【应用】SLM152型低功耗NB-IOT模组在智能安全帽中的应用
智能安全帽主要应用场景为道路施工场合（主要为无法全封闭道路及临时性道路施工），由主控MCU、陀螺仪加速度计、红外距离检测组件、电池及电源管理、定位及通讯模组、声音与振动组件几大部分组成，其构成框图如下图1所示。
图1 智能安全帽构成框图
本安全帽中的定位模组主要用于在野外施工场地定位施工人员的位置，确保施工人员处于规定的施工区域内；而通讯模组则需要将传感器的检测数据及定位模块的定位坐标数据上传到总控平台，同时还要接收总控平台下发的相关提示消息，然后主控MCU将接收到的提示消息并通过声音与振动的方式提醒施工人员。本文着重介绍通讯模组选型及设计。
本智能安全帽的定位模组采用杭州中科微的ATGM336H-5N31型定位模组（UART接口，该型号支持GPS和BDS），选用美格智能的SLM152型NB-IOT模组（UART接口）用于本智能安全帽的数据传输，整体的系统原理图设计分配框图如下图2所示。
图2 智能安全帽设计原理图系统框图总览
SLM152是美格智能推出的一款一款高性能物联网模组，支持B1、B3、B5、B8频段 ，支持短信、蓝牙功能，具有低功耗、小封装、低成本的特点。
图3 SLM152型NB-IoT模组
SLM152模块采用LCC-58pin封装，外形尺寸17.6x15.9x2.3mm（长x宽x高），重量小于4g，非常适合本安全帽应用中对体积和重量的应用要求。SLM152采用RDA平台，将电源模组，基带模组，存储模组和射频模组集成于一块芯片内，极大程度简化了外围电路，其模组硬件框图如下图4所示。
图4 SLM152模组硬件框图
SLM152模组支持DC-3.4~4.2V的供电电压（典型供电电压3.6V），而本安全帽使用的是3.7V的锂电池组（3.7V~4.2V），模组在关机状态时具有低至7.2uA的典型电流，在PSM模式时则低至7.3uA，在DRX=1.28时工作电流则为2.5mA，模组整体具有较好的低功耗特性。考虑到模组启动时的最大瞬时电流，本设计中直接使用锂电池给SLM152模组供电，考虑到通讯模组的工作状态，这里采用P-MOS来控制模组供电（下图5中的Q2），而作为主控芯片的EFM32TG11采用3.3V供电，模组与主控芯片之间采用UART通讯方式，为确保模组因供电电池电压变化时模组与主控之间通讯的稳定性，这里在UART通讯中加入电平转换电路，在模组至主控芯片方向的RXD线上采用二极管D3配合上拉电阻做通讯隔离，然后在TXD线上则采用三极管实现电平转换，至于模组的POWERKEY电路及网络状态灯电路则可直接使用模组数据手册中的应用参考电路，而SIM卡接口电路在本应用中无需按照应用数据手册中设计热插拔电路，另外将蓝牙天线以板载天线的方式引出，用于设备出厂参数配置等操作。
图5 SLM152模组应用原理图
至此，本设计中的通讯模组选型及电路设计完成。
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产品型号
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品类
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频段
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分 集 接 收
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GNSS
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PCM/模拟语音
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封装
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尺寸(mm)
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认证信息
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发射功率
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协议
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驱动
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工具
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SLM750-C7A(750T7A1E)
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4G LTE数传模组
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LTE-FDD: B1/B3/B5/B8/(B28)
LTE-TDD: B38/B39/B40/B41
WCDMA: B1/B8
TD-SCDMA: B34/B39
CDMA&EVDO: BC0 GSM: 900/1800
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支持
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支持
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支持/选配
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LCC 封装（80pin+LGA 64pin）
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32.0×29.0×2.4mm
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CCC/SRRC/CTA/CE/FCC/ROHS
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GSM850/900 33±2dBm,GSM1800/1900 30±2dBm,CDMA/EVDO 23~30dBm,WCDMA/HSPA 23+1/-3dBm,TD-SCDMA 23+1/-3dBm,LTE-TDD 23±2.7dBm,LTE-FDD 23±2.7dBm
|
TCP/UDP/HTTP(S*)/SSL*/FTP/PPP/PING/DTMF/ QMI(*正在开发中)
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Windows XP, Windows Vista,Windows 7, Windows 8, Windows 8.1,Windows 10, Linux, Android
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SILICON LABS 32-bit Microcontroller选型表
SILICON LABS 32位MCU选型，频率24MHz~80MHz，Flash存储4kB~2048kB，RAM存储2kB~512kB。
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产品型号
|
品类
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系列
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
|
RAM (kB)
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Vdd min（V）
|
Vdd max（V）
|
Package Type
|
Package Size (mm)
|
Internal Osc.
|
Debug Interface
|
Cryptography
|
Dig I/O Pins
|
ADC 1
|
DAC
|
USB
|
Cap Sense
|
LCD
|
Temp Sensor
|
Timers (16-bit)
|
UART
|
USART
|
SPI
|
I2C
|
I2S
|
EMIF
|
RTC
|
Comparators
|
|
EFM32GG290F512-BGA112
|
32位MCU
|
EFM32 Giant Gecko
|
48
|
512
|
128
|
1.98
|
3.8
|
BGA112
|
10x10
|
±2%
|
ETM; SW
|
AES-128 AES-256
|
90
|
12-bit, 8-ch., 1 Msps
|
12-bit, 2 ch.
|
-
|
Cap Sense
|
-
|
Temp Sensor
|
4
|
7
|
3
|
3
|
2
|
1
|
0
|
RTC
|
2
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
SILICON LABS EFM32 Tiny Gecko 32-bit Microcontroller选型表
SILICON LABS 32位MCU选型，基于32MHz Frequency,4kB~32kB Flash,2kB或4kB RAM等参数进行选型。
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产品型号
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品类
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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RAM (kB)
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Dig I/O Pins
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ADC 1
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DAC
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Cap Sense
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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UART
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USART
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SPI
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I2C
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I2S
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EMIF
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RTC
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Comparators
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Vdd min（V）
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Vdd max（V）
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Package Type
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Package Size (mm)
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Internal Osc.
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Debug Interface
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EFM32TG108F16-QFN24
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microcontroller
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32
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16
|
4
|
17
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—
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12-bit
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Cap Sense
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Temp Sensor
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2
|
2
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1
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1
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1
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1
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0
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RTC
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2
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1.98
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3.8
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QFN24
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5x5
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±2%
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SW
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
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授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
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