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.

---

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.

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 %.

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.

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.

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.

---

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.

---

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)

Контакт	Функция	Порт nRF52832	Описание
1	LPIO0_EXT	P0.24	Low Power IO 0
2	NC	—	Не подключён
3	CS	P0.29	SPI Chip Select
4	COPI	P0.27	SPI, управляющий → периферия
5	CIPO	P0.28	SPI, периферия → управляющий
6	SCLK	P0.11	SPI, тактирование
7	ADC2	P0.30	Аналоговый вход 2
8	ADC1	P0.02	Аналоговый вход 1

Nicla Header B (J2)

Контакт	Функция	Порт nRF52832	Описание
1	SDA	P0.22	I²C, данные
2	SCL	P0.23	I²C, тактирование
3	LPIO1_EXT	P0.20	Low Power IO 1 (UART TX по схеме выводов)
4	LPIO2_EXT	P0.09	Low Power IO 2 (UART RX по схеме выводов)
5	LPIO3_EXT	P0.10	Low Power IO 3
6	GND	—	Земля
7	VDDIO_EXT	—	Опорное напряжение логики
8	N/C	—	Не подключён
9	VIN	—	Вход питания

Площадки fins (отладка)

Контакт	Функция	Описание
P1	BHI_SWDIO	SWD BHI260AP, данные
P2	BHI_SWDCLK	SWD BHI260AP, тактирование
P3	ANNA_SWDIO	SWD ANNA-B112, данные
P4	ANNA_SWDCLK	SWD ANNA-B112, тактирование
P5	RESET	Сброс
P6	SAMD11_SWDIO	SWD SAMD11, данные (3,3 В)
P7	+1V8	Шина питания 1,8 В
P8	SAMD11_SWDCLK	SWD 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

Разъём	Контакт	Функция
J3 (площадки аккумулятора)	1, 2	VBAT, NTC
J4 (разъём аккумулятора)	1, 2, 3	VBAT, NTC, GND
J5 (ESLOV)	1, 2, 3, 4, 5	5V, 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

Характеристика	Nicla Sense ME	Nicla Voice	Nano 33 BLE Sense Rev2
Основной процессор	nRF52832, Cortex-M4F 64 МГц	nRF52832 + NDP120	nRF52840, Cortex-M4F 64 МГц
Датчики	BHI260AP, BMP390, BMM150, BME688	BMI270, BMM150, микрофон	BMI270, BMM150, LPS22HB, HS3003, APDS-9960, микрофон
Газовый датчик	есть (BME688)	нет	нет
Беспроводная связь	Bluetooth LE	Bluetooth LE	Bluetooth 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

• Документация Arduino — Nicla Sense ME — страница платы, схемы и файлы САПР.
• Datasheet Arduino Nicla Sense ME (PDF) — характеристики, питание, таблицы выводов.
• Полная распиновка Nicla Sense ME (PDF) — схема выводов с портами.
• Магазин Arduino — Nicla Sense ME — страница продукта.
• BHI260AP — Bosch Sensortec (PDF) — datasheet умного датчика.
• BME688 — Bosch Sensortec (PDF) — datasheet датчика окружающей среды.
• BMP390 — Bosch Sensortec (PDF) — datasheet датчика давления.

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.