Arduino Nano 33 BLE Sense

Предупреждение

Эта плата больше не поддерживается. Последний выпуск прошивки OpenMV для Arduino Nano 33 BLE Sense — 4.7.0. Дальнейшие обновления прошивки, исправления ошибок или новые функции для этой платформы выпускаться не будут. Приведённая ниже информация сохранена для пользователей версии 4.7.0 и более ранних.

Arduino Nano 33 BLE Sense — это плата размером 45 × 18 мм в форм-факторе Arduino Nano, построенная на базе Nordic Semiconductor nRF52840 — одного ARM Cortex-M4 с FPU, работающего на частоте 64 МГц, с 256 КБ внутренней SRAM и 1 МБ внутренней флеш-памяти. BLE обеспечивается встроенным в кристалл радиомодулем, а на плате установлены 9-осевой IMU, барометр LPS22HB, датчик температуры/влажности HTS221 / HS3003, датчик внешней освещённости / цвета / приближения / жестов APDS9960 и PDM-микрофон MP34DT05. Прошивка OpenMV управляет всеми этими устройствами из MicroPython.

Полное техническое описание, фотографии и размеры см. на странице продукта Arduino Nano 33 BLE Rev2.

Основные характеристики

• Nordic nRF52840 Cortex-M4 с FPU на частоте 64 МГц с 256 КБ внутренней SRAM и 1 МБ внутренней флеш-памяти.

• Bluetooth LE 5.0 через встроенный в кристалл радиомодуль и Nordic SoftDevice s140.

• 9-осевой IMU — LSM9DS1 на Rev 1, BMI270 + BMM150 на Rev 2. Встроенный драйвер imu опрашивает оба варианта при загрузке.

• Барометр LPS22HB, датчик температуры и влажности HTS221 / HS3003, датчик внешней освещённости / цвета / приближения / жестов APDS9960 и PDM-микрофон MP34DT05.

• Разъём Micro USB для питания, программирования и CDC REPL.

• 22 пользовательских вывода I/O на стандартных разъёмах Nano — TX/RX, D2–D13 (цифровые), A0–A7 (аналоговые).

Распиновка

Справочник по выводам

Имя вывода	Опорное напряжение	Функция
TX	3.3 В	UART1 TX
RX	3.3 В	UART1 RX
D2	3.3 В	PWM
D3	3.3 В	PWM
D4	3.3 В	PWM
D5	3.3 В	PWM
D6	3.3 В	PWM
D7	3.3 В	PWM
D8	3.3 В	PWM
D9	3.3 В	PWM
D10	3.3 В	PWM
D11	3.3 В	PWM / SPI0 MOSI
D12	3.3 В	PWM / SPI0 MISO
D13	3.3 В	PWM / SPI0 SCK
A0	3.3 В	ADC / PWM
A1	3.3 В	ADC / PWM
A2	3.3 В	ADC / PWM
A3	3.3 В	ADC / PWM
A4 / I2C_SDA	3.3 В	ADC / PWM / I2C0 SDA
A5 / I2C_SCL	3.3 В	ADC / PWM / I2C0 SCL
A6	3.3 В	ADC / PWM
A7	3.3 В	ADC / PWM
RESET	3.3 В	нажмите кнопку RESET на плате или притяните к GND для сброса
LED_BUILTIN	—	Оранжевый пользовательский светодиод на D13
LED_RED	—	Красный канал RGB-светодиода (активный низкий уровень)
LED_GREEN	—	Зелёный канал RGB-светодиода (активный низкий уровень)
LED_BLUE	—	Синий канал RGB-светодиода (активный низкий уровень)

Предупреждение

Выводы I/O платы Nano 33 BLE Sense рассчитаны только на 3.3 В — они не толерантны к 5 В. Подача 5 В на них повредит nRF52840.

Выводы питания

• VIN — вход 4.5 – 21 В. Питает плату через бортовой стабилизатор. Также подаётся через диод с шины USB 5 В, поэтому USB и VIN могут присутствовать одновременно, не воздействуя друг на друга.

