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Spresense - 低功耗下的边缘计算

在干电池供电的Spresense板上体验正真的边缘计算

Spresense 硬件相关

1. Spresense 电路板

Spresense 电路板由以下2块电路板组成。

Spresense 主板上搭载了索尼开发的面向IoT的感应处理器,Spresense 主板亦可独立运行。

  • CXD5602 感应处理器

  • CXD5247 电源管理&音频模拟IC

Spresense扩展板是用来扩展Spresense主板接口的一块基板。 Spresense 主板与Spresense 扩展板通过Board-to-Board (B-2-B)接口连接后可形成与Arduino Uno兼容的插口形状。 但是、Spresense 扩展板的插口规格与Arduino Uno仍存在一定差异。具体请参见Spresense 与 Arduino Uno 的区别

overview hardware both
图表 1. Spresense主板 上的基板、Spresense扩展板 下的基板

1.1. Spresense主板

Spresense 主板的特征如下:

  • 搭载感应处理器 CXD5602

  • 8 MB 闪存

  • 封装印制好的小型基板

  • Camera 专用接口

  • GNSS (GPS)天线

  • 具备可扩展性的接口、功能

    • 各种GPIO (UART, SPI, I2C, I2S)

    • ADC 双通道

    • Application LED x 4 (绿)

    • 通电标识LED(蓝)

Spresense 主板的标准I/O电压为1.8V。电压超过1.8V时,可能会导致 Spresense 芯片组发生损坏。使用时请注意。
overview hardware mainboard signal
图表 2. Spresense 主板

主板上配置的接口及开关等在回路上的名称如下:

表格 1. 主板上配置的接口及开关
各部名称 说明

[PWR] Power LED

电源LED。通电时蓝灯亮。

[RST] Reset button

复位按钮

[LED0] - [LED3]

可通过APP使用的4个内置式绿色LED

[CN2]

micro USB Type-B接口。导入Sketch等程序或调试时所用的USB/UART接口。

[CN4]

B-2-B接口,连接扩展板用的100针接口(在背面配置)。

[CN5] Camera Connector

专用相机接口。与Spresense相机电路板连接。

[BR] Boot Recovery Button

恢复为出厂状态时使用。一般情况下不使用。

主板的各区块图解如下:

block diagram mainboard
图表 3. Spresense 主板各区块图解

主板回路图的PDF文件可点击下面的链接获取。 Spresense主板回路图

1.2. Spresense扩展板

Spresense 扩展板在与Arduino Uno兼容的插座之外,还配备了以下插口。

  • 耳机插孔

  • micro SD 卡槽

  • USB 接口

  • Mic连接用插口

overview hardware extboard signal
图表 4. Spresense 扩展板

扩展板上配置的接口及开关等在回路上的名称如下:

表格 2. 扩展板上配置的接口及开关
接口・跳线名 说明

CN3

B-2-B接口。与主板连接时用的100针接口

CN4

MicroSD卡槽

CN6

microUSB Type-B接口。可提供USB的MSC(Mass Storage Class)功能,PC可直接访问扩展板上的SD卡。

CN7

耳机插孔 3极 3.5mm接口

JP1

数据输入/输出端口标准电电压。5V或3.3V

JP10 - pin 3 to 16

Mic连接用。可连接模拟或是数字Mic。具体请参照Mic的使用方法

JP10 - pin 1, 2

选择在主板还是在扩展板中使用UART2 端口(D00, D01)。短路状态下,主板上的UART2 端口(1.8V)变为可用。

JP14

通过短路的方法可将JP10指定为数字Mic端口。具体请参照:Mic的使用方法

可以与 Spresense 扩展板一起使用的microSD卡必须格式化为FAT32格式。

从制造商发货时使用FAT32格式化的microSD卡将仅为“SDHC”。

如果使用其他文件系统格式化卡,请使用带有PC等SD卡的格式化工具预先在FAT32中格式化。

扩展板的各区块图解如下:

block diagram extboard
图表 5. Spresense 扩展板各区块图解

扩展板回路图的PDF文件可点击下面的链接获取。 Spresense扩展回路图

1.3. Spresense 相机板

Spresense 相机板 搭载了索尼 ISX012 图像传感器和镜头. 索尼ISX012 拥有5.11M 的有效像素,并带有板载编码器,可支持JPEG, RAW, Y/C 和RGB格式的图片输出。

HW camera board
图表 6. Spresense 相机板及ISX012 相机模组
表格 3. 索尼 ISX012 图像传感器规格:
图像传感器

传感器类型

1/4 型CMOS 图像传感器

有效像素

5.11M 像素

记录像素

5.04M 像素

相机控制

ISO 敏感度

ISO 40~800

场景选择

12 种预设

曝光模式

自动, 快门优先, ISO 敏感度优先, 长时间AE

测光模式

多模式,中央重点测光,平均测光,点测光

曝光补偿

±2EV, 1/3 EV STEP

快门速度

1/8 秒(长时间AE模式) 到1/42000 秒

白平衡

自动,日光,多云,荧光,白炽灯

对焦模式

自动对焦,单点对焦,连续对焦,手动对焦

图片格式

图像格式

JPEG(4:2:2), Y/Cb/Cr, YUV, RGB, RAW, JPEG+YUV(thumbnail)

