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  • 嵌入式产品实例分析

    千次阅读 多人点赞 2021-03-15 10:21:32
    实例一:智能台灯 该台灯首发价格为399元,月销上万,可以说是一款月流水千万级的产品。相较于传统台灯,主要增加了亮度、色温调节和手机控制,身价也涨了几倍,该智能台灯如图 2.1.1 所示,功能如下: 可以根据...

    实例一:智能台灯

    该台灯首发价格为399元,月销上万,可以说是一款月流水千万级的产品。相较于传统台灯,主要增加了亮度、色温调节和手机控制,身价也涨了几倍,该智能台灯如图 2.1.1 所示,功能如下:

    1. 可以根据外部光照情况,自动调整台灯亮度、色温;
    2. 可以手动调节台灯亮度、色温;
    3. 一键切换到读写场景模式和阅屏场景模式;
    4. 支持番茄时钟,每隔25分钟,灯光提醒用户休息;
    5. 支持手机连接,通过手机或手机语音控制;
      在这里插入图片描述
      该智能台灯的底座为控制面板,拆解该底座即可看到内部电路结构,如图 2.1.2 所示。可以看到里面主要有两个芯片,根据芯片上面的丝印标识可知,一个是RTL8710B,一个是SN8F5828FC。
      在这里插入图片描述

    从互联网搜索“RTL8710B”可知,该模块是一个高集成度低功耗Wi-Fi连接解决方案,里面是一颗瑞昱(Realtek)生产的ARM-Cortex M3架构的32位MCU——RTL8710B。该模块封装好了Wi-Fi协议,用户只需要通过SPI/SDI、I2C或UART与模块连接,即可控制Wi-Fi收发数据。

    从互联网搜索“SN8F5828”可知,该芯片是松翰(Sonix)生产的一款8051架构的8位MCU,通过下载该MCU的芯片手册可知,该MCU有多达14个PWM通道,可用于控制LED灯的亮度,另外还有UART和I2C,可用于与其它模块通信。

    根据以上分析,大致猜测该智能台灯的整体设计框图如图 2.1.3 所示。
    在这里插入图片描述
    光照传感器会随着外界光照情况变化自身阻值,主控MCU通过ADC获取电压变化,即可得知外部光照变化,控制PWM输出修改占空比,调整亮度和色温;触摸按键按下后,会让主控MCU的GPIO引脚电平产生变化,MCU程序读取GPIO电平获知按键操作,进而控制PWM输出修改占空比,调整亮度和色温;主控MCU先控制Wi-Fi模块连接到互联网,与云端连接,手机APP的按键操作或语音输入转换成对应控制指令发送给云端,云端将指令发送给Wi-Fi模块,再通过UART接口发送给主控MCU,主控MCU解析指令后,控制PWM输出修改占空比,调整亮度和色温;用户通过按键设置为番茄时钟模式,主控MCU则利用自身定时器计算时间,当为25分钟时,控制PWM输出修改占空比,调整亮度和色温。

    实例二:智能手环

    该手环首发价格为299元,作为近几年的热门智能产品,销量可观。如今智能手环主打健康检测,功能全面,因此需要的传感器也越来越多。加上功耗和尺寸的限制,手环的主板集成度越来越高,足以媲美手机内部。该智能手环和内部结构如图 2.1.4 所示,主要功能如下:

    1. 彩色IPS触摸屏,显示时间、健康信息、设置闹钟;
    2. 闹钟、消息震动提醒;
    3. 记录跑步数据;
    4. 测量当前心率;
    5. NFC刷公交、地铁;
    6. 蓝牙连接手机,进行系统升级或接收手机消息;

