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(实战设计)4G太阳能物联网主板

2021-6-1 09:07:05  600 物联网 4G模块 485通信 太阳能 自动气象站
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本帖最后由 linchenfeng 于 2021-6-2 18:38 编辑

4G太阳能物联网主板
物联网运用:农业气象站、农业控制、工业环境监测、智慧小区、智能路灯等远程监测控制
尺寸:90mmX160mm
微信图片_20210519151712.jpg

一、功能概述
◆ 具有最大功率追踪太阳能充电功能
◆ 具有太阳能电池板反接保护与反接提示功能
◆ 具有锂电池反接保护与反接提示功能
◆ 具有输入电压、锂电池电压监测功能
◆ 具有最大功率追踪太阳能充电功能
◆ 4G-GPRS通讯功能
◆ 4GPS/BD定位功能
◆ LORA/2.4G无线通讯通能
◆ 具有6组485通讯接口
◆ 对485外设供电电源开关可控
◆ 具有3路有源数字输出功能
◆ 具有3路干接点数字输入功能(外部输入信号无源)
◆ 具有3路湿接点数字输入功能(外部输入信号有源)
◆ 预留一个SPI/I2C端口,电源可控
◆ 板载外挂存储器EEPROM
◆ 板载实时时钟功能
◆ 一个TTL转USB通讯接口
◆ 具有蜂鸣器提示功能
◆联系群:Mike_City :806189293


二、电路概述


1. 太阳能充电电路,核心采用CN系列太阳能充电管理芯片构成,配合mos管LED构成保护电路。在无电池接入情况下,电路切换为稳压电路。
本系统默认设计为12V/3A系统。
参考原理,可修改充电电流、充电电压、最大功率追踪电压。
P1为太阳能电池板或者DC电压输入接口,P2为锂电池接口或者不连接。
太阳能电池板或者DC电压输入反接时LED1亮否则灭,充电时LED2亮,锂电池反接时LED3亮否则灭。
本单元的Charge_Stat信号与单片机连接,充电时输入高电平否则为低电平,连接到单片机;
本单元的ADCEN信号为电池电压采样的使能信号,均连接到单片机。 当ADCEN为高电平时,电池电压经过分压电阻分压(PWRADC)后送入单片机采样。
采样结束后,单片机输出ADCEN信号为低电平关断对电池电压的分压。
本单元的VSOLADC信号为经过电阻分压的太阳能电池板电压或者DC输入电压信号,连接到单片机进行采样。

2. 4G-GPRS单元与4GPS/BD定位单元MD1接口,采用银尔达N58模组,采用标准7P,2.54mm排线与模组连接。
本单元的模组采用串口通讯,N58_TXD、N58_TXD连接到单片机的3串口第二位号,N58_RST为模组的复位信号,复位引脚是高电平复位,拉高 1 秒模组复位。
可选配该模组是否支持BD/GPS定位,并且本系统设计接口同时支持银尔达2G模组。

3. LORA/2.4G无线通讯单元,采用ebyte系列无线模组,本系统接口支持E32-400T22D(LORA)/E34(2G4H20D)(2.4G)。可根据实际情况选择LORA模组或者2.4G模组。本单元的无线通讯模组采用串口通讯,E_TXD、E_RXD连接到单片机的2串口第一位号,E_M0、E_M1为模组工作模式配置端口,EAUX为模组输出信号,可不使用。

4. 板载硬件5V电源单元,该单元采用MP系列芯片构成,用于对GPRS、定位、无线通讯供电。受控于PWR_EN,当MCU控制PWR_EN输出高电平时,5V稳压单元使能否则失能。对应LED7亮否则灭。

5. 485总线单元采用SP485E构成,配合外部滤波器电路、TVS、防雷管构成可靠的通讯电路,接口支持可控的电源输出。本单元使用MCU的4串口第一位号,485RX、485TX。485MD为485收发模式切换,高电平发送数据,低电平接受数据。
P5、P6、P7为485总线接口,端口定义为VOUT、485A、485B、GND,VOUT为开关可控电源输出,受控于VOUTEN。

