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嵌入式單片機產品開發設計框架

2021-08-14 08:25:33 軟體設計

老板突然要給你一個新的需求,要你做一款自己不熟悉的產品,第一感覺都是懵的,不知道這個產品的作業原理是什么?用的是什么方案,什么芯片?

我們首先是買個樣品回來研究一下,看別人是怎么做的,然后在別人樣品的基礎上優化升級,做出自己的產品, 比較郁悶的事情就是買回來的樣品,芯片的絲印被打磨了,或者找不到芯片相關的資料,

對于電子工程而言,個人從事的行業不一樣,個人的經歷和經驗也局限于自己做過的產品,隨意再有經驗的工程師,碰到自己沒有做過的產品都是一樣,

設計一款,首先是要確定產品的設計方案,產品的設計方案決定著產品設計的成功與失敗,比較重要,所以我們在產品方案確定的時候,我們會不斷的比較不同的方案,不同的模塊,最終確定自己的產品設計,

今天,我們就以無際單片機編程給學員的第二個專案“WIFI防盜報警網關”為例,給大家比較透徹的決議一下硬體設計的程序,

第一步:根據產品的需求,確定產品設計的方案

先把產品的需求按照功能進行拆解成幾個部分,然后逐個確定方案,

WIFI防盜報警網關的需求我們需要拆解成四個部分:

1.WIFI無線通訊(廣域網)

2.ASK無線通訊(局域網)

3.用戶互動

4.單片機

1.WIFI無線通訊(廣域網)

WIFI無線通訊模塊可以選擇的非常多,其中比較熱的包括上海樂鑫ESP8266、ESP32,有人科技的USR-C210、USR-216、WIFI232-B2/A2、涂鴉科技的WRG1等,

不同的模塊的比較,各自有各自的優勢,我們最終選擇的是涂鴉科技的WRG1,為什么選擇涂鴉科技的?

ESP8266、ESP32、USR-C210等WIFI 模塊,我們之前在產品設計中也有過應用,比較熟悉,但這些模塊需要自己搭云服務器,開發手機端APP,

搭建云平臺服務器,開發手機端APP(安卓和IOS),需要巨大的成本,

而涂鴉科技,只要我們購買它們的模塊,就可以免費使用涂鴉科技的云平臺,并提供的SDK包,支持自行生產手機應用端APP,

不僅幫我們省了成本,還大大縮短產品開發周期,

最終選擇了的WIFI模塊是涂鴉科技的WRG1 這個型號模組,

2.局域網無線通訊(ASK

ASK技術相對非常成熟,我們直接選擇市面上比較成熟的模塊即可,而且成本也不是很高,

3.用戶互動設計

輸入操作:按鍵輸入

輸出部分: LCD顯示、蜂鳴器、喇叭報警聲輸出,

按鍵操作:向上、向下、向左、向右、確定、取消 6個按鍵操作

LCD 顯示: 我們選擇的128×64 OLED 液晶屏顯示,

蜂鳴器和喇叭輸出比較常規,我們就在這里不講了

4.單片機選型

單片機型號: STM32F103.

我們開發的WIFI報警主機最主要是為了讓大家通過這個專案學習掌握STM32單片機的開發,所以一定要選擇出貨量比較大的通用型的信號,在這里就不多談了,

2步:確定供電方式和電源電路設計

很多兄弟可能覺得電源設計比較簡單,這是一個比較危險的想法,因為電源是產品最重要的環節之一,很多硬體出問題,都是因為電源設計不合理導致的,

電源設計注意事項:

  • 供電滿足所有芯片的供電電壓,比較典型的包括:1.8V 3.0V 3V 5V
  • 供電電流高過系統最大電流的50%以上
  • 注重電源紋波的處理,一邊要求紋波小于100mV

報警主機的系統作業電壓:

WIFI報警主機系統的所有模塊,包括WIFI模塊,蜂鳴器、ASK無線接收,喇叭、單片機等都支持3.3V 供電,所以選擇3.3V供電,

外部輸入的電壓通常有5V、9V、12V、24V、220V等,不能直接滿足系統的供電要求,需要增加電源轉換電路,

WIFI報警主機是通過USB 5V供電,我們需要增加5V轉3.3V的電路,我們選擇的電源芯片是XL1513E,可以滿足5V轉換3.3V的要求.

供電電流:

根據各自模塊的作業電流確定,系統的正常的作業電流大概在25-40mA 之間,報警電流100mA 左右,XL1513E的供電電流支持2A. 遠遠的超過電路需求,可以滿足產品設計,

系統紋波處理:

  • 芯片的VCC輸入腳,需要增加1-4個100nF的貼片電容
  • 射頻,4G,NB等作業峰值電流比較大的電路需要增加多個電解電容和貼片電容,減少紋波對模塊作業的干擾,

3步:測驗驗證設計方案的可行性

通過以上的兩步,確定了電路設計的整體框架,接下來就需要測驗驗證設計的合理性,并要確定設計的可行性,

對于自己比較熟悉的,有豐富的經驗,直接使用就OK,

自己之前沒有使用過的芯片或模塊,我們需要提前測驗,簡單的驗證一下方案的可行性,

喇叭,蜂鳴器,按鍵,ASK等我們比較熟悉,我們著重測驗了涂鴉科技的WRG1模塊,確定模塊的可行性,

通過1-2周的開發測驗驗證,確定涂鴉科技的WIFI模塊可以滿足我們的需求,

最后: 確定產品的硬體設計方案,開始進一步設計原理圖,繪制PCB、焊接樣品,測驗除錯,

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