基于STM32F412RET6的智能桶硬件设计

一、智能桶功能需求：

智能桶是一直采用Cortex-M4+ 嵌入式平台，搭载NB-IotTO通讯模组、智能称重采集、智能门锁监控以及温度监测等装置。主要功能如下：

▲ 具有GPS定位功能，可以通过后台APP实时定位智能桶的位置。

▲ 具有温度监测功能，并具有超温报警功能。

▲ 具有智能称重功能，通过后台APP建立投料、存量等信息数据管理台账。

▲ 具有身份ID识别功能，三级管理权限，权限可控。

▲ 具有智能开锁功能，具有远程开锁功能，开锁记录可查询。

▲ 具有主备电切换功能。

二、智能桶硬件原理框图：

智能桶主要包括主控单元、NB-Iot无线通讯、GPS定位、RFID身份识别、电子秤、温度监控、门锁控制、语音播报、数据存储等，硬件原理框图如下：

三、主控单元：

主控单元MCU采用意法半导体的Cortex®-M4内核的STM32F412RET6，该MCU的工作频率100 MHz、支持浮点运算单元；运行模式下可实现低至112 µA/MHz的电流消耗，停机模式下，功耗低至18 µA，具有出色的低功耗性能；内置512KB的Flash存储器和256KB的SRAM；4路USART，速率可高达12.5 Mbit/s；5路SPI（I²S多路传输），速度高达50 Mbit/s；4个I²C，高达1Mbps； 14个定时器，频率高达100 MHz的16和32位定时器；封装为LQFP-64。主控单元原理图如下：

四、NB-IOT单元：

NB-Iot模组采用上海移远的BC28-F模组，该模组是一款高性能、低功耗的多频段 LTE Cat NB2 无线通信模块，外形尺寸为 17.7 mm × 15.8 mm × 2.0 mm，封装为LCC封装，支持中国电信 IoT、中国电信 AEP、中国移动 OneNET 等物联网云平台，主要应用于烟感、无线抄表、共享单车、智能停车、智慧城市、安防、资产追踪、智能家电、可穿戴设备、农业和环境监测以及其它诸多行业，以提供完善的短信和数据传输服务。

五、GPS单元：

GPS模组采用上海移远的L76K模组。L76K 是一款支持多卫星系统（GPS、BDS、GLONASS、QZSS）、可多系统联合定位和单系统独立定位、支持AGNSS 功能、内置低噪声放大器和声表面滤波器、可向用户提供快速、精准、高性能定位体验的GNSS 模块, 该模块采用LCC 封装，其超小尺寸：10.1 mm × 9.7 mm × 2.0 mm；主要应用于共享单车、电动摩托车、车队管理、危险品运输、金融风控等工业及消费应用领域。

六、称重单元：

称重传感器采用电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。

电子秤的数据采集芯片为HX711。HX711是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，数字控制和串口通讯，可选择10Hz 或80Hz 的输出数据速率，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。HX711应用电路图如下图所示：