6. 所有总线通讯端口的VOUT电源输出受控于VOUTEN,当MCU控制VOUTEN输出高电平时,VOUT输出电压否则无输出,对应LED6亮否则灭。VOUT电压等于电池电压。本单元采用PMOS与NPN三极管构成。

7 有源数字输出电源采用pc817隔离构成,输出信号的电压等于电池电压。本单元三个接口P8、P9、P10分别定义为BAT、DO(输出)、GND.BAT直接输出电池电压。MCU_DO连接单片机端口,输出高电平时DO输出低电平,MCU_DO输出低电平时,DO悬空。

8. 干接点数字输入电路采用PC817光耦隔离构成,外部输入信号无源。(无需外部电压的支持)本单元三个接口P13、P14、P15分别定义为DIN(输入)、GND。MCU_DIN连接单片机端口,当DIN与GND短接时,MCU_DIN为低电平否则为高电平。

9. 湿接点数字输入电路采用PC817光耦隔离构成,外部输入信号有源。(需要外部电压的支持)本单元三个接口P16、P17、P18分别定义为DIN(输入)、VIN+。MCU_DIN连接单片机端口,当VIN+输入高电压,DIN输入低电压时,MCU_DIN为低电平否则为高电平。

10. SPI/I2C接口电路,MCU硬件复用功能,预留特殊运用。该接口同时具有开关可控的电源输出USEV,USEV受控于USE_EN,当MCU控制USE_EN输出高电平,USEV输出电压否无输出。该稳压可控稳压电路由ME6119系列芯片构成。
J2定义为GND、USEV(5V)、SS(PWM)、MOSI(PWM)、MISO(SDA)、SCLK(SCL)。各个IO口均可作为普通IO口使用。

11. 储器EEPROM采用AT24C32AN,采用I2C与MCU连接。


12. 时钟电路采用PCF8563,采用I2C与MCU连接,与AT24C32AN共用。


13. TTL转USB电路采用CH340N构成,用于PC数据通讯或者程序烧写。

14. 复位电路/烧写启动电路采用2sb1204构成,系统供电后LED4常亮。当按键KEY1按下LED5灭,系统断电,放开LED5亮重新供电。可用于复位与程序烧写启动。

15. 蜂鸣器电路采用有源蜂鸣器配合NPN三极管构成,Alarm_EN为单片机端口,当输出高电平时蜂鸣器发声否则无声。

16. LED8为系统运行指示灯,LED连接MCU,高电平灭,低电平亮。

17. MCU选择国产芯片STC16F40K128_LQFP64,20MHZ--40MHZ 内部高精度IRC时钟,具有CAN驱动器与LIN驱动器,具有32位乘除单元MDU32与单精度浮点运算器。


三、使用说明
1. P1接口连接太阳能电池板时,可选择电压为18V,功率为20W--60W的太阳能电池板。
2. P2接口连接锂电池的时候,选择12.6V电压,最大充电电流支持4A的锂电池。
3. 数字输出端口P8、P9、P10,可用于对执行器输出信号,如水炮、继电器设备、开关外设、或其他等被控执行器设备。
4. 干接点数字输入端口P13、P14、P15,可用于检测外部输入的无源开关信号。
5. 湿接点数字输入端口P16、P17、P18,可用于检测外部输入的有源开关信号。
6.485接口,可用于连接各种总线通讯的控制器、传感器、执行器、LED大屏等。
7. 4G/2G-GPRS用于连接服务器实现远程通讯,GPS/北斗用于定位。
8. LORA/2.4G通讯模组用于与无线设备通讯,如无线传感器、无线控制器、无线执行器等。
9. SPI/I2C/GPIO J2接口用于自定义使用,如连接I2C气压传感器其等
10. USB端口用于PC在现场情景下数据读取。



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