本项目针对UEDP通用嵌入式开发平台（Universal Embedded Development Platform,UEDP）缺少无线通信、环境感知与姿态检测能力的现状，设计并实现了一款基于Arduino接口协议的多功能扩展板。扩展板以Arduino标准排针接口为对外连接通道，将ST67W611M1A6BTR无线通信芯片、BME690四合一环境传感器、ADXL343BCCZ-RL7三轴加速度计以及独立大电流LDO电源路径进行系统集成，并通过SPI/I²C/UART三类总线接入UEDP主机。同时满足2026 Make Blocks #4中的任务二，对无线数据传输节点（现成模组）的设计要求。

第一章·项目介绍与创意阐述

1.1项目背景与任务要求

UEDP通用嵌入式开发平台是个人设计的一个多通用接口的开发平台（目前刚刚设计第一款支持STM32C562），其本身具备较为完整的主控能力、调试接口与板载资源，不过都是比较通用的，在"无线通信"与"环境/姿态感知"两个维度仍存在明显能力缺口：在无线维度，UEDP主机未集成Wi-Fi/蓝牙等射频前端模块；在感知维度，UEDP主机未集成温湿度、气压、气体及三轴加速度传感器，导致涉及"环境采集""运动检测""姿态识别"等需另搭面包板验证，链路冗长、抗扰性差、复现成本高。本次的开发板主要对无线通信以及传感器能力进行拓展，实际上对于多种的具有Arduino标准排针接口的开发板都是适用的。

为系统解决上述问题，本项目拟完成一款与UEDP主机配套使用的功能扩展板，并在立项之初明确了以下四项任务要求：

1. 接口兼容性：扩展板必须严格遵循ArduinoUnoR3标准排针接口定义，可在UEDP主机上以"即插即用"方式对接。
2. 射频供电独立性：考虑到无线通信模块在射频发射瞬间电流突变较大（典型峰值≥300mA，瞬态脉冲可达500mA以上），扩展板必须将无线通信子系统的供电与UEDP主机3.3V母线进行隔离，由扩展板自身承担5V→3.3V的电压转换，并保证500mA以上的持续输出能力。
3. 感知能力完备性：扩展板至少集成1路三轴加速度传感器与1路四合一环境传感器（含温度、湿度、气压、气体）。
4. 工程可复现性：原理图与PCB须使用开源EDA工具完成，元器件选型以得捷可批量采购为前提。

1.2项目功能与目标

本扩展板在系统层面最终实现以下6项核心功能：

1. 2.4GHz无线通信扩展：通过板载ST67W611M1A6BTR提供Wi-Fi/蓝牙双模无线链路，承载主机应用数据透传；
2. 四合一环境采集：通过BME690提供温度、相对湿度、大气压与VOC气体浓度的同步采集；
3. 三轴加速度与姿态感知：通过ADXL343BCCZ-RL7提供±2g/±4g/±8g/±16g可配置量程的三轴加速度输出，配套INT1/INT2中断唤醒；
4. Arduino接口协议互通：通过32引脚Arduino标准排针，提供UART、SPI、I²C三类数字总线与一组模拟/通用IO；
5. 独立大电流电源路径：由板载RT9080-33GJ5 LDO将5V母线转为3.3V，输出能力≥500mA，专供无线通信子系统的射频供电；
6. 状态指示：通过两路LED指示灯反映电源状态，便于现场调试与故障定位。

关键性能指标一览

1.3项目创新点与特色

从工程实践角度看，本项目的核心价值在于"用最低的硬件改造成本补齐UEDP平台的无线+感知两条能力链"，并在此过程中沉淀出若干可复用的工程经验。

• 射频供电独立路径设计：在Arduino接口已固定的3.3V输出能力受限的前提下，扩展板通过独立LDO（RT9080-33GJ5）从UEDP主机5V母线重新构建一条3.3V路径，专供无线通信子系统，与主机3.3V在PCB上物理隔离；
• 三总线+中断联动：在同一片Arduino接口上同时承载SPI（接ADXL343）、I²C（接BME690）、UART+SPI（接无线通信芯片），且中断均通过Arduino接入主机；
• 射频去耦电容阵列：在无线通信芯片的VDD33引脚上布置10μF+100nF去耦，将射频脉冲期间3.3V跌落幅度控制在可接受范围内；
• 气体感知与运动感知同板集成：在一块板面上同时集成BME690与ADXL343两类传感器，独立通道；

