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增加加速度和温度传感器硬件部分

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2024-03-27 10:11:20 +08:00
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@@ -104,8 +104,26 @@ Keywords: vibration monitoring, edge computing, CNN, MEMS
=== LIS3DH 型加速度传感器单元及其电路设计 === LIS3DH 型加速度传感器单元及其电路设计
本设计主要应用场景为简单工业环境和家用或者商业场景，考虑到被测量对分辨率要求普遍不高，以及消费电子对成本控制的要求。选定 LIS3DH 型低功耗高性能三轴加速度传感器。
该传感器基于 MEMS 技术，具有 SPI/I2C 数字接口。可设置 ±2g/±4g/±8g/±16g 的量程和 1Hz 到 5.3kHz 的数据输出速率。
image::doc_attachments/2024-03-26T10-18-47-607Z.png[LIS3DH 电路原理图]
为保证较高的通信速率，选用了 SPI 通信方式，需连接 SCK、MOSI、MISO、CS 四线。两中断引脚连接到主控 IO 上作为可拓展的 6D 识别或事件输出。
由于总线上仅挂载了一个传感器，所以不用考虑传感器掉电后拉挂总线电平的情况，可将 VDD_IO 和 VDD 同时连接到 3.3V 电源上。
=== AHT20 型温度传感器单元及其电路设计 === AHT20 型温度传感器单元及其电路设计
本设计考虑的场景中，温度湿度值可能会作为评价工作情况的标准。所以选用了 AHT20 型温度传感器作为辅助的数据来源。
该传感器配有一个全新设计的 ASIC 专用芯片、一个经过改进的 MEMS 半导体电容式湿度传感元件和一个标准的片上温度传感元件，湿度分辨率可达到 0.024%RH(Typ.)，温度分辨率可达 0.01℃(Typ.)，具有 I2C 通信接口。
image::doc_attachments/2024-03-26T10-19-10-824Z.png[AHT20 电路原理图]
根据该型传感器数据手册要求，在 VDD 上增加 RC 滤波电路，选取器件典型值 390Ω 和 10uF。
=== GD32F405RGT6 微控制器及其电路设计 === GD32F405RGT6 微控制器及其电路设计
设计要求能够运行裁剪后的卷积神经网络 (CNN)，对于处理器的存储和运算处理能力有一定要求。此外，还要求有一定的耐候性要求，以应对家用或者环境较为恶劣的工业场景。同时考虑作为消费级设备的成本问题，本文设计的振动检测设备的主控核心选用意法半导体的 STM32F405RGT6。另外考虑国产化要求，同时选用可 Pin to Pin 替代的 GD32F405RGT6 进行替换测试，该芯片对于本设计所需性能参数要优于 STM32F405RGT6。对于 STM32F405RGT6，其架构如图所示。 设计要求能够运行裁剪后的卷积神经网络 (CNN)，对于处理器的存储和运算处理能力有一定要求。此外，还要求有一定的耐候性要求，以应对家用或者环境较为恶劣的工业场景。同时考虑作为消费级设备的成本问题，本文设计的振动检测设备的主控核心选用意法半导体的 STM32F405RGT6。另外考虑国产化要求，同时选用可 Pin to Pin 替代的 GD32F405RGT6 进行替换测试，该芯片对于本设计所需性能参数要优于 STM32F405RGT6。对于 STM32F405RGT6，其架构如图所示。