?1. 寫在前面

很多人拿到開發(fā)板的第一件事情應(yīng)該是：寫入demo，看看效果。但是我覺得還是應(yīng)該把別人好的設(shè)計(jì)拿過來學(xué)習(xí)，對產(chǎn)品的原理弄清楚了，在進(jìn)行下一步會更加清晰明白，知道如何開發(fā)?，F(xiàn)在開始學(xué)習(xí)GoKit3的硬件電路原理學(xué)習(xí)之旅吧。

GoKit3是什么？

GoKit3是機(jī)智云（GizWits）推出的物聯(lián)網(wǎng)智能硬件開發(fā)套件之一，目的是幫助傳統(tǒng)硬件快速接入互聯(lián)網(wǎng)。完成入網(wǎng)之后，數(shù)據(jù)可以在產(chǎn)品與云端、制造商與用戶之間互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)智能互聯(lián)。

主要特點(diǎn)：

分體式的設(shè)計(jì)方案，即底板(SoC方式應(yīng)去掉)+功能板+模組。

支持MCU和SoC兩種連接方式。

MCU方式支持多種無線WiFi模組并可隨意更換。

支持標(biāo)準(zhǔn)版(STM32底板)和創(chuàng)客版(Arduino底板)。

基于機(jī)智云(GizWits)開發(fā)平臺，高效、易用、安全。

提供完整開源Demo工程和相關(guān)SDK集成指南。

2. GoKit3的硬件組成

GoKit3主控板分兩類，分別是STM32和Arduino uno R3；擴(kuò)展板上有紅外探測器、溫濕度傳感器、RGB三色LED、可調(diào)速微型直流電機(jī)、3個自定義功能按鍵、OLED顯示屏接口、Arduino標(biāo)準(zhǔn)接口、內(nèi)置USB2UART調(diào)試接口、其他預(yù)留接口；支持的MCU方案模組有ESP8266、漢風(fēng)、慶科、宇音天下等模組。

3. GoKit3底板（核心板）功能

核心板是基于STM32F103C8T6單片機(jī)，是一款基于ARM Cortex-M 內(nèi)核STM32系列的32位的微控制器，程序存儲器容量是64KB，封裝為LQFP-48，電壓2V~3.6V，工作溫度為-40°C ~ 85°C。外圍功能有：2個12位的ADC控制器（9個IO口），7通道DMA控制器，3個16位定時器，1個16位PWM高級定時器，2個I2C接口，3個USART接口，2個SPI接口，1個CAN接口，1個USB2.0接口，還有部分GPIO接口。

核心板自帶有USB轉(zhuǎn)串口調(diào)試器，使用的是CP2102芯片，可以很方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和讀寫。硬件原理圖如下：

核心板除了單片機(jī)、USB轉(zhuǎn)串口CP2102、電源指示燈外均是IO引出的接插件。

4. GoKit3的功能板（擴(kuò)展版）

GoKit 3功能擴(kuò)展板兼容多種型號的WiFi模組，用于連接各種外設(shè)傳感器，用于模擬實(shí)際應(yīng)用功能，其擁有豐富的擴(kuò)展接口（如咪頭接口、揚(yáng)聲器接口、語音降噪接口等），并兼容標(biāo)準(zhǔn) Arduino 接口，方便開發(fā)者在其上完成二次開發(fā)。開發(fā)板具有的資源有：

1個紅外探測器，1個RGB LED，1個可編程電機(jī)，1個溫濕度傳感器，3個按鍵，1個揚(yáng)聲器接口，1個語音降噪接口，1個USB轉(zhuǎn)UART接口，模組接口，1個OLED接口，預(yù)留接口。

功能板外形如圖：

下面對各個硬件進(jìn)行學(xué)習(xí)：

（1）紅外探測器

紅外探測器使用的是一個單光束反射式紅外光電傳感器ST188，該傳感器模塊對環(huán)境光線適應(yīng)能力強(qiáng)，其具有一對紅外線發(fā)射與接收管，發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線，當(dāng)檢測方向遇到障礙物（反射面）時，紅外線反射回來被接收管接收，經(jīng)過比較器電路處理之后，紅色指示燈會亮起，同時信號輸出接口輸出數(shù)字信號（一個低電平信號），可通過電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測距離，有效距離范圍2～80cm，工作電壓為3.3V-5V。該傳感器的探測距離可以通過電位器調(diào)節(jié)、具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點(diǎn)。比較器采用LM393，工作穩(wěn)定。原理圖如下：

（2）RGB LED

RGB三色LED指示燈通過P9813驅(qū)動，可以實(shí)現(xiàn)對LED的全色彩控制。

P9813 是一款全彩點(diǎn)光源 LED 驅(qū)勱芯片，采用 CMOS 工藝，提供三路恒流驅(qū)勱及256級灰度調(diào)制輸出。采用雙線傳輸方式(DATA不CLK)，內(nèi)建再生，可提升傳輸距離。用于驅(qū)動顯示燈光發(fā)換、各式字符發(fā)換、彩色動漫圖案。