• +5V — по умолчанию не подключён.

• +3V3 — выход стабилизатора 3.3 В.

• AREF — вывод аналогового опорного напряжения. На этой плате не подключён к nRF52840 — ADC всегда привязан к опорному напряжению 3.3 В.

• GND — общая земля.

Nano 33 BLE Sense может питаться по любому из путей:

• Micro USB — подаёт 5 В на бортовой стабилизатор.

• Вывод VIN — подайте стабилизированное питание 4.5 – 21 В.

Примечание

Паяльная перемычка на нижней стороне платы с маркировкой VUSB соединяет +5V с шиной USB 5 В. Замкните её, чтобы вывод разъёма +5V действительно нёс 5 В.

Примечание

Нормально замкнутую паяльную перемычку на выходе бортового импульсного стабилизатора 4.5–21 В можно перерезать, чтобы отключить стабилизатор, после чего плату можно питать напрямую от внешнего источника 3.3 В через +3V3.

Выводы восстановления и отладки

• RESET — это и открытая контактная площадка, и моментальная кнопка RESET на верхней стороне платы, связанные с линией сброса nRF52840. Притяните к GND или нажмите кнопку для сброса.

Nano 33 BLE Sense использует стандартный для Arduino двойной сброс для входа в загрузчик Arduino. Быстро нажмите кнопку RESET дважды — плата переходит в режим загрузчика, и OpenMV IDE может прошить новый образ прошивки.

Сигналы SWD nRF52840 выведены на металлизированные площадки на обратной стороне платы. Все сигналы отладки привязаны к 3.3 В.

Бортовые периферийные устройства

Светодиоды

Nano 33 BLE Sense имеет пользовательский RGB-светодиод — управляемый через нанесённые на плату каналы LED_RED, LED_GREEN и LED_BLUE — плюс отдельный оранжевый LED_BUILTIN на D13. Все четыре управляются программно через machine.LED:

from machine import LED

LED("LED_RED").on()
LED("LED_GREEN").on()
LED("LED_BLUE").on()
LED("LED_BUILTIN").on()

Отдельный зелёный светодиод питания на плате горит всякий раз, когда подана шина +3.3 В, и не управляется пользователем.

Датчик камеры

Прошивка OpenMV на Nano 33 BLE Sense поддерживает параллельный CMOS-датчик OmniVision OV7670. На плате нет бортового датчика изображения — подключите модуль OV7670 к нанесённым на плату выводам разъёма, перечисленным ниже, и управляйте им через модуль csi — датчики камеры:

import csi

cam = csi.CSI()
cam.reset()
cam.pixformat(csi.RGB565)
cam.framesize(csi.QVGA)
cam.snapshot(time=2000)       # let auto‑exposure settle

while True:
    img = cam.snapshot()

Примечание

OV7670 занимает 14 выводов. Прошивка подключает их следующим образом:

Сигнал датчика	Вывод Nano 33 BLE Sense
D0	D10
D1	TX
D2	RX
D3	D2
D4	D3
D5	D5
D6	D6
D7	D4
HSYNC	A1
VSYNC	D8
PXCLK	A0
MXCLK	D9
POWER	A3
RESET	A2
SCL	A5 (I²C 0)
SDA	A4 (I²C 0)

Шина управления I²C датчика OV7670 — это та же внешняя I²C 0, выведенная на A5/A4. Датчик находится по 7-битному адресу 0x21 — пользовательские устройства на этой шине должны избегать данного адреса, когда камера подключена.

