Arduino Nicla Sense ME — датчики Bosch в крошечном формате: характеристики и распиновка

Arduino Nicla Sense ME — компактная плата формата Nicla с набором промышленных датчиков Bosch: умным датчиком движения BHI260AP, датчиком давления BMP390, магнитометром BMM150 и датчиком окружающей среды BME688 с измерением качества воздуха. Основа платы — модуль u-blox ANNA-B112 на SoC nRF52832 (Arm Cortex-M4F, 64 МГц) с Bluetooth Low Energy. Это не одноплатный компьютер и не Linux-устройство: пользовательский скетч выполняется на nRF52832, а BHI260AP имеет собственный программируемый вычислительный блок для обработки данных датчиков и алгоритмов объединения данных. Производитель — Arduino. Название «ME» — от слов Motion (движение) и Environment (окружающая среда).

По описанию Arduino, плата позволяет измерять температуру, влажность и движение, а также создавать беспроводные промышленные сенсорные сети и выполнять объединение данных датчиков на периферии. Целевые области — беспроводные сенсорные сети, объединение данных, искусственный интеллект и обнаружение газов. Плата в формате Nicla (около 23 × 23 мм) питается от USB, от аккумулятора Li-Po / Li-Ion или от вывода VIN.

Wi-Fi на плате нет — только Bluetooth Low Energy. Логика — до 3,3 В с программируемым уровнем VDDIO_EXT. Плата родственная по формату Nicla Vision и Nicla Voice.

Плата Arduino Nicla Sense ME, вид сверху

Основные характеристики Arduino Nicla Sense ME

  • Модуль: u-blox ANNA-B112 (SoC nRF52832): Arm Cortex-M4F, 64 МГц
  • Flash-память микроконтроллера: 512 КБ; SRAM: 64 КБ (доступны пользователю)
  • Внешняя flash-память: 4 МБ суммарно — две микросхемы MX25R1635FZUIH0 по 2 МБ: U7 для журналирования данных и U2 для кода XiP и данных BHI260AP
  • Беспроводная связь: Bluetooth Low Energy, 2400–2483,5 МГц, встроенная антенна; Wi-Fi нет
  • Датчики: BHI260AP (6-осевой IMU и ядро ИИ), BMP390 (давление), BMM150 (магнитометр), BME688 (давление, влажность, температура, газ)
  • USB-мост: ATSAMD11D14A, Micro-USB
  • Питание: USB (4,8–5,5 В), ESLOV (5 В), VIN (3,5–5,5 В) или одноэлементный Li-Po / Li-Ion аккумулятор; зарядное устройство BQ25120A (ток заряда 40 мА)
  • Уровень логики выводов: VDDIO_EXT 1,8–3,3 В (программируется); аналоговые входы ADC1 и ADC2 — 1,8 В
  • Потребление (по измерениям Arduino): ожидание — 460 мкА; скетч «мигание светодиодом» — 960 мкА; реклама BLE с опросом датчиков раз в секунду — 2,5 мА, раз в час — 1,15 мА
  • Заряд аккумулятора: 40 мА; ток завершения заряда — 4 мА
  • Рабочая температура: от −40 до +85 °C
  • Интерфейсы: SPI, I²C, 4 вывода Low Power IO (LPIO0–LPIO3), 2 аналоговых входа
  • Размеры: около 22,85 × 22,86 мм
  • Способ программирования: Arduino IDE и Arduino Cloud Editor; обновление прошивок ANNA-B112 и BHI260AP через WebBLE или ESLOV

Указанные значения потребления приведены в datasheet Arduino. Для режимов с рекламой BLE и опросом датчиков измерения выполнялись при включённых датчиках температуры, акселерометре и гироскопе, с частотой 1 Гц и задержкой 1 мс.


Технические характеристики

Модуль и микроконтроллер

Плата построена на модуле ANNA-B112 (u-blox) с SoC nRF52832: ядро Cortex-M4F на 64 МГц, 512 КБ flash (память совместно используется скетчем и загрузчиком) и 64 КБ SRAM, доступные пользователю. На внешних разъёмах доступны один SPI (J1), один I²C (J2/ESLOV), последовательный интерфейс UART через LPIO и два аналоговых входа. Внутри платы ANNA-B112 работает как SPI-хост для 2-МБ flash U7 и BHI260AP, а также как периферийное устройство на внутренних I²C/SPI-соединениях с BHI260AP. Модуль работает от 1,8 В; внешний генератор обеспечивает тактовый сигнал 32,768 кГц.