該芯片的特點(diǎn)：

IC 輸入電壓 5V～6.5V；內(nèi)置LDO，4.5V穩(wěn)壓輸出；

外置單電阻反饋模式，三路驅(qū)勱，每路驅(qū)動電流 0-45mA；

帶有輸入信號校驗(yàn)功能；

內(nèi)置環(huán)振（1.2MHz）支持不間斷 FREE－RUN 調(diào)制輸出，維持畫面靜止功能；

最大串行輸入數(shù)據(jù)時鐘頻率15MHz；

具有信號鎖相再生，1MHz 數(shù)據(jù)傳輸速度下級聯(lián)點(diǎn)光源可達(dá) 1024 個；

LED 驅(qū)動端口耐壓 17V。

原理圖如下：

（3）可編程電機(jī)

功能板上的微型直流電動機(jī)采用L9110進(jìn)行驅(qū)動。

L9110是為控制和驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC之中，使外圍器件成本降低，整機(jī)可靠性提高。該芯片有兩個TTL/CMOS兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個輸出端能直接驅(qū)動電機(jī)的正反向運(yùn)動，它具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道能通過800mA的持續(xù)電流，峰值電流能力可達(dá)1.5A；同時它具有較低的輸出飽和壓降；內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負(fù)載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開關(guān)功率管的使用上安全可靠，產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。

原理圖如下：

?

（4）溫濕度傳感器

溫濕度傳感器使用的是目前市場上最常用的一款DHT11。DHT11是一款有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度傳感器。其精度濕度±5%RH， 溫度±2℃，量程濕度5-95%RH， 溫度-20~+60℃

該傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性不卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包拪一個電阻式感濕元件和一個 NTC測溫元件，并不一個高性能MCU連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個 DHT11 傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá) 20 米以上，產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。

（5）按鍵

功能板上的按鍵共有3個，但是賦予了各種功能：

按鍵原理圖如下：

（6）揚(yáng)聲器接口和咪頭

功能板配置了一個揚(yáng)聲器和2個咪頭，作為語音交互的端口。原理圖如下：

（7）模組接口

該接口是雙模式模組接口，可按需求切換為SOC模式（GoKit 3所使用的模式）或MCU模式。在開發(fā)板上有清晰的標(biāo)識。默認(rèn)情況下MCU模式。在SOC模式下，可以選擇不同廠家的模組進(jìn)行連接測試，本次使用的是樂鑫的ESP8266模組。

（8）云之聲接口

該接口可以連接宇音天下模塊，可以控制功能板上的揚(yáng)聲器和咪頭，很方便。原理圖如下：

（9）Arduino 接口

功能板采用了標(biāo)準(zhǔn)的 Arduino 接口，能使擴(kuò)展板與Arduino之間無縫鏈接，也可以插在任何標(biāo)準(zhǔn)的Arduino 的 MCU 主板中。

（10）預(yù)留接口

預(yù)留接口分別是5V和3.3V電源接口，USART0接口，SWD接口。

（10）電源接口

使用USB供電，輸入電壓5V，電源芯片使用的是SY8009B。該芯片輸出電流最大可達(dá)2A，電壓可調(diào)。封裝位SOT23-6。

（11）GoKit3(S)-ESP8266轉(zhuǎn)接板原理圖

該模組使用的是樂鑫ESP8266 擁有高性能無線SOC，其功能特點(diǎn)為：

802.11 b/g/n

WIFI @2.4 GHz， 支持 WPA/WPA2 安全模式

超小尺寸模組 11.5mm*11.5mm

內(nèi)置 10 bit 高精度 ADC

內(nèi)置 TCP/IP 協(xié)議棧

內(nèi)置 TR 開關(guān)、 balun、 LNA、功率放大器和匹配網(wǎng)絡(luò)

內(nèi)置 PLL、穩(wěn)壓器和電源管理組件

802.11b 模式下+ 19.5dBm 的輸出功率

支持天線分集

斷電泄露電流小于10uA

內(nèi)置低功率 32 位 CPU：可以兼作應(yīng)用處理器

SDIO 2.0、 SPI、 UART

STBC、 1x1 MIMO、 2x1 MIMO

A-MPDU 、 A-MSDU 的聚合和 0.4 s的保護(hù)間隔

2ms之內(nèi)喚醒、連接并傳遞數(shù)據(jù)包

待機(jī)狀態(tài)消耗功率小于1.0mW (DTIM3)

工作溫度范圍 -40 ~ 125℃

其中USART0接口是專用的燒寫固件的。