IMU

9-осевой IMU доступен через встроенный модуль imu, который автоматически определяет, установлен ли на плате LSM9DS1 (Rev 1) или BMI270 + BMM150 (Rev 2), и предоставляет единый класс imu.IMU. Датчики находятся на внутренней шине I²C 1 (P14 / P15):

import time
from machine import I2C, Pin
from imu import IMU

bus = I2C(1, scl=Pin("P15"), sda=Pin("P14"))
sensor = IMU(bus)

while True:
    print(sensor.accel())     # (x, y, z) in g
    print(sensor.gyro())      # (x, y, z) in deg/s
    print(sensor.magnet())    # (x, y, z) magnetometer
    time.sleep_ms(100)

Для прямого доступа к функциям вроде обнаружения касания или FIFO импортируйте соответствующий встроенный драйвер (lsm9ds1, bmi270 или bmm150) и создайте его экземпляр на той же шине.

Датчики окружающей среды

Барометр (LPS22HB) и датчик температуры / влажности (HTS221 на Rev 1, HS3003 на Rev 2) используют ту же внутреннюю шину I²C 1, что и IMU:

import time
from machine import I2C, Pin
from lps22h import LPS22H
from hts221 import HTS221

bus = I2C(1, scl=Pin("P15"), sda=Pin("P14"))
lps = LPS22H(bus)
try:
    hts = HTS221(bus)
except OSError:
    from hs3003 import HS3003
    hts = HS3003(bus)

while True:
    print("pressure:    %.2f hPa" % lps.pressure())
    print("temperature: %.2f C"   % lps.temperature())
    print("humidity:    %.2f %%"  % hts.humidity())
    time.sleep_ms(500)

Освещённость / цвет / приближение / жесты

Датчик Broadcom APDS9960 находится на той же внутренней шине I²C 1 и обеспечивает измерение внешней освещённости, цвета RGB, приближения и жестов:

import time
from machine import I2C, Pin
from apds9960 import uAPDS9960 as APDS9960

bus = I2C(1, scl=Pin("P15"), sda=Pin("P14"))
apds = APDS9960(bus)
apds.enableLightSensor()

while True:
    print("ambient light:", apds.readAmbientLight())
    time.sleep_ms(250)

Микрофон

Бортовой PDM-микрофон MP34DT05 захватывается через audio — Модуль Audio. Каждый буфер приходит как 16-битный знаковый PCM в виде bytearray, готовый для передачи в ulab/numpy для DSP:

import audio
from ulab import numpy as np

def loudness(pcmbuf):
    samples = np.array(np.frombuffer(pcmbuf, dtype=np.int16), dtype=np.float)
    rms = np.sqrt(np.mean(samples ** 2))
    if rms > 10000:
        print("Loud!", int(rms))

audio.init(channels=1, frequency=16000, gain_db=24)
audio.start_streaming(loudness)

while True:
    pass

Bluetooth

Радиомодуль Bluetooth LE 5.0 nRF52840 работает на Nordic SoftDevice s140 и доступен через устаревший модуль ubluepy — современные API bluetooth / aioble — асинхронный BLE в этой сборке не включены. Доступны обе роли — периферийное устройство (GATT-сервер, рассылка объявлений) и центральное устройство (наблюдатель / сканер GAP + подключение).

Рассылайте объявления в роли периферийного устройства с единственной службой Environmental Sensing и уведомляемой характеристикой температуры — функция обратного вызова event_handler срабатывает при подключении, отключении и записи CCCD:

from ubluepy import Service, Characteristic, UUID, Peripheral, constants
from machine import LED

def event_handler(event_id, handle, data):
    if event_id == constants.EVT_GAP_CONNECTED:
        LED("LED_GREEN").on()
    elif event_id == constants.EVT_GAP_DISCONNECTED:
        LED("LED_GREEN").off()
        periph.advertise(device_name="Nano 33", services=[svc])

svc = Service(UUID("181A"))                          # Environmental Sensing
char = Characteristic(UUID("2A6E"),                  # Temperature
                      props=Characteristic.PROP_NOTIFY | Characteristic.PROP_READ,
                      attrs=Characteristic.ATTR_CCCD)
svc.addCharacteristic(char)

periph = Peripheral()
periph.addService(svc)
periph.setConnectionHandler(event_handler)
periph.advertise(device_name="Nano 33", services=[svc])

Сканируйте ближайшие устройства, рассылающие объявления, в роли центрального устройства:

from ubluepy import Scanner

for entry in Scanner().scan(1_000):                  # 1 second window
    print(entry.addr(), entry.rssi(), "dBm")

Полный API см. в справочнике ubluepy — UUID, Service, Characteristic, Peripheral, Scanner, ScanEntry и пространство имён constants.

