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Hardware

Esta seção descreve os blocos principais da iW-Beacon, extraidos do esquema elétrico do projeto (iW-iBeacon).

Visão geral da placa​

A iW-Beacon organiza-se em quatro blocos: o SoC de rádio nRF52832, os sensores em barramento I2C, o circuito de energia com timer nano-power e as interfaces de depuração.

Placa iW-Beacon

Modelo 3D​

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Modelo 3D da iW-Beacon (preliminar)

Processamento e rádio — nRF52832​

  • SoC Nordic nRF52832 (ARM Cortex-M4F de 32 bits)
  • Bluetooth 5 Low Energy
  • cristal principal de 32 MHz
  • cristal de 32.768 kHz para o RTC e temporização de baixo consumo
  • pinos de NFC disponíveis para pareamento por toque
  • conversor DC/DC interno (linhas DCC) para eficiência de RF

A saída de antena passa por uma rede de casamento (indutores de 15 nH e 10 uH) até a antena da placa.

Sensores integrados​

Acelerômetro — LIS3DH​

Sensor inercial de 3 eixos de ultrabaixo consumo, ligado ao SoC com interface I2C/SPI e linhas de interrupção (INT1, INT2). Útil para acordar a placa por movimento, detectar tombamento, orientação e adulteração.

Temperatura e umidade — SHTC3​

Sensor SHTC3 (Sensirion) em barramento I2C, com pull-ups de 2,2 k. Fornece leitura de temperatura e umidade relativa para telemetria de ambiente diretamente no payload do beacon.

Os dois sensores compartilham o mesmo barramento I2C do nRF52832, o que simplifica o firmware e o roteamento.

Gestão de energia (nano-power)​

O circuito de energia foi desenhado para autonomia máxima.

  • bateria BT1 (célula tipo moeda / pilha) como fonte primária
  • timer nano-power TPL5110 (U4) que define o intervalo de wakeup
  • chave de carga por P-MOSFET AO3401A (Q2), controlada pelo timer
  • jumper JP1 para seleção do modo de alimentação
  • banco de capacitores (47 uF + 4,7 uF + 100 nF) para estabilizar os picos de transmissão

Como funciona o ciclo​

  1. O TPL5110 mantem a placa desligada durante o intervalo programado.
  2. No fim do intervalo, ele aciona o MOSFET e energiza o nRF52832.
  3. O SoC acorda, le os sensores e transmite o pacote BLE.
  4. O firmware sinaliza DONE ao timer, que corta a alimentação novamente.

Esse esquema reduz o consumo médio a microamperes, já que o SoC só consome corrente durante a janela curta de transmissão.

Interfaces e depuração​

  • conector SWD (J1, 3 vias: SWDCLK, SWDIO, GND) para gravação e debug
  • linhas de console UART_TX / UART_RX
  • barramento I2C compartilhado pelos sensores
  • botão/linha de RESET

Características elétricas (típicas)​

ParâmetroValorObservação
Tensão lógica3,3 Vtrilho do sistema
Bateriacélula únicatipo moeda / pilha (BT1)
Chave de cargaAO3401AP-MOSFET controlado pelo TPL5110
Consumo médiofaixa de microamperesdominado pelo ciclo do TPL5110
Cristais32 MHz + 32.768 kHzrádio + RTC

Os valores acima são derivados dos componentes do esquema. O consumo real depende do intervalo de transmissão, da potência de RF e dos sensores ativos.

Esquemático online​

Visualize o projeto de hardware diretamente no navegador:

Boas práticas​

  • programe o intervalo do TPL5110 conforme o compromisso entre frescor do dado e autonomia
  • use o acelerômetro como gatilho para transmissões orientadas a evento
  • mantenha o payload enxuto para encurtar a janela de rádio ativa
  • valide o casamento de antena antes de fechar o gabinete