Структурная схема Arduino Nicla Sense ME

Датчики Bosch

  • BHI260AP — программируемый интеллектуальный датчик с ядром Fuser2 (32-битный Synopsys ARC EM4) и 6-осевым IMU: трёхосевым акселерометром и трёхосевым гироскопом. Он выполняет алгоритмы объединения данных, распознавания активности и ориентации, а также поддерживает пользовательские алгоритмы, обученные на ПК. Отдельная flash-память U2 объёмом 2 МБ хранит исполняемый код XiP и данные, включая калибровку алгоритмов Bosch BSX. BHI260AP обменивается данными с остальными датчиками по внутренним шинам I²C и SPI.
  • BMP390 — датчик давления: диапазон 300–1250 гПа, абсолютная точность ±0,5 гПа, относительная ±0,03 гПа (около ±25 см по высоте), шум 0,02 Па, FIFO 512 байт, частота до 200 Гц.
  • BMM150 — магнитометр: ±1300 мкТл (X, Y), ±2500 мкТл (Z), разрешение 0,3 мкТл, нелинейность менее 1 %. Вместе с BHI260AP даёт 9-осевой IMU и ориентацию в пространстве.
  • BME688 — датчик давления (300–1100 гПа), влажности (0–100 %), температуры (−40…+85 °C) и газов на основе металлооксидного чувствительного элемента («электронный нос»). При использовании алгоритмов BSEC доступны расчётный индекс качества воздуха IAQ, эквиваленты bVOC и CO₂ (ppm), а также результат газового сканирования. Это оценочные показатели, а не прямое измерение концентрации CO₂ или отдельных газов. Типовой цикл газового сканирования — 10,8 с; разброс показаний газового канала между датчиками может достигать ±15 %.
Расположение элементов на Arduino Nicla Sense ME (вид сверху)

Память

В nRF52832 установлено 512 КБ внутренней flash, совместно используемой скетчем и загрузчиком, и 64 КБ SRAM для пользователя. На плате находятся две внешние микросхемы MX25R1635FZUIH0 по 2 МБ каждая: U7 (2 МБ) предназначена для журналирования данных, U2 (2 МБ) — для кода XiP и данных BHI260AP. Общий объём внешней flash — 4 МБ. Отдельной EEPROM нет.

Цифровые и аналоговые выводы

На разъёмах доступны SPI (CS, COPI, CIPO, SCLK), I²C (SDA, SCL), четыре линии Low Power IO (LPIO0–LPIO3), две из которых используются для UART TX/RX, а также два аналоговых входа ADC1 и ADC2. Все сигнальные контакты J1 и J2, кроме отладочных площадок fins, привязаны к VDDIO_EXT, программируемому в диапазоне 1,8–3,3 В. Линии LPIO проходят через двунаправленные преобразователи уровней и рассчитаны только на малые токи. Для ADC1/ADC2 в datasheet есть отдельная оговорка: в таблице они указаны как линии домена 1,8 В, хотя примечание допускает для ADC входное напряжение до 3,3 В. Поэтому их не следует считать обычными GPIO с произвольным диапазоном; при подключении аналогового сигнала соблюдайте пределы, указанные в документации для используемой конфигурации.

⚠ Уровни логики. На J1/J2 используется VDDIO_EXT (1,8–3,3 В); подача 5 В на сигнальные контакты недопустима. ADC1 и ADC2 имеют отдельные ограничения: datasheet обозначает их как линии домена 1,8 В и одновременно содержит примечание о допустимом входном напряжении ADC до 3,3 В. Не подавайте на них 3,3 В без проверки схемы и спецификации конкретной ревизии. Линии LPIO подключены через маломощные двунаправленные преобразователи уровней и не предназначены для питания внешних устройств.

Распиновка Arduino Nicla Sense ME

Интерфейсы связи

  • I²C: SDA и SCL на разъёме Nicla Header B (J2); та же шина — на разъёме ESLOV.
  • SPI: CS, COPI, CIPO, SCLK на Nicla Header A (J1).
  • UART: RX и TX сопоставлены двум выводам Low Power IO; на схеме выводов Nicla Sense ME LPIO1 подписан как TX, LPIO2 — как RX (в datasheet Nicla Voice для того же расположения указано наоборот), поэтому сверяйтесь с документацией вашей версии ядра.
  • ESLOV (J5): 5 контактов — 5V, INT, SCL, SDA, GND.

USB

Разъём Micro-USB (J7) используется для питания и программирования. Микроконтроллер ATSAMD11D14A работает как USB-мост и JTAG-контроллер для ANNA-B112. Стабилизатор AP2112K формирует для SAMD11 напряжение 3,3 В из USB-питания, а отдельный преобразователь согласует уровни 3,3 В и 1,8 В между SAMD11 и ANNA-B112.