Справочник по шинам

GPIO

Используйте machine.Pin для чтения или управления любым из нанесённых на плату выводов. Выходы — 3.3 В CMOS — 15 мА на вывод, 25 мА суммарно по всем GPIO.

from machine import Pin

out = Pin("D2", Pin.OUT)
out.on()
out.off()
out.value(1)

inp = Pin("D3", Pin.IN, Pin.PULL_UP)
print(inp.value())

Любой входной вывод также может генерировать прерывание по перепаду уровня:

def handler(pin):
    print("triggered:", pin)

Pin("D3", Pin.IN, Pin.PULL_UP).irq(
    handler, Pin.IRQ_FALLING | Pin.IRQ_RISING,
)

UART

Шина	TX	RX
UART1	TX	RX

Используйте нанесённые на плату имена TX/RX с machine.UART:

from machine import UART

uart = UART(1, baudrate=115200)
uart.write("hello")
uart.read(5)

I²C

Шина	SDA	SCL
I2C0	I2C_SDA / A4	I2C_SCL / A5
I2C1	P14	P15

Обеим шинам нужно явно передавать их выводы в machine.I2C:

from machine import I2C, Pin

bus0 = I2C(0, scl=Pin("I2C_SCL"), sda=Pin("I2C_SDA"), freq=400_000)
bus0.scan()

bus1 = I2C(1, scl=Pin("P15"), sda=Pin("P14"), freq=400_000)
bus1.scan()

Примечание

Шина 1 — это внутренняя шина датчиков на P14/P15 (не выведена на пользовательские разъёмы) — она обслуживает IMU, барометр, датчик окружающей среды и APDS9960. Встроенные драйверы датчиков используют её напрямую; пользовательский код тоже может её сканировать, но адреса уже заняты бортовыми датчиками.

SPI

Шина	MOSI	MISO	SCK	CS
SPI0	D11	D12	D13	D10

Линия CS не управляется периферийным устройством SPI — настройте D10 как выход и переключайте его вручную вокруг передачи:

from machine import SPI, Pin

spi = SPI(0, baudrate=10_000_000)
cs = Pin("D10", Pin.OUT, value=1)   # CS is not driven by the SPI peripheral

cs.value(0)
spi.write(b"hello")
cs.value(1)

Примечание

D13 одновременно служит оранжевым LED_BUILTIN — управление SPI на этой шине будет мигать светодиодом в такт тактовому сигналу шины.

ADC

nRF52840 имеет восемь 12-битных каналов ADC (SAADC), выведенных на A0–A7, все привязаны к 3.3 В — read_u16 возвращает 0–65535 в диапазоне 0–3.3 В на выводе. Вывод AREF платы не подключён, поэтому опорное напряжение всегда 3.3 В:

from machine import ADC
import time

adc = ADC("A0")
while True:
    voltage = adc.read_u16() * 3.3 / 65535
    print(voltage)
    time.sleep_ms(100)

PWM

nRF52840 предоставляет четыре периферийных устройства PWM (PWM0–PWM3), каждое из которых управляет четырьмя каналами, что в сумме даёт 16 аппаратных слотов PWM. В отличие от портов с фиксированной функцией, эти периферийные устройства маршрутизируются через матрицу GPIOTE — любой GPIO может быть выходом PWM, поэтому отсутствует привязка выводов к срезам. Платой за эту гибкость являются два ограничения, заложенные в кремнии:

• Все четыре канала внутри модуля используют единый период/частоту.