    在这里插入图片描述
    可以看到该智能手环内部芯片非常多,根据上面的丝印可知芯片型号,再搜索对应型号可知每个芯片的
    作用,这里整理如下。

    • STM32L496VG:STMicroelectronics公司产品,ARM Cortex-M4架构的32位MCU,主频可达80
      MHz,这里作为整个系统的主控;
    • PN80T:NXP和Garmin联合出品,一款面向可穿戴设备的安全便捷的NFC移动支付芯片,接口为SPI或I2C;
    • DA14580:Dialog公司产品,一款ARM Cortex-M0架构的32位低功耗的蓝牙芯片,接口为UART、 SPI或I2C;
    • MAX14745K:Maxim公司产品,一款面向低功耗的可穿戴设备的电池充电管理解决方案芯片,接口为I2C;
    • AFE4410:TI公司产品,一款用于心率检测的芯片,接口为SPI或I2C;
    • IQS620:Azoteq公司产品,一款用于接近感应芯片,可检测手环是否佩戴上,接口为I2C;
    • LIS3DH:STMicroelectronics公司产品,一款超低功耗的高性能三轴线性加速度计,可检测当前手
      环的运动状态,接口为SPI或I2C;
    • GD25LQ64CWIG:GigaDevice司产品,一款64M的SPI接口Flash,可用于存储手环的主题数据包、
      图片数据等;

    根据以上分析,大致猜测该智能手环的整体设计框图如图 2.1.5 所示。
    在这里插入图片描述
    前面智能台灯,整体框架比较简单,一般MCU运行裸机即可完成任务。智能手环整体框架就比较复杂了,一般都运行有操作系统RTOS。主控STM32L496VG接收来自蓝牙、NFC、三轴加速度计、接近感应传感器、心率传感器和屏幕触摸的数据,通过特地算法整合后,在OLED图形化的展示给用户,与用户之间进行交互。

    实例三:电视盒子

    如今家庭电视也朝智能发展,传统电视加上电视盒子,摇身一变为智能电视。目前市面上的电视盒子种
    类繁多,但其基本功能还是一致的,基本功能如下:

    1. 高性能的处理器、大存储空间,安装应用程序,播放高清视频;
    2. 支持有线或无线连接网络,实现在线播放;
    3. 支持HDMI或AV输出音视频;
    4. 支持USB接口;
    5. 支持红外遥控;
      这里拆解某电视盒子,如图 2.1.6 所示内部结构,主要的芯片有四个,整理如下。
    • Hi3798:华为公司产品,ARM Cortex-A53架构的64位4核MPU,主频高达2.0GHz,高性能多核GPU Mali T720,拥有强大的视频、音频编解码,拥有一个HDMI 2.0接口、两个千兆网口接口、一个USB2.0接口、两个USB 3.0接口,一个IR红外接收接口、两个SDIO 3.0接口、多个I2C接口等,图中被散热器挡住;
    • D2516ECMDXGJD:Kingston公司产品,为嵌入式设计的低功耗DRAM,单个256MB,这里有两颗,
      总计512MB;
    • SDINBDG4-8G:Sandisk公司产品,高可靠耐用的eMMC闪存芯片,容量为8GB;
    • RTL8822BS:Realtek产品,支持2.4G/5G的双频WiFi&Bluetooth模块,接口为SDIO,图中被屏蔽罩
      挡住;
      在这里插入图片描述
      根据内部结构,猜测该电视盒子的整体设计框图如图 2.1.7 所示。
      在这里插入图片描述
      电视盒子的整体框图比较简单,但其难度不低,一般运行Linux/Android系统,无论是软件复杂度还是硬件复杂度,都比一般的MCU项目复杂。MPU性能强大,接口繁多,像有线网口、HDMI接口、AV接口、USB接口都直接支持,这些接口MCU一般都没有。除此之外,MPU项目都外接RAM和Flash,根据项目需求选择合适大小,大小也远超MCU项目。

    【总结】
    以上三个嵌入式产品实例,代表了嵌入式的三个方向。第一个是无操作系统的MCU项目,第二个是运行RTOS的MCU项目,第三个是运行Linux/Android的MPU项目,本手册主要涉及MCU,也就是前两个项目。读者理解了它们的共性,也就理解了什么是嵌入式系统。

    1. 以应用为中心,以计算机技术为基础,软件/硬件可裁剪,实现应用需要的功能;
    2. 对功能、可靠性、成本、体积、功耗有一定的要求;
    3. 实现对其它设备进行控制、监视或管理的功能;
    4. 简单的说,除了通用计算机(读者使用的电脑)和部分服务器外的一切计算机系统,都是嵌入式系统;

    嵌入式Linux视频:https://www.100ask.net/index
    单片机视频:https://www.100ask.net/page/1707053
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    其实应用到嵌入式技术的产品已经渗透到我们生活的方方面面。从人们的生活到工业化生产,从银行、医疗到航空航天领域,嵌入式系统无处不在,图1为嵌入式应用领域。嵌入,深深地固定,镶入的意思。而嵌入式系统,...

