NB-IOT智慧花盆（一）

第一次写博客，希望能帮助到需要的人。也欢迎各位大牛指点。本人致力于开发一种NB-IOT的低成本、低功耗、长时间采集数据的解决方案。正好借这个机会把它实现在我的智慧花盆上面。

一、整个实物图：

简单阐述一下整个系统的功能：

1.当花盆土壤湿度低于42%的时候控制水泵自动浇水

2.每小时把湿度值和剩余的浇水量通过NB-IOT方式上传到华为云平台

3.休眠时，电流能降到20uA以下，加上太阳能持续补充电量。理论上能持续运行10年。

二、硬件原理图

除了核心板、下载板和外设板，其他模块在某宝上都能买到，所以这里就重点介绍我设计核心板和外设板的硬件思路：

首先解释一下为什么要分为核心板和外设板的好处：

如果因为某些原因（价格优势、贸易战等），需要更换MCU的时候，只要重画小小的核心板就行了，这样省时省力

1、核心板

1）核心板用的是STM8L050J3M3，有1K 的RAM和8K的ROM，使用到的外设有USART、TIM、ADC、DMA、RTC。

2）板子的设计思路都是根据STM8L的硬件设计文档要求的，左边的C16、C17、C18都是去耦电容。

3）TX引脚上的LED灯是测试用的，后面为了低功耗会把它摘除下来。

4）还有一个BTB-0的板对板母座，是下载板和外设板的接口。

5）ADC采集电路是根据datasheet手册上来设计的：

为了降低功耗，这里设计的=R14=47K。ADC在采样过程中输入引脚AIN要对内部的采样电容快速充电，而且充电时间很快。又因为之前用了47K的限流电阻，所以要用个C14(0.1uF)提前储存电荷，以备瞬间补充ADC采样电容(16pF)的电荷。注意C14和是不同的，是指AINx受到PCB影响的寄生电容。

2、下载板

这个就很简单了，只是一个板对板的公座+若干个2.54mm的插针组成。方便用杜邦线调试和下载的时候使用。

3、外设板

1）Power

充电电路主要由太阳能板、锂电池充电管理IC、单节10440锂电池组成。

太阳能电池板提供一个5V、200ma的电源，当然这是在最理想的条件下。实际使用时只是一个辅助充电的作用。

TP5410是低功耗锂电池充电管理IC，硬件设计也是根据Datasheet上典型电路设计的，这个没什么好解释的。唯一需要注意的就是PROG充电电流设定引脚，根据手册上的对应关系:10K(R18)——80ma，即最大充电电流是80ma，虽然小电流充需要时间长，但对锂电池的寿命有好处。还有一个充电状态灯的逻辑图：

接下来是一个3.3V的稳压电路，主要提供给MCU和NB-IOT模块使用的。稳压电路采用的是TLV62565DBVR稳压芯片，电路的设计根据datasheet手册上面的典型电路设计的，唯一要注意的是R2的电阻最大是120K，解释如下图：

这个稳压芯片在10ma——600ma之间的效率是最高的。NB-IOT模块射频的电流可以达到350ma，所以在正常工作时MCU+NB-IOT模块+外围损耗的总电流正好在这个最高电流利用率区间内。

2）NB-IOT

NB-IOT电路主要由BC35-G模块、eSIM芯片、SMF05C静电保护芯片组成。BC35-G模块基本是按照手册上来设计，比如说串口收发的部分参照手册如下图：

eSIM卡是通过运营商购买的，因为它对电气特性有敏感要求，所以增加了一个SMF05C静电保护芯片来为它保驾护航。

3）Peripheral

最后是一个外围模块的电路，主要由两个P沟道增强型MOS管、一个BTB-1公座子以及水泵、土壤湿度传感器、霍尔流量传感器的接插件组成。这里面功率最大的就是水泵模块了，需要180ma的电流和4.5V的电压驱动。所以mos管选型的时候和都要大于5V，要大于180ma。而且栅极电压的选择也要注意。下图是SI2301CDS的栅极电压和漏极电流的关系：

解释一下为什么要选择PMOS管而不是NMOS，在整个系统进入低功耗休眠的时候，要切断外围模块的电源。STM8L的IO口开漏输出高电平的时候，PMOS管是截止的，并且STM8L的IO口是处于一个高阻态，不存在电流灌入，即不存在漏电。这正是低功耗所需要的。

硬件篇就到此结束，有错误的地方希望各位多多指点。有需要AD工程的可以在评论区留下邮箱~