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日志

【KW41设计大赛】初识NXP之KW41Z与FRDM-KW41Z开发套件

已有 74 次阅读2017-7-16 22:20

    计划利用这次大赛的机会,制作一个震动监测仪,这个“创意”来自于工作中的实际需求:
    一种电机驱动的可自主移动的平台(可以理解为一款自主导航小车),平台上的承载物要求不能够有较大的震动。而承载物的震动受多个因素的影响:
    1、平台自身的设计因素比如驱动部分的减震结构等;
    2、运动过程中的影响因素如平台启动和停止时的加速度;
    3、路面的平整度以及行驶速度等等。
    因此为了对设计因素进行评估,需要一个轻巧的震动测试记录设备,可以在相同的运动条件下,调整减震结构以及软件的相关的配置,来优化平台的减震效果。

    本次大赛提供了FRDM-KW41Z开发套件,其基本特性如下:
    FRDM-KW41Z是采用基于ARM® Cortex®-M0+处理器的Kinetis® W系列KW41Z/31Z/21Z (KW41Z)系列支持的开发套件,具有集成的2.4 GHz收发器,支持Bluetooth® Smart/Bluetooth®Low Energy (BLE) v4.2、Generic FSK、IEEE® 802.15.4和Thread协议。
    FRDM-KW41Z套件包含两个Freedom电路板,可用作与主处理器连接的开发板或Shield扩展板。FRDM-KW41Z的规格与Arduino™ R3引脚布局兼容,提供了更多的扩展选项。
    FRDM-KW41Z高灵敏度、优化的2.4 GHz无线电具有PCB F天线(可以绕过它,通过SMA连接进行测试)、多个电源选项、推拉式及电容式触摸按钮、开关、LED和集成传感器。
  • 可配置为与主处理器连接的主电路板或Shield扩展板
  • 支持所有DC-DC配置(降压、升压和旁路)
  • PCB反向F型天线
  • SMA RF接头
  • 获得射频监管认证
  • OTA固件升级的串行闪存
  • 板载恩智浦FXOS8700CQ数字传感器、3D加速度传感器 (±2g/±4g/±8g) + 3D磁力计
  • OpenSDA和JTAG调试
  • 全面的KSDK支持

   当然针对评估套件更为详细的信息可以直接参考NXP官方网站的介绍。
    对于震动的测试设备,我们希望是体积小,重量轻。对于测试测量的精度要求并不高,但是要求测试结果的重复性好,测试数据能够记录和实时传输。
    而这款FRMD-KW41Z正好满足这个需求:采用Cortex M0+ MCU,512KFlash和128 SRAM, BLE Link Layer Hardware,完全可以满足信息采集、处理与传输的需求。集成了FXOS8700CQ 6-Axis传感器,它有 14-bit resolution for acceleration measurements 和 16-bit resolution for magnetic measurements,最高达800Hz的数据输出频率(只使用一种传感器时),完全可以满足震动测试的需求。
另外,板载了PTC,同时可以记录测试时的环境温度。工作中通过BLE和上位机连接,实时查看系统的震动情况和记录震动曲线。由于BLE4.2的带宽显著提高,功耗有效降低,可大幅提高电池寿命。
    系统做了改进后,也可以应用到物流行业,作为特殊物品运输过程中的震动监测记录。
    MCU的框图为:

    在这个设计中,主要用到的外设有:

    LPUART0:低功耗串口,用于调试控制台;这个是通过OPENSDA接入后在电脑中虚拟出串口。对应于KW41Z的UART0


    I2C总线,用于和FXOS8700CQ通讯;


    ADC:用于温度传感器(热敏电阻)信息采集或电池电压检测,在开发套件上,通过J35进行切换(所以温度和电池电压的采集只能二选一,默认为温度传感器);


    LPTMR:低功耗定时器,用于触发定时采集温度等;

    当然还有RF部分,这里用到的是Bluetooth,这个放到后面再说。


    另外需要关注的是板子上用的晶振为32MHz和32.768KHz。


    电源的配置上采用默认的ByPass Mode。


    通过FRDM-KW41Z Freedom Development BoardUser's Guide我们知道,这块板子支持4中不同的供电模式,

    • Through the micro USB type B connector (J6), which provides 5 V to the P5V_USB signal intothe 3V3 LDO (U17)

    • Through the Freedom development board headers, which provide either P3.3V or P5-9V_VIN onheader J3 pin-8 to LDO 3V3 (U17)

    • From an external battery (Coin-cell – CR2032)

    • From an external DC supply in the following ways:— Connect an adapter that can supply 1.8 to 3.6 VDC to J19 pins using the selector J23 pin2-3— Connect an unregulated external supply (of up to 5.5 VDC) to J19 pin 1 and the GND pinto use the on board 3.3 V LDO regulator (using the selector J23 pin 1-2).

    Thesemodes are Bypass, Buck (Manual-Start), Buck (Auto-Start), and Boost.开发套件默认的为ByPass模式。


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