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[原创] 一种提供饮料的有趣方法——来自Renesas的饮料杯垫

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一粒金砂(中级)

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发表于 2017-12-4 12:42:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
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随着微控制器和模拟器件的普及和低成本化,一些日常小玩意也武装到了牙齿,比如这个杯垫。

开箱
先看一下正面,和一般开发板差不多的塑料透明包装。
image001.JPG

背面,惊现中文。具体的功能介绍可以不用细看啦,接下来会逐一介绍的。
image003.JPG

说明书有简要的器件介绍。因为这是一个参考设计,也就是用来展示Renesas Synergy MCU 和 Intersil 电源模块的,当然要介绍一番。
image005.JPG



仔细看看本体,正面似乎有一个MCU,一个蜂鸣器和几个传感器。
image007.JPG



背面有独立的电源开关,使用2节AAA电池供电(就是普通的7号电池)
image009.JPG



功能展示
首先,它是一个杯垫,所以,可以把杯子放上面(废话)。
放上去这个过程十分动感。首先打开电源,静置后,杯垫并没有任何反应。
此时把杯子靠近杯垫,杯垫上有5个LED会闪烁蓝光,指示杯垫位置。随着杯子的靠近,LED闪烁的频率越来越高,当杯子足够靠近的时候,LED会切换到常亮模式,蜂鸣器随之发出声响。这个类似音乐贺卡的声音名字叫“The Chicken Dance”。
这简直是硬生生把放杯子的过程做成了飞机着陆的感觉。
image011.JPG


image013.JPG


5个LED亮度非常高,甚至有些晃眼,看来是不用担心杯子不小心打翻了。


杯垫的另一大功能是测温,之前被子里是冷的饮料,所以LED是蓝色。
如果换成热的饮料,LED会逐渐转换成红色。
image015.JPG


image017.JPG





拆解
这是一个参考设计,并没有搞很复杂的外壳而导致难以拆解。实际上装电池的时候就是要把PCB拿出来的。
杯垫足够大,PCB上的器件并不密集,甚至用丝印标出了主要器件的型号。
D1-D5是5颗RGB LED,当然上面测试的时候,只展现了有限的几种颜色。
芯片从上往下介绍:
ISL28534是5V、轨到轨 I/O、零位偏移、单端输出可编程增益仪表放大器
ISL21440是可编程温度斜率参考电压(这个芯片板子上空缺)
Synergy S3A7 - Renesas 微控制器
ISL28133 是单路微功耗、斩波稳定 RRIO 运算放大器
中间黄色的小器件是热敏电阻,封装上没有看到型号。资料上显示是来自TE的GA10K3A1B 热敏电阻
image019.JPG

背面主要是供电部分:
电力来源是2节7号电池,并且有一个独立的电源开关。
ISL9111 是低输入电压和高效率同步升压转换器
ISL8202M DC/DC转换器,输出3.3V电压。
image021.JPG



电路分析
作为参考设计,电路原理图是公开的。
image023.JPG



首先是左上角的部分,ISL9111和ISL8202M通过DC/DC的方式给MCU提供了3.3V电压。先升压再降压的方法确保电池的所有电量都能被充分使用。
低电压检测在板子上没有焊接。原理是ISL31440提供电压参考(1.182V),然后通过比较器和电池的分压对比,如果电池电压低于2.2V,可以通知MCU输出(例如改变LED的颜色)。
ISL29102是环境光传感器,这里用于检测饮料杯接近杯垫的程度。原理是随着杯子接近杯垫,环境光会逐渐减弱。
ISL28133运放和热敏电阻组合,通过分压的方式实现测温。
ISL28534用于实现应变仪。原理是板子上的R8、R10、R11和应变片构成惠斯通电桥,信号经ISL28534调理后输入到MCU。应变片接入位置为PCB上的J1,在拿到的参考设计中是空缺的。
输出设备主要由5个RGB LED和一个蜂鸣器构成。RGB LED在一个封装内集成了红、绿、蓝3种颜色的LED。


最后是整个设计的核心MCU:Synergy S3A7。这个MCU的核心是Arm Cortex-M4 CPU,具体的片上设备如下:
image025.JPG

很显然,这样的资源用于控制一个杯垫的工作逻辑是绰绰有余的。
此外得益于MCU和模拟外设的低功耗特性,整个杯垫是一个低功耗设计。


用官方的一句话总结如下:该饮料杯垫参考设计展示了具有 ISL8202M 3A 电源模块和其他几个电源和模拟信号链组件的 Renesas Synergy S3 MCU。


附PDF原理图:
ISLRE-COASTER1Z Schematic.pdf (130.56 KB, 下载次数: 19)


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一粒金砂(初级)

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发表于 6 天前 | 显示全部楼层
低功耗和多个模拟量检测是亮点


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版主

Rank: 6Rank: 6

测评达人

发表于 6 天前 | 显示全部楼层
很不错的芯片啊!!!


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一粒金砂(中级)

Rank: 2

发表于 6 天前 | 显示全部楼层
这个设计有点实用性。


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一粒金砂(中级)

Rank: 2

发表于 6 天前 | 显示全部楼层
怎么测试的这么低的电流呢?


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一粒金砂(中级)

Rank: 2

发表于 4 天前 | 显示全部楼层
如果能提供个开发接口,在此基础上可以自行添加其他功能就更好了。它可以榨干电池的能量,我们要榨干它的潜能。


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