• Каждый канал имеет собственный коэффициент заполнения и полярность.

Концептуально 16 слотов выглядят так:

Модуль	Кан. 0	Кан. 1	Кан. 2	Кан. 3
PWM0	заполнение	заполнение	заполнение	заполнение
PWM1	заполнение	заполнение	заполнение	заполнение
PWM2	заполнение	заполнение	заполнение	заполнение
PWM3	заполнение	заполнение	заполнение	заполнение

Каждая строка работает на одной частоте; четыре ячейки в строке управляют независимо выбранным выводом со своим коэффициентом заполнения. Разные строки могут работать на совершенно разных частотах.

Управляйте любым нанесённым на плату выводом (или бортовыми светодиодами) через machine.PWM:

from machine import Pin, PWM

pwm = PWM(Pin("D3"), freq=1_000, duty_u16=32768)

Предупреждение

Автоматическое выделение занимает целый модуль на вызов. Когда вы создаёте PWM без именованных аргументов device=/channel=, драйвер захватывает первый свободный модуль и привязывает ваш вывод только к его каналу 0. Остальные три канала этого модуля простаивают и доступны только через явные device=/channel=. Это ограничивает количество автоматических вызовов PWM(Pin(...)) до четырёх, после чего драйвер вызывает ValueError: all PWM devices in use — хотя технически двенадцать слотов всё ещё свободны.

Чтобы использовать более четырёх PWM или преднамеренно разделить частоту между выводами, передайте device (0–3) и channel (0–3):

# Two PWMs on the same module → forced to share frequency,
# but each gets its own duty cycle.
pwm_a = PWM(Pin("D3"), device=0, channel=0,
            freq=1_000, duty_u16=32768)
pwm_b = PWM(Pin("D5"), device=0, channel=1,
            freq=1_000, duty_u16=16384)

# A third PWM on a separate module, free to pick any frequency.
pwm_c = PWM(Pin("D6"), device=1, channel=0,
            freq=20_000, duty_u16=49152)

Коэффициент заполнения принимает duty (0–100%), duty_u16 (0–65535) или duty_ns. Добавьте invert=1, чтобы инвертировать полярность выхода (удобно для RGB-светодиода с активным низким уровнем).

Примечание

Поскольку частота является свойством всего модуля, вызов pwm.freq(new_freq) на любом канале модуля повторно запускает nrfx_pwm_init для всего модуля и изменяет частоту, которую видят все остальные каналы, использующие его.

Примечание

Допустимые частоты охватывают примерно от 4 Гц до 5.3 МГц, получаемые из базовой тактовой частоты 16 МГц с предделителями 1/2/4/8/16/32/64/128 и 15-битным счётчиком периода. Драйвер автоматически выбирает ближайший делитель — freq() сообщает запрошенное значение, а не точно достижимое.

Программно эмулируемые шины

machine.SoftI2C и machine.SoftSPI работают на любом GPIO, если вам нужна дополнительная шина.

Тепловой датчик (внешний)

Прошивка включает драйвер fir — драйвер теплового датчика (fir == far infrared, дальний инфракрасный) для внешне подключённых тепловизоров:

• MLX90621 — ИК-матрица 16 × 4

• MLX90640 — ИК-матрица 32 × 24

• MLX90641 — ИК-матрица 16 × 12

• AMG8833 — ИК-матрица 8 × 8

Подключите модуль к шине I²C платы и считывайте кадры с помощью fir.init() + fir.snapshot():

import time
import image
import fir

fir.init()                          # auto‑detects the sensor
clock = time.clock()

while True:
    clock.tick()
    try:
        img = fir.snapshot(x_scale=5, y_scale=5,
                           color_palette=image.PALETTE_IRONBOW,
                           hint=image.BICUBIC,
                           copy_to_fb=True)
    except OSError:
        continue
    print(clock.fps())

Драйвер fir общается с датчиком только по I²C 0 — подключите модуль к площадкам I2C