静态数据速率

5M 像素15 帧/秒JPEG 输出

动态数据速率

SVGA 30 帧/秒YCbCr 输出

HD 视频输出

1080p(1920×1030 30 帧/秒), 720p(1208×720 60 帧/秒)
JPEG 输出, JPEG+YCbCr 输出

下表为镜头规格。

表格 4. 相机模组镜头规格
功能 规格

镜头类型

1/4 英寸4 片组

有效焦距

2.74mm

F值

2.0±5%

视角

78°±3°

CRA(主光角)

<33.5°

畸变

<1.5%

画质

中心 1100 线, 近边角 900 线

焦距

1.5m

变焦范围

77.5 to 237.06cm

请从下面的链接获取相机板回路图pdf 文件: Spresense 相机板回路图

2. Spresense 电路板的使用方法

2.1. Spresense 主板遮光膜的粘贴方法

使用Spresense 主板前,请将附带的遮光膜按照下图粘贴至IC4处。

HW shading seal E
图表 7. 遮光膜的粘贴位置
shading seal picture
图表 8. 附带的遮光膜
在阳光直射或是强光下使用时可能会导致运行操作,所以请务必粘贴遮光膜。

再粘贴时推荐使用下面的遮光膜。

生产厂家 品名

施特普(Shurtape)公司

CP-743

2.2. Spresense主板与Spresense扩展板的连接方法

下面说明Spresense扩展板与Spresense主板的安装方法。

Spresense 扩展板上带有与主板连接用的4个垫片。

overview spacer
图表 9. Spresense 垫片

将该垫片插入Spresense扩展板的通孔中。请注意通孔的位置。

overview spacer through hole
图表 10. 插入垫片的通孔位置

Spresense扩展板上装好垫片后开始安装Spresense主板。

overview spacer connection
图表 11. Spresense 扩展板与垫片及Spresense主板的位置关系
安装时请注意主板的朝向。请安装到与USB接口相同的方向。
overview spacer direction
图表 12. Spresense 扩展板与主板的朝向

安装到与USB接口朝向相同的方向,Spresense主板与Spresense扩展板就连接好了。

overview spacer finish
图表 13. Spresense 扩展板与主板

安装完成后,请上下按压主板和扩展板以确认B-2-B插头连接完好。 请注意如果连接不良,扩展板功能如micro SD卡和音频可能不工作。

注意,安装连接后请不要强行拆除主板与扩展板。

2.3. 如何连接Spresense 主板和Spresense 相机板

下面说明如何把Spresense 相机板连接到Spresense 主板上。

由于相机模组对静电非常敏感,建议使用相机模组时放掉身上的静电。 可以通过接触接地物品,比如接地的电脑机箱来释放静电。 静电可能导致相机模组故障。

相机模组通过扁平电缆连接到主板(CN5 )。 下图说明了如何连接扁平电缆。 由于扁平电缆有正反面,所以请使用和下图相同的电极方向连接。

HW camera setting cn
图表 14. 如何连接Spresense 相机板.

相机镜头上覆盖有一层蓝色半透明塑料薄膜,用于镜头保护。使用前请移除。 移除保护膜时请务必轻拿轻放。

2.4. 关于Spresense 相机板侧的扁平电缆

相机板和主板上的扁平电缆接头都非常脆弱,如非必要,请尽量不要插拔。

插拔扁平电缆时请遵循下述指示。

  • 拔出扁平电缆时:

    • A. 插头两侧均衡用力,保持和基板平行,慢慢移动并拔出插头。

    • B. 拔出扁平电缆。

  • 插入扁平电缆

    • C. 将扁平电缆插入接头,确保接触良好。如下图,电缆电极侧应朝上。

    • D. 插头两侧均衡用力,保持和基板平行,慢慢移动并插入接头。

HW FFC camera side en
图表 15. 如何插拔Spresense 相机板端扁平电缆.
操作时请务必慢速仔细。 如果用力不均,或不和基板保持水平,有可能会损坏接头。

下表列出了当相机扁平电缆损坏时的代替品。 建议使用尽量短的电缆。

表格 5. 扁平电缆替代品:
厂商 型号 长度

Molex

15166-0211

102mm

Molex

15166-0213

127mm

Wurth Electronics

687620100002

100mm

2.5. Spresense 电路板的供电方法

Spresense电路板的供电方法有几种。

spresense musb connect
图表 16. 通过Spresense USB端口供电
  • 一般情况下是通过主板上的micro USB端口进行供电的。PC与主板连接后就可以供电并进行编程。这个micro USB端口在PC端被识别为串行端口。

  • 使用扩展板VOUT的Pin插口上的5V±0.25V电源。这当从其他基板等供电时会很方便。但是,如果连接电源的电压不在5V±0.25V范围内时,CXD5602可能会发生损坏,使用时请注意。

  • 扩展板已安装时,可通过扩展板上的micro USB接口供电。扩展板一端的 micro USB端口在PC上被识别为MSC(Mass Storage Class)。例如,将扩展板上的SD卡用作存储设备,就可以进行数据通信。

通Spresense 主板上的USB接口供电时,也可使用USB手机电池。但是,如果使用具备自动关机功能的USB手机电池时,由于Spresense主板的能耗极小,其自动关机功能可能会启动导致断电无法运行。为了确保运行的正常,请使用带有永不关机功能的USB手机电池。

可以使用上述多个电源同时供电。 使用micro USB接口供电时,请尽量选用粗短的USB连接线。