（实战设计）4G太阳能物联网主板

` 本帖最后由 linchenfeng 于 2021-6-2 18:38 编辑

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


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***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光耦隔离构成，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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