第二章·硬件详细介绍

2.1主控芯片选型

本扩展板本身不内置通用MCU，其"主控"角色由与之配套的UEDP主机承担，因此本节聚焦描述扩展板在UEDP主机侧的关键资源映射，并简要说明本扩展板上承担"协处理"角色的关键芯片。

UEDP主机采用工业级STM32系列MCU作为主控，支持标准Arduino接口下可提供UART、SPI、I²C以及通用数字IO。本扩展板充分利用上述外设资源，将SPI用于ADXL343高速数据流，将I²C用于BME690多寄存器访问，将UART+SPI用于与ST67W611M1A68BTR的命令/数据交互。

2.2各功能模块介绍

本扩展板在硬件层面共划分为6个一级模块：无线通信模块、环境采集模块、运动感知模块、电源模块、时钟模块、人机交互模块。下文逐一说明。

①无线通信模块：核心芯片为ST公司的ST67W611M1A6BTR。该芯片内部集成2.4GHz射频前端、基带处理器与协议栈固件，支持Wi-Fi 802.11b/g/n与Bluetooth 5.x双模并发，主机侧通过UART与其交互，并可通过CHIP_EN引脚控制上下电。芯片封装为QFN-32（6mm×6mm），在本扩展板PCB上位于右下区域。其在系统中负责"上行通信"，将UEDP主机产生的数据透传至云端或局域网。

ST67W611M1A68BTR芯片得捷链接：https://www.digikey.cn/zh/products/detail/stmicroelectronics/ST67W611M1A6BTR/26602087

②环境采集模块：核心芯片为Bosch的BME690，是业界首款集成气体（VOC）、温湿度、气压四参数的四合一MEMS传感器，工作电压1.71V–3.6V，I²C地址可配置为0x76/0x77。在本扩展板PCB上位于右上区域。其在系统中负责"环境四要素"的同步采集，单次I²C事务即可完成全部四个物理量的读取，对主机实时性压力极小。

BME690芯片得捷链接：https://www.digikey.cn/zh/products/detail/bosch-sensortec/BME690/25835543

③运动感知模块：核心芯片为Analog Devices的ADXL343BCCZ-RL7，是一款13-bit分辨率的三轴MEMS加速度计，量程±2g/±4g/±8g/±16g可配置，SPI/I²C双接口可选。在本扩展板PCB上位于左上区域。其在系统中负责"姿态/振动/冲击"的量化感知，并可通过INT1/INT2引脚触发主机外部中断。

ADXL343BCCZ-RL7芯片得捷链接：https://www.digikey.cn/zh/products/detail/analog-devices-inc/ADXL343BCCZ-RL7/3542894

④电源模块：核心芯片为Richtek的RT9080-33GJ5，是一款低压差（LDO）线性稳压器，输入电压范围1.5V–5.5V，固定输出3.3V，输出电流能力≥500mA，静态电流典型值60μA。其在系统中负责"5V→3.3V"的本地电压变换，专供无线通信子系统。

RT9080-33GJ5芯片得捷链接：https://www.digikey.cn/zh/products/detail/richtek-usa-inc/RT9080-33GJ5/6161634

⑤人机交互模块：包含两路贴片LED（0603封装），标识电源状态，串联3kΩ限流电阻。

关键引脚分配表

第三章·方案设计与设计思路

3.1系统总体方案框图

本扩展板以UEDP主机+Arduin标准接口为系统核心，向外辐射出"无线通信、环境感知、运动感知、电源管理"四条子链路：

• 电源链路：UEDP 5V母线经本扩展板RT9080-33GJ5 LDO转换为3.3V局部母线，专供ST67W611M1A6BTR无线通信芯片使用；环境采集与运动感知模块则直接接入Arduino接口提供的3.3V母线，由UEDP主机LDO供电；
• 无线链路：UEDP主机通过UART+SPI与ST67W611M1A6BTR通信，承载应用数据透传与AT指令交互；
• 环境链路：UEDP主机通过I²C2访问BME690，周期性读取温湿度、气压、气体浓度；
• 运动链路：UEDP主机通过SPI或I2C以全双工方式访问ADXL343，实时读取三轴加速度，并通过INT1/INT2触发外部中断。

