CN214586884U - 一种基于树莓派的集成拓展板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于树莓派的集成拓展板，包括树莓派扩展板，以及集成到所述树莓派扩展板的模数转换电路模块、蜂鸣器电路模块、光敏传感器电路模块、温度传感器电路模块、按键电路模块、LED灯电路模块。本实用新型将多种功能模块集成化，减少外接硬件的使用，集成度高，成本低，满足使用者的多种功能需求。

Description

一种基于树莓派的集成拓展板

技术领域

本实用新型涉及拓展板领域，特别是涉及一种基于树莓派的集成拓展板。

背景技术

树莓派(Raspberry Pi)是一个独立的单板计算机系统，小体积、低功耗，具有基于ARM的Broadcom处理器SoC以及片上GPU(图形处理单元)；具有可扩展接口GPIO，可以连接LED显示、电机驱动、传感器等设备，是物联网、自动化控制和交互式智能化的优质入门平台。树莓派基金会提供基于Debian的Raspbian和NOOBS操作系统，并可以安装Ubuntu，Archlinux，RISC OS，Windows 10IOT Core等几个第三方版本的操作系统。

在现实产品中，传感器直接连接树莓派存在端口数量不足、无法直接连接树莓派、缺少保护电路等缺点，导致许多传感器无法同时使用，容易烧毁，操作门槛高等问题，本产品高度兼容各个树莓派型号，合理且高度集成常用功能器件接口，整合更多的单元功能，配备专用的传感器接口和功能扩展接口，充分解决以上存在的使用问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于树莓派的集成拓展板，以解决上述现有技术存在的问题，使其将多种功能模块集成化，减少外接硬件的使用，集成度高，成本低，满足使用者的多种功能需求。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种基于树莓派的集成拓展板，包括树莓派扩展板，以及集成到所述树莓派扩展板的模数转换电路模块、蜂鸣器电路模块、光敏传感器电路模块、温度传感器电路模块、按键电路模块、LED灯电路模块。

优选的，所述模数转换电路模块包括ADS1115模数转换芯片。

优选的，所述蜂鸣器电路模块包括电性连接的电阻R₁₄、电阻R₁₅、电阻R₁₇、三极管Q₁和MOS管Q₂，所述电阻R₁₄并联在所述MOS管Q₂的源级和所述MOS管Q₂的栅极，所述电阻R₁₅与所述MOS管Q₂的漏极连接，所述电阻R₁₅还通过电阻R₁₇与所述三极管Q₁的基极连接，所述三极管Q₁的发射极与蜂鸣器连接。

优选的，所述光敏传感器电路模块包括分压电路、比较电路和显示报警电路，所述分压电路包括光敏电阻Ropt和基准电阻R₁₃，所述比较电路包括比较器和变阻器R₁₂，所述显示报警电路包括限流电阻R₁₆和发光二极管D₅，所述光敏电阻Ropt一端通过基准电阻R₁₃与电源相连，还与所述比较器的正比较端连接，所述比较器的负比较端与所述变阻器R₁₂的一端连接，所述比较器的输出端通过限流电阻R₁₆与发光二极管D₅连接。

优选的，所述LED灯电路模块包括电阻R₅、电阻R₆、电阻R₇、电阻R₈、第一颜色发光二极管D₁，第二颜色发光二极管D₂、第三颜色发光二极管D₃和第四颜色发光二极管D₄，所述电阻R₅与所述第一颜色发光二极管D₁连接，所述电阻R₆与所述第二颜色发光二极管D₂连接，所述电阻R₇与所述第三颜色发光二极管D₃连接，所述电阻R₈与所述第四颜色发光二极管D₄连接。

优选的，所述按键电路模块包括按键接口GPIO₂₅和按键接口GPIO₂₆。

优选的，所述集成拓展板还包括若干外设接口，其中，所述外设借口至少包括四路循迹传感器接口，SPI接口，舵机、电机接口，超声波接口，I2C接口。

优选的，所述温度传感器电路模块与所述模数转换电路模块电性连接，所述温度传感器电路模块包括LM35传感器。

本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型模数转换电路模块、蜂鸣器电路模块、光敏传感器电路模块、温度传感器电路模块、按键电路模块、LED灯电路模块、接口电路模块集成到树莓派扩展板，本产品尺寸与Raspberry Pi A+\B+\Raspberry Pi 2\Raspberry Pi 3\Raspberry Pi 4兼容，可直插安装，常用功能器件的高度合理集成，整合更多功能单元，配备专用传感器接口和功能扩展接口，实现了将多种功能模块集成化，减少外接硬件的使用，集成度高，成本低，满足使用者的多种功能需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的基于树莓派集成拓展板的结构示意图；