    谈到嵌入式技术,可能除计算机方面相关专业人士外很少有人能够涉足了解。其实应用到嵌入式技术的产品已经渗透到我们生活的方方面面。从人们的生活到工业化生产,从银行、医疗到航空航天领域,嵌入式系统无处不在,图1为嵌入式应用领域。

    嵌入,深深地固定,镶入的意思。而嵌入式系统,顾名思义就是一个嵌入在其他系统中的系统。IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers,美国电气和电子工程师协会)对嵌入式系统的定义:“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。国内普遍认同的嵌入式系统定义为:以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。

    个人跟喜欢这样的定义,除了个人电脑(PC)、工作站、大型超大型计算机,其他都可以归为嵌入式,电视,手机,路由器,柜员机(ATM),汽车导航,行车记录仪,打印机,MP3播放器、摇控器等,都是嵌入式范畴。

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    图1:嵌入式应用领域

    交通管理方面的应用有汽车导航,智能路灯,高清摄像头等;能源方面的应用有智能能电表,远程抄表系统,高压线路监测的无人机等;物流方面的应用有送货的无人机,仓库的运输机器人等;医疗健康方面的应用有电子血压计,电子温度计,电子秤等;嵌入式系统在家居应用实例有冰箱、空调、洗衣机、台灯、计算器、路由器、智能家居系统等。

    在网上有很多人提问“嵌入式和单片机(一种微型计算机)有什么区别”,有人说单片机与嵌入式不一样,不属于嵌入式,有人说单片机属于嵌入式。因为嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、特定的应用程序组成,而单片机系统没有操作系统只有应用程序,所以单片机不属于嵌入式。在这里不纠结这个问题,我们可以这样理解,嵌入式系统是一个大类,单片机是其中一个重要的子类。下面说简单的图文说明一下嵌入式系统在家居应用实例

    1.单片机应用实例-感应灯

    如图2所示,一个普通的感应灯,人来即亮,人走即灭。在我们嵌入式开发人员眼里,感应灯主要由“单片机+人体感应模块+LED灯”组成而已,如图3所示,加一个外壳,基本是一个感应灯的小demo。

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    图2:感应灯(图片来源于网络如有侵权请私信删除)

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    图3:单片机+人体感应模块+LED灯(图片来源于网络如有侵权请私信删除)

    2.单片机应用实例-触控台灯

    如图4所示,一个普通的触控台灯,通过触控键控制灯的亮与灭。在我们嵌入式开发人员眼里,触控台灯主要由“单片机+按键触控模块+LED灯”组成而已,如图5所示,加一个外壳,基本是一个触控台灯的小demo。

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    图4:触控台灯( 图片来源于网络如有侵权请私信删除 )

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    图5:单片机+按键触控模块+LED灯(图片来源于网络如有侵权请私信删除)

    3.单片机应用实例-计算器

    如图6所示,一个普通的计算器。在我们嵌入式开发人员眼里,计算器主要由“单片机+按键+LCD显示屏”组成而已,如图7所示,加一个外壳,基本是一个触控台灯的小demo。

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    图6:计算器( 图片来源于网络如有侵权请私信删除 )

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    图7:单片机+按键+LCD显示屏( 图片来源于网络如有侵权请私信删除 )

    4.嵌入式系统-路由器

    如图8所示,一个普通的路由器。与前面三个例子不一样,路由器上面是有操作系统的,操作系统上面运行着应用程序,也就是说,由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、特定的应用程序组成。路由器电路板正面,如图9所示。

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    图8: 路由器

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    图9: 路由器电路板正面

    由于时间关系,列举了部分的嵌入式的应用实例,其实还有很多没有说明, 这篇文章会不断的修改与增加内容,希望对想了解或学习嵌入式的人有帮助。

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