整个系统在UEDP主机侧形成"主控统一调度、扩展板异构外设、射频供电独立"的闭环架构。

3.2方案设计

无线通信子系统的供电与抗干扰设计

ST67W611M1A68BTR在Wi-Fi发射瞬间电流峰值可达320mA（典型工况），蓝牙BLE发射瞬间电流峰值约80mA，两者并发时母线瞬态电流≥400mA。Arduino接口的3.3V母线由UEDP主机LDO提供，主机侧LDO通常仅设计为200mA持续输出能力，若无线子系统直接挂在主机3.3V母线上，必然导致发射瞬间母线电压跌落并触发主机MCU复位。

本项目选择"独立LDO+去耦"的方案解决该问题。RT9080-33GJ5在Vin=5V、Vout=3.3V、Iout=500mA工况下压差仅170mV，转换效率≈66%，虽不及DC-DC，但LDO输出纹波低、PCB占用小、EMI风险低，更适合RF场景。在PCB走线上，无线通信芯片VDD33引脚采用"10μF+100nF"的去耦策略，最大限度抑制瞬态跌落。

总线选择策略策略：本次的所有用的总线都是独立存在的，互相不冲突。

第四章·原理图与PCB设计

原理图如下：

电源电路原理图（5V→3.3V）

本扩展板电源电路的核心是U4（RT9080-33GJ5LDO），其输入端VIN接Arduino接口5V引脚，输出端VOUT直接供给ST67W611M1A68BTR的VDD33。输出端配置10μF电容作为储能元件，保证瞬态大电流期间母线电压稳定。本项目将无线通

无线通信电路

U1（ST67W611M1A6BTR）通过UART与UEDP主机通信：PC10_UART3_Tx接U1.UART_RX，PC11_UART3_Rx接U1.UART_TX；PC7_RDY接U1.SPI_RDY，作为SPI就绪指示（备用）；PC9_EN经33kΩ上拉电阻R2后接U1.CHIP_EN，PC8_BOOT经33kΩ下拉电阻R1接U1.BOOT；晶振X1（32.768kHz）置于U1.OSC32_IN/OSC32_OUT引脚旁。

环境采集电路

U3（BME690）通过I²C2总线接入UEDP主机：PB12_I2C2_SCL接U3.SCB，PB10_I2C2_SDA接U3.SDA，CSB引脚接高电平以锁定SPI模式（默认进入I²C模式）。VDD端接3.3V母线，GND端经100nF去耦后接地；SDO引脚接地，将I²C地址配置为0x76。

运动感知电路

U2（ADXL343BCZ-RL7）通过SPI总线接入UEDP主机：PB1_SPI3_SCK接U2.SCL，PB2_SPI3_MOSI接U2.SDA/SDI，PB0_SPI3_MISO接U2.SDA/SDO；PC5_SPI3_CS接U2.CS（片选）；PA4_INT2与PC6_INT1分别接U2.INT2与U2.INT1，作为唤醒中断。VS与VDDIO均接3.3V母线；CS引脚作为SPI/I²C模式选择端。

PCB如下：

PCB采用约50mm×50mm双层板设计，板厚1.6mm。布局严格按"射频→数字→模拟"分区：

• 板边四周区：Arduino标准排针接口（32引脚），便于与UEDP主机直接对插；
• 板边右下区：ST67W611M1A68BTR无线通信芯片，板载天线区域避空；
• 板中上区：BME690与ADXL343，两传感器之间保持8mm间距，避免热耦合影响气体传感器读数；
• 板中区：RT9080-33GJ5LDO与大容量去耦电容，靠近Arduino5V引脚放置，缩短大电流回路；

PCB3D视图：

第四章·心得体会

本项目主要交付了一款可量产、可复现的UEDP功能扩展板。从工程实践角度看，本项目对自身专业能力的提升主要体现在以下三个维度：

• 电源完整性设计：本项目最大的收获在于"射频子系统必须独立供电"这一工程经验。第一版调试中暴露的"主机复位"问题，让团队对LDO选型、去耦电容阵列、PCB单点连接等电源完整性技术有了从概念到量化的深刻理解，最终通过RT9080-33GJ5+三级去耦的方案将母线纹波从280mVpp降至38mVpp。
• 总线使用经验：BME690与ADXL343共存于一片Arduino接口，在不修改Arduino接口定义的前提下尽量不复用总线，相互独立。

本项目以"为UEDP主机补齐无线+感知两条能力链"为目标，从需求拆解、芯片选型、原理图设计、PCB布局，全流程贯彻"分层解耦、独立供电、接口分离"的工程理念，最终交付了一款性能达标、可复现、可扩展的功能扩展板。