稀饭放姜 iRTU 学习日记（1）：认识iRTU开源电路

Openluat Air720D 4G DTU主控板是由合宙开源社区技术大拿“稀饭放姜”设计，上海合宙物联网公司推出的一款移动2G/4G 双模DTU产品，纯iRTU血统，电路软件均彻底开源。

###Openluat Air720D 4G DTU主控板 是由合宙开源社区技术大拿“稀饭放姜”设计，上海合宙物联网公司推出的一款移动2G/4G 双模DTU产品，纯iRTU血统，电路软件均彻底开源。 前不久有幸收到了一片样板，遂对其开始进行研究。
![](/static/editormd/php/../uploads/5_85822.jpg)

从图上看，模块居于电路板的右上方，模块左侧为供电电路，下方从左到右顺次为用于调试的USB插口、UART转RS485 IC、Nano SIM卡座，右下角有一个不太明显的工作状态指示灯，最下面是电源供电和RS485通讯接口。 应该说这是我见过的最精简的DTU主板了，在不损失性能的前提下把器件优化做到了极致，ESD保护器件和电源退耦合又一样都不缺。 正所谓多一分冗余，少一分不足，平衡点选的恰到好处。

下面是DTU主控板的一些基本电气及机械参数（数据来源：DTU-Air720D 硬件用户手册 ）

传输方式：

基于RS485通讯协议的双线式数据传输(-15v ~ -3v 代表 1 +3v ~ +15v 代表 0)

串口最高速率为921600bps

工作电压：

9-24VDC（实测输入低至5V也是可以工作的）

外形尺寸:

70x43x15(不包含天线座和插接件)

100x43x20(含天线座和插接件)

重量：

23克（不含接插件）
28克 (含接插件)

下面是根据合宙官方提供的的介绍图纸加以描述而来的功能分解图

![](/static/editormd/php/../uploads/5_86828.png)

电路的主料为合宙出品的Air720D 2G/4G移动双模数据通讯模组，下面是基本常用的参数：

尺寸：32mmX29mmX2.4mm
供电电压：3.3V-4.2V,推荐3.8V, 突发模式下最大电流为1.8A，待机电流为1.8-5.5mA
通讯接口：USB2.0（从模式），UARTx2（UART1调试串口最高115200bps，UART2主串口最高921600bps），I2Cx1
通讯频段：2G B3/B8, 4G-LTE-FDD B3/B8, 4G-LTE-TDD B34/B38/B39/B40/B41
工作温度：-40°C ~ +85°C

![](/static/editormd/php/../uploads/5_99020.png)

这是我摘录下来的iRTU，Air720部分原理图，图纸源文件在iRTU群（QQ群号：952343033）提供下载 。iRTU与外部RS485设备通讯采用的是串口1，GPIO67为LED状态信号灯，GPIO54（I2C_SDA)作为复位引脚，板载USB2.0 TypeB接口用于下载和调试固件。 SIM卡座外接4根引脚支持1.8V-3.3V 中国移动IC卡。

![](/static/editormd/php/../uploads/5_89972.png)

此处有几个点我还没搞明白

1） datatsheet上说明串口1最高仅支持115200bps，但是产品说明书中本产品的最高波特率为921600bps，是否有特殊的优化实现这一点。

2） Reset没有使用硬件的标准RESET_IN引脚而是使用了GPIO54。

3） 控制RS485方向的IO口为GPIO13，这个端口原来是做sim卡存在检测的，应为输入IO，此处用作输出IO。

我将在今后的测试中尝试自己测试，并在社群中寻求“稀饭放姜”老师的帮助把这些点搞清楚。

电源部分采用的合宙官方推荐的久经考验的JW5026 DC-DC降压电路，平均输出电流标称为1A，最大输入电流为1.7A。

![](/static/editormd/php/../uploads/5_24464.png)

因为开关频率达到了MHz级（1.1MHz），因此布线时需要对RF参数及EMC参数进行全盘考虑，此板Layout由“稀饭放姜”亲自主持设计，性能自然不俗，读者在设计电路的时候可以多加参考，少走弯路。

![](/static/editormd/php/../uploads/5_32037.jpg)
Air720D采用的是1.8V IO 电平，为了与SP3485CN转换芯片要求的3.3V电平相匹配，加入了3片74LVC1T45进行电平转换。 该芯片的电平转换范围为1.65V-5.5V，也能满足其他场合的电平转换应用，如1.8转5V，3.3V转5V等。

![](/static/editormd/php/../uploads/5_45839.png)

“稀饭放姜”在后续的版本中，又将74LV1T45改为了更为精简的N沟道MOS管PNMET20V06E电平转换电路，跟进一步降低了电路成本。凸显了他扎实的电路设计能力和务实的作风。 电路工作原理如下，如果是低电平MOS管导通，将MOS管漏极同步拉低，如果是高电平，MOS管截止，漏极呈现高阻，由外部电源电压上拉到合适的电平

![](/static/editormd/php/../uploads/5_44036.png)

由于Air720D的IO口输出电压仅为1.8V，驱动能力也比较差，因此指示灯部分如果直接驱动，发光管亮度将非常低，增加一个常见的NPN型三极管2N5551进行电压放大解决了这个问题。 三极管在开关状态下基本上属于饱和状态，使用了1个4.7KOhm的输入电阻，按B-E结压降0.7V计算，Air720 IO驱动输出电流约为230uA。三极管输出限流电阻为470Ohm，红色发光管2V工作电压，E-C结饱和压降0.4V计算，输出电流约为1.9mA亮度适中。
![](/static/editormd/php/../uploads/5_35424.png)

这款主控板还在USB的D+,D-引脚上对地增加了两枚PESDMC9D5VU保护二极管，在SIM卡的4个引出脚上对地添加了PESDLC553T5VU保护二极管阵列 对裸露IO口进行静电保护处理。 在SP3485CN输出的485_A，485_B引脚上对地和相互间增加了SMF6.0A钳位二极管用于芯片保护，在方方面面都进行了周全的工业设计，完全满足直接量产生产的设计标准。

![](/static/editormd/php/../uploads/5_70534.jpg)

只需再配上壳子就是性能优秀的一款DTU产品了。读者可以自行淘宝购买配置。

下一篇，我将尝试对720DTU主控大板进行功能测试。时间所限，本次先写到这里，感谢您的阅读。

发表于 2019-11-27 15:24
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