Беспроводная связь

Связь обеспечивает Bluetooth Low Energy в модуле ANNA-B112 (диапазон 2400–2483,5 МГц, встроенная антенна). Wi-Fi нет. Через WebBLE можно обновлять прошивки ANNA-B112 и BHI260AP; это не способ загрузки пользовательского скетча. Плату также можно подключать к системам на базе Nicla, Portenta и MKR.

Питание и аккумулятор

Питание подаётся через Micro-USB (J7, 4,8–5,5 В), ESLOV (J5, 5 В) или VIN (3,5–5,5 В). Узлом управления питанием служит BQ25120AYFPR: он формирует необходимые шины и заряжает один одноэлементный Li-Po / Li-Ion аккумулятор 3,7 В, подключённый к J4 или альтернативным площадкам J3. Ток заряда на плате установлен на 40 мА, ток завершения заряда — 4 мА. Диоды Шоттки защищают входы USB и ESLOV от обратной полярности. Драйвер RGB-светодиода питается от повышенной шины 5 В; остальные основные компоненты работают от шины 1,8 В. При питании от USB стабилизатор 3,3 В отдельно обеспечивает работу USB-моста SAMD11.

Схема питания Arduino Nicla Sense ME: USB, ESLOV, VIN, BQ25120A, аккумулятор и потребители

⚠ Аккумулятор. Подключайте только один одноэлементный Li-Po / Li-Ion аккумулятор 3,7 В и соблюдайте полярность. Не подключайте два аккумулятора одновременно: разъём J4 и площадки J3 являются альтернативными точками подключения одной батареи. Термистор NTC необязателен, но его подключение позволяет контролировать температуру аккумулятора и отключать заряд при перегреве.

Размеры и конструкция

Габариты платы — около 22,85 × 22,86 мм. Выводы расположены по краям (J1 — 8 контактов, J2 — 9 контактов) и на нижней стороне (площадки J3, разъёмы J4 и J5, Micro-USB J7); между основными выводами — площадки «fins» для отладки SWD (шаг 1,27 мм). Для монтажа плата рассчитана на установку на несущую плату или пайку.

Чертёж Arduino Nicla Sense ME с размерами платы

Интерфейсы и разъёмы

  • Nicla Header A (J1) и Nicla Header B (J2); площадки J3 для аккумулятора;
  • Micro-USB (J7); разъём аккумулятора (J4); ESLOV (J5);
  • Кнопка Reset, RGB-светодиод (драйвер IS31FL3194 до 40 мА);
  • Площадки отладки (fins): линии SWD/JTAG для BHI260AP и ANNA-B112 (1,8 В), SAMD11 (3,3 В), RESET и шина +1V8.
Нижняя сторона Arduino Nicla Sense ME: Micro-USB, ESLOV, разъём аккумулятора
Nicla Sense ME с аккумулятором: типичная сборка для удалённых измерений

Программирование

Плату программируют в Arduino IDE (нужен пакет поддержки Nicla) и Arduino Cloud Editor; для BLE используется библиотека ArduinoBLE. Через WebBLE поддерживается OTA-обновление прошивок ANNA-B112 и BHI260AP, а через ESLOV плата может работать как ведомое устройство и получать обновление от ESLOV-контроллера. Если скетч блокирует работу и плата не определяется по USB, загрузчик можно включить двойным нажатием Reset сразу после подачи питания.


Распиновка

Таблицы составлены по datasheet (ABX00050) и схеме выводов Arduino. Все сигнальные выводы J1 и J2, кроме площадок fins, работают относительно VDDIO_EXT (1,8–3,3 В). Отладочные площадки имеют отдельные уровни: JTAG для ANNA-B112 и BHI260AP — 1,8 В, а линии SWD SAMD11 — 3,3 В; эти уровни не зависят от VDDIO_EXT.

Nicla Header A (J1)

КонтактФункцияПорт nRF52832Описание
1LPIO0_EXTP0.24Low Power IO 0
2NC—Не подключён
3CSP0.29SPI Chip Select
4COPIP0.27SPI, управляющий → периферия
5CIPOP0.28SPI, периферия → управляющий
6SCLKP0.11SPI, тактирование
7ADC2P0.30Аналоговый вход 2
8ADC1P0.02Аналоговый вход 1

Nicla Header B (J2)

КонтактФункцияПорт nRF52832Описание
1SDAP0.22I²C, данные
2SCLP0.23I²C, тактирование
3LPIO1_EXTP0.20Low Power IO 1 (UART TX по схеме выводов)
4LPIO2_EXTP0.09Low Power IO 2 (UART RX по схеме выводов)
5LPIO3_EXTP0.10Low Power IO 3
6GND—Земля
7VDDIO_EXT—Опорное напряжение логики
8N/C—Не подключён
9VIN—Вход питания

Площадки fins (отладка)