图2为本实用新型的基于树莓派集成拓展板的电性连接原理示意图；

图3为本实用新型中模数转换电路模块电路示意图；

图4为本实用蜂鸣器模块电路示意图；

图5为本实用新型中LED灯电路模块电路示意图；

图6为本实用新型中按键电路模块电路示意图；

图7为本实用新型中光敏传感器电路模块电路示意图；

图8为本实用新型中4路循迹传感器接口电路示意图；

图9为本实用新型中I2C接口电路示意图；

图10为本实用新型中SPI接口电路示意图；

图11为本实用新型中舵机、电机接口电路示意图；

图12为本实用新型中超声波接口电路示意图；

图13为本实用新型中电源输出电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型提供一种基于树莓派的集成拓展板，参考图1-2，该集成拓展板包括树莓派扩展板、模数转换电路模块、蜂鸣器电路模块、光敏传感器电路模块、温度传感器电路模块、按键电路模块、LED灯电路模块、接口电路模块，所述模数转换电路模块、蜂鸣器电路模块、光敏传感器电路模块、温度传感器电路模块、按键电路模块、LED灯电路模块、接口电路模块集成到树莓派扩展板。

参考图3，模数转换电路模块采用ADS1115模数转换芯片，该芯片能够同时输入4路独立的模拟信号，数值精度为15位，ADS1115模数转换芯片通过I2C通信方式进行通信读取模拟引脚的数值，I2C的SDA和SCL均用4.7K电阻拉高，电阻大小影响消耗功率以及转换时间。ADS1115模数转换芯片在转换期间产生瞬态电流。一个0.1μF(C1)的电源旁路电容提供电源所需的额外电流的瞬间脉冲串。

参考图4，蜂鸣器电路模块包括电性连接的电阻R₁₄、电阻R₁₅、电阻R₁₇、三极管Q₁和MOS管Q₂，电阻R₁₄并联在MOS管Q₂的源级和MOS管Q₂的栅极，电阻R₁₅与MOS管Q₂的漏极连接，电阻R₁₅还通过电阻R₁₇与三极管Q₁的基极连接，三极管Q₁的发射极与蜂鸣器连接。将蜂鸣器电路集成到拓展板上，无需外接有源蜂鸣器，可直接控制蜂鸣器开关。

参考图5，LED灯电路模块包括电阻R₅、电阻R₆、电阻R₇、电阻R₈、第一颜色发光二极管D₁，第二颜色发光二极管D₂、第三颜色发光二极管D₃和第四颜色发光二极管D₄，电阻R₅与第一颜色发光二极管D₁连接，电阻R₆与第二颜色发光二极管D₂连接，电阻R₉与第三颜色发光二极管D₃连接，电阻R₁₀与第四颜色发光二极管D₄连接。本实施例中，采用红色、黄色、绿色、蓝色四种区分明显的发光二极管。将4个LED灯集成到拓展板上，能够直接进行LED灯亮灭操作。

参考图6，按键电路模块包括按键接口GPIO₂₅和按键接口GPIO₂₆。当按钮未按下时，GPIO接口为低电平，当按键按下时，GPIO接口为高电平。

参考图7，光敏传感器电路模块包括分压电路、比较电路和显示报警电路，所述分压电路包括光敏电阻Ropt和基准电阻R₁₃，所述比较电路包括比较器和变阻器R₁₂，所述显示报警电路包括限流电阻R₁₆和发光二极管D₅，所述光敏电阻Ropt一端通过基准电阻R₁₃与电源相连，还与所述比较器的正比较端连接，所述比较器的负比较端与所述变阻器R₁₂的一端连接，所述比较器的输出端通过限流电阻R₁₆与发光二极管D₅连接。光敏电阻Ropt是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱(明暗)变化而变化。在无光照射时，光敏电阻Ropt呈高阻状态；当有光照射时，光敏电阻Ropt电阻值迅速减小。光敏传感器电路模块还包括供电电源，电源输入电压为3.3V，分别给分压电路、比较器、发光二极管供电。采用集成光敏传感器电路，无需外接光敏传感器，可直接读取光敏传感器的数字值和模拟值，电路另加变阻器，方便调节光敏传感器的灵敏度。

参考图8-12，本实施例的接口电路模块包括四路循迹传感器接口，SPI接口，舵机、电机接口，超声波接口，I2C接口，四路循迹传感器接口可直接连接4路红外循迹传感器，本实施例中I2C接口有两个，可同时接入两个不同的I2C设备，SPI接口可直接连接RF卡，舵机、电机接口可直接连接舵机，超声波接口可直接连接超声波传感器，为防止超声波模块不正确接入电路导致损坏，在接口的引脚处加设保险丝。通过设置多种接口电路方便学习使用树莓派控制不同的硬件设备。参考图13，基于树莓派的集成拓展板还包括若干电源输出端口，在本实施例中留有3个5V接口、3个3.3V接口、3个GND接口。

