数据通讯模组,下面是基本常用的参数:

尺寸:32mmX29mmX2.4mm
供电电压:3.3V-4.2V,推荐3.8V, 突发模式下最大电流为1.8A,待机电流为1.8-5.5mA
通讯接口:USB2.0(从模式),UARTx2(UART1调试串口最高115200bps,UART2主串口最高921600bps),I2Cx1
通讯频段:2G B3/B8, 4G-LTE-FDD B3/B8, 4G-LTE-TDD B34/B38/B39/B40/B41
工作温度:-40°C ~ +85°C

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这是我摘录下来的iRTU,Air720部分原理图,图纸源文件在iRTU群(QQ群号:952343033)提供下载 。iRTU与外部RS485设备通讯采用的是串口1,GPIO67为LED状态信号灯,GPIO54(I2C_SDA)作为复位引脚,板载USB2.0 TypeB接口用于下载和调试固件。 SIM卡座外接4根引脚支持1.8V-3.3V 中国移动IC卡。

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此处有几个点我还没搞明白

1) datatsheet上说明串口1最高仅支持115200bps,但是产品说明书中本产品的最高波特率为921600bps,是否有特殊的优化实现这一点。

2) Reset没有使用硬件的标准RESET_IN引脚而是使用了GPIO54。

3) 控制RS485方向的IO口为GPIO13,这个端口原来是做sim卡存在检测的,应为输入IO,此处用作输出IO。

我将在今后的测试中尝试自己测试,并在社群中寻求“稀饭放姜”老师的帮助把这些点搞清楚。

电源部分采用的合宙官方推荐的久经考验的JW5026 DC-DC降压电路,平均输出电流标称为1A,最大输入电流为1.7A。

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因为开关频率达到了MHz级(1.1MHz),因此布线时需要对RF参数及EMC参数进行全盘考虑,此板Layout由“稀饭放姜”亲自主持设计,性能自然不俗,读者在设计电路的时候可以多加参考,少走弯路。

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Air720D采用的是1.8V IO 电平,为了与SP3485CN转换芯片要求的3.3V电平相匹配,加入了3片74LVC1T45进行电平转换。 该芯片的电平转换范围为1.65V-5.5V,也能满足其他场合的电平转换应用,如1.8转5V,3.3V转5V等。

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“稀饭放姜”在后续的版本中,又将74LV1T45改为了更为精简的N沟道MOS管PNMET20V06E电平转换电路,跟进一步降低了电路成本。凸显了他扎实的电路设计能力和务实的作风。 电路工作原理如下,如果是低电平MOS管导通,将MOS管漏极同步拉低,如果是高电平,MOS管截止,漏极呈现高阻,由外部电源电压上拉到合适的电平

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由于Air720D的IO口输出电压仅为1.8V,驱动能力也比较差,因此指示灯部分如果直接驱动,发光管亮度将非常低,增加一个常见的NPN型三极管2N5551进行电压放大解决了这个问题。 三极管在开关状态下基本上属于饱和状态,使用了1个4.7KOhm的输入电阻,按B-E结压降0.7V计算,Air720 IO驱动输出电流约为230uA。三极管输出限流电阻为470Ohm,红色发光管2V工作电压,E-C结饱和压降0.4V计算,输出电流约为1.9mA亮度适中。
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这款主控板还在USB的D+,D-引脚上对地增加了两枚PESDMC9D5VU保护二极管,在SIM卡的4个引出脚上对地添加了PESDLC553T5VU保护二极管阵列 对裸露IO口进行静电保护处理。 在SP3485CN输出的485_A,485_B引脚上对地和相互间增加了SMF6.0A钳位二极管用于芯片保护,在方方面面都进行了周全的工业设计,完全满足直接量产生产的设计标准。

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只需再配上壳子就是性能优秀的一款DTU产品了。读者可以自行淘宝购买配置。

下一篇,我将尝试对720DTU主控大板进行功能测试。时间所限,本次先写到这里,感谢您的阅读。


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