Arduino Nano 33 BLE Sense

Платформа Arduino Nano 33 BLE Sense — продвинутый контроллер для управления умным домом и проектов интернета вещей (IoT) с поддержкой машинного обучения.

Плата является полным аналогом Nano 33 BLE, но на борту версии Sense добавлена целая группа датчиков.

• 9-осевой инерциальный модуль для отслеживания движения.
• Сенсор температуры и влажности для измерения климатических параметров.
• Барометр для метеонаблюдений.
• Микрофон для записи и анализа звука.
• Оптический датчик приближения и освещенности для управления светом и поддержки жестов.

Начинка

Nano 33 BLE Sense построена на чипе U-blox NINA-B306, который обеспечивает связь Bluetooth v5.0 в диапазоне 2,4 ГГц и поддерживает энергосберегающий протокол Bluetooth Low Energy (BLE).

Беспроводной модуль включает в себя 32-битный микроконтроллер Nordic nRF52840 на архитектуре ARM Cortex-M4 с тактовой частотой 64 МГц, 1 МБ флеш-памяти и 256 КБ оперативной памяти. Вычислительный блок операций с плавающей запятой (FPU) ускоряет работу с вещественными числами.

Инерциальный модуль STMicroelectronics LSM9DS1 содержит трёхосевые сенсоры: акселерометр, гироскоп и магнитометр. Датчики движения снабжают устройство мгновенными данными о перемещении в пространстве.

Датчик STM HTS221 определяет температуру и относительную влажность воздуха в окружающем пространстве и выдаёт их значения в 16-битном формате.

Датчик атмосферного давления STM LPS22HB служит альтиметром для носимого гаджета или барометром для метеостанции.

Сенсор Avago APDS-9960 от Broadcom использует четыре фотодиода с ИК-излучателями для распознавания базовых жестов: взмаха руки влево или вправо, вверх-вниз и так далее. Также он умеет распознавать цвета через интенсивность каналов RGB и уровень освещённости.

Встроенный цифровой микрофон STM MP34DT05-A пригодится для распознавания коротких голосовых команд или записи звука.

С помощью алгоритма машинного обучения TensorFlow Lite можно найти интересное применение для всей комбинации сенсоров: например, научить Arduino сортировать фрукты.

Порты и интерфейсы

Nano 33 BLE Sense содержит 22 порта ввода-вывода общего назначения с поддержкой аппаратных интерфейсов SPI, I²C и UART.

Некоторые контакты обладают дополнительными возможностями:

• 8 пинов с АЦП могут представить аналоговое напряжение в цифровом виде с дискретизацией до 12 бит.
• Все пины ввода-вывода (до 4 одновременно) способны выводить аналоговый сигнал в форме ШИМ с разрядностью до 12 бит.
• К пинам D7 и D8 можно подключить NFC-антенну для быстрой привязки устройств по Bluetooth.

Выводы платы сделаны в виде двух штыревых вилок по 15 пинов с шагом 2,54 мм, поэтому они совместимы с макетными платами для прототипирования и подключения выводных электронных компонентов.

Программирование

Платформа программируется через среду Arduino IDE, визуальную среду XOD IDE или произвольный инструментарий C/C++. Для прошивки вам понадобится кабель Micro-USB.

Питание

Nano 33 BLE Sense питается через порт USB или контакт Vin. Поддерживается напряжение от 5 до 18 В, что позволяет использовать различные батарейки или сетевые адаптеры.

Обратите внимание, что вся логика платы работает на 3,3 вольтах: подключение 5-вольтовой периферии приведёт к повреждению устройства, поэтому выбирайте только те датчики и модули, которые поддерживают логическое напряжение 3,3 В. Например, вся линейка наших Troyka-модулей совместима с 3,3 В.

Для обратной совместимости с проектами на Arduino Nano предыдущего поколения пин 5V оставили на месте, но по умолчанию его цепь разомкнута. Чтобы получить активную линию питания на 5 вольт, вам понадобится спаять перемычку для площадок VUSB и подвести внешнее питание через USB-порт.

Комплектация

• 1× Плата Arduino Nano 33 BLE Sense

Характеристики

• Чипы: NINA-B306, LSM9DS1, HTS221, LPS22HB, APDS-9960
• Входное напряжение через Vin: 5–18 В
• Напряжение логических уровней: 3,3 В
• Порты ввода-вывода: 22
• Пины с АЦП: 8
• Разрядность АЦП: 8/10/12 бит (по умолчанию 10 бит)
• Пины с ШИМ: 22 (до 4 каналов одновременно)
• Разрядность ШИМ: 8/10/12 бит (по умолчанию 8 бит)
• Аппаратные интерфейсы SPI: 1
• Аппаратные интерфейсы I²C: 1
• Аппаратные интерфейсы UART: 1
• Максимальный выходной ток с пина: 15 мА
• Максимальный входной ток на пин: 5 мА
• Суммарный выходной ток с пинов: до 25 мА
• Габариты платы с ножками: 45×18×13 мм

Беспроводной модуль U-blox NINA-B306

• Микроконтроллер: Nordic nRF52840
• Вычислительное ядро: ARM Cortex M4 (32 бита)
• Тактовая частота: 64 МГц
• Flash-память: 1 МБ
• SRAM-память: 256 КБ
• Частотный диапазон связи: 2,4 ГГц
• Стандарт связи: Bluetooth v5.0 с поддержкой BLE

IMU-сенсор STM LSM9DS1

• Диапазон измерения ускорения: ±2/±4/±8/±16g
• Диапазон измерения поворота: ±245/±500/±2000 град./с
• Диапазон измерения магнитной индукции: ±4/±8/±12/±16 Гс
• Частота опроса акселерометра и гироскопа: 14,9–952 Гц
• Частота опроса магнитометра: 0,625–80 Гц

Датчик температуры и влажности STM HTS221

• Диапазон измерения температуры: от -40 °C до +120 °C
• Погрешность температуры: ±0,5 °C (в диапазоне 15-40 °C)
• Погрешность влажности воздуха: ±3,5% (в диапазоне 20-80%)
• Частота опроса: 1–12,5 Гц

Датчик STM LPS22HB

• Диапазон измерения давления: 260–1260 мбар
• Погрешность давления: ±1 мбар
• Частота опроса: 1-75 Гц

Сенсор цвета и датчик приближения APDS-9960

• Измерение цвета: RGB-составляющие и освещённость
• Распознавание жестов: 4 фотоэлемента с ИК-излучателями
• Рабочая дистанция: 10–20 см

Микрофон STM MP34DT05-A

• Максимальное звуковое давление: 122,5 дБ
• Соотношение сигнал/шум: 64 дБ
• Чувствительность: -26 дБ
• Звуковой формат: PDM

Ресурсы

Arduino Nano 33 BLE Sense — плата с голосовым управлением, IMU, датчиком цвета и метеосенсором.:

• Инструкция, примеры использования и документация

• Первые шаги машинного обучения на Arduino
• Распознавание фруктов с помощью TensorFlow

• Библиотека Bluetooth BLE
• Библиотека LSM9DS1
• Библиотека HTS221
• Библиотека LPS22HB
• Библиотека APDS-9960
• Библиотека для микрофона PDM