КонтактФункцияОписание
P1BHI_SWDIOSWD BHI260AP, данные
P2BHI_SWDCLKSWD BHI260AP, тактирование
P3ANNA_SWDIOSWD ANNA-B112, данные
P4ANNA_SWDCLKSWD ANNA-B112, тактирование
P5RESETСброс
P6SAMD11_SWDIOSWD SAMD11, данные (3,3 В)
P7+1V8Шина питания 1,8 В
P8SAMD11_SWDCLKSWD SAMD11, тактирование (3,3 В)

Важно: линии отладки BHI260AP и ANNA-B112 работают с логикой 1,8 В; линии SWD SAMD11 — 3,3 В. Эти уровни не меняются вместе с VDDIO_EXT. Перед подключением внешнего программатора проверьте напряжение его сигнальных линий.

Разъёмы питания

РазъёмКонтактФункция
J3 (площадки аккумулятора)1, 2VBAT, NTC
J4 (разъём аккумулятора)1, 2, 3VBAT, NTC, GND
J5 (ESLOV)1, 2, 3, 4, 55V, INT, SCL, SDA, GND

Возможности и особенности

  • Четыре датчика Bosch на плате: движение, давление, магнитное поле, качество воздуха и газы.
  • Умный датчик BHI260AP: собственные алгоритмы и объединение данных в самом датчике, без нагрузки на основной микроконтроллер.
  • Малое потребление: около 0,46 мА в ожидании.
  • Зарядка аккумулятора, Bluetooth LE и WebBLE для автономных беспроводных устройств.
  • Формат Nicla — компактные размеры и ESLOV для связи с другими платами.

Для чего подходит Arduino Nicla Sense ME

  • Эксперименты в складской логистике: анализ газового профиля фруктов, овощей и продуктов для оценки изменений при хранении. Для определения степени зрелости или свежести нужны собственные данные и обученная модель — один датчик сам по себе не распознаёт продукт;
  • Промышленные сенсорные сети: мониторинг температуры, влажности и движения, а также обнаружение газовых смесей и потенциально опасных летучих веществ с помощью специально настроенных алгоритмов;
  • Контроль качества воздуха в помещениях и теплицах;
  • Навигация и ориентация по давлению, магнитному полю и IMU;
  • Беспроводные сенсорные сети с питанием от аккумулятора.

Преимущества

  • Четыре датчика Bosch в формате около 23 × 23 мм.
  • Умный датчик с собственными алгоритмами и малое потребление.
  • Bluetooth LE, зарядка аккумулятора, обновление по воздуху.

Ограничения

  • Нет Wi-Fi, камеры и микрофона.
  • Логика 1,8–3,3 В, аналоговые входы 1,8 В; выводов мало, LPIO слаботочные.
  • Нужна несущая плата или пайка для расширения.
  • Максимальный ток вывода в datasheet не указан.
  • Газовый датчик и алгоритмы BSEC формируют IAQ, bVOC- и CO₂-эквиваленты; это расчётные показатели, а не прямые измерения концентраций конкретных газов или CO₂.

Arduino Nicla Sense ME и похожие платы

ХарактеристикаNicla Sense MENicla VoiceNano 33 BLE Sense Rev2
Основной процессорnRF52832, Cortex-M4F 64 МГцnRF52832 + NDP120nRF52840, Cortex-M4F 64 МГц
ДатчикиBHI260AP, BMP390, BMM150, BME688BMI270, BMM150, микрофонBMI270, BMM150, LPS22HB, HS3003, APDS-9960, микрофон
Газовый датчикесть (BME688)нетнет
Беспроводная связьBluetooth LEBluetooth LEBluetooth 5
Размер~23 × 23 мм~23 × 23 мм~45 × 18 мм

См. также Nicla Voice и Nano 33 BLE Sense Rev2.


Заключение

Arduino Nicla Sense ME — компактная сенсорная плата с датчиками Bosch для движения, давления, магнитного поля, температуры, влажности и газового состава воздуха. Она подходит для беспроводных сенсорных сетей, мониторинга окружающей среды и прототипов с обработкой и объединением данных непосредственно на устройстве.

Перед покупкой учтите, что Wi-Fi нет, логика 1,8–3,3 В, выводов мало, а для подключения чаще всего нужна несущая плата.


Материалы

Иллюстрации (фотография, структурная схема, вид сверху и снизу, схема выводов, схема питания и чертёж) взяты из документации Arduino к Nicla Sense ME (SKU ABX00050); схемы выводов распространяются под лицензией CC BY-SA 4.0, права на остальные принадлежат Arduino.

Оставьте комментарий

Отправляя комментарий, вы соглашаетесь с обработкой ваших данных (имя, адрес электронной почты, текст комментария) в соответствии с политикой конфиденциальности.