进一步优化方案，温度传感器电路模块与模数转换电路模块电性连接，温度传感器电路模块采用LM35传感器。集成温度传感器电路，无需外接温度传感器，可直接读取该温度传感器的数值，使用LM35传感器，响应灵敏、精度较高、使用寿命长。

本实用新型中的集成拓展板具有三种通信方式接口：串口通信接口、I2C通信接口、SPI通信接口，支持直接连接支持上述三种通信方式的硬件设备。

本实用新型提供了一种基于树莓派的集成拓展板，优点在于：

1、单片PCB板，大小与树莓派匹配、体积小巧、功能丰富多样；

2、集成模数转换模块电路，无需外接模数转换模块，可直接读取4个独立的模拟通道的数值，使用寿命长，功能更稳定；

3、集成光敏传感器电路模块，无需外接光敏传感器，可直接读取光敏传感器的数字值和模拟值，电路另加变阻器，方便调节光敏传感器的灵敏度；

4、集成蜂鸣器电路模块，无需外接有源蜂鸣器，能够直接控制蜂鸣器开关；

5、集成温度传感器电路模块，无需外接温度传感器，可直接读取该温度传感器的数值，使用LM35传感器，响应灵敏、精度较高、使用寿命长；

6、集成两个按键开关，可以直接进行按键操作；

7、集成4个LED灯，可直接进行LED灯亮灭操作；

8、可以直接连接超声波、舵机、RF卡、4路循迹传感器等传感器模块，方便学习使用树莓派控制不同的硬件设备；

9、具有三种通信方式接口：串口通信接口、I2C通信接口、SPI通信接口，支持直接连接支持上述三种通信方式的硬件设备。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于树莓派的集成拓展板，其特征在于：包括树莓派扩展板，以及集成到所述树莓派扩展板的模数转换电路模块、蜂鸣器电路模块、光敏传感器电路模块、温度传感器电路模块、按键电路模块、LED灯电路模块。

2.根据权利要求1所述的基于树莓派的集成拓展板，其特征在于：所述模数转换电路模块包括ADS1115模数转换芯片。

3.根据权利要求1所述的基于树莓派的集成拓展板，其特征在于：所述蜂鸣器电路模块包括电性连接的电阻R₁₄、电阻R₁₅、电阻R₁₇、三极管Q₁和MOS管Q₂，所述电阻R₁₄并联在所述MOS管Q₂的源级和所述MOS管Q₂的栅极，所述电阻R₁₅与所述MOS管Q₂的漏极连接，所述电阻R₁₅还通过电阻R₁₇与所述三极管Q₁的基极连接，所述三极管Q₁的发射极与蜂鸣器连接。

4.根据权利要求1所述的基于树莓派的集成拓展板，其特征在于：所述光敏传感器电路模块包括分压电路、比较电路和显示报警电路，所述分压电路包括光敏电阻Ropt和基准电阻R₁₃，所述比较电路包括比较器和变阻器R₁₂，所述显示报警电路包括限流电阻R₁₆和发光二极管D₅，所述光敏电阻Ropt一端通过基准电阻R₁₃与电源相连，还与所述比较器的正比较端连接，所述比较器的负比较端与所述变阻器R₁₂的一端连接，所述比较器的输出端通过限流电阻R₁₆与发光二极管D₅连接。

5.根据权利要求1所述的基于树莓派的集成拓展板，其特征在于：所述LED灯电路模块包括电阻R₅、电阻R₆、电阻R₇、电阻R₈、第一颜色发光二极管D₁，第二颜色发光二极管D₂、第三颜色发光二极管D₃和第四颜色发光二极管D₄，所述电阻R₅与所述第一颜色发光二极管D₁连接，所述电阻R₆与所述第二颜色发光二极管D₂连接，所述电阻R₇与所述第三颜色发光二极管D₃连接，所述电阻R₈与所述第四颜色发光二极管D₄连接。

6.根据权利要求1所述的基于树莓派的集成拓展板，其特征在于：所述按键电路模块包括按键接口GPIO₂₅和按键接口GPIO₂₆。

7.根据权利要求1所述的基于树莓派的集成拓展板，其特征在于：所述集成拓展板还包括若干外设接口，其中，所述外设接口至少包括四路循迹传感器接口，SPI接口，舵机、电机接口，超声波接口，I2C接口。

8.根据权利要求1所述的基于树莓派的集成拓展板，其特征在于：所述温度传感器电路模块与所述模数转换电路模块电性连接，所述温度传感器电路模块包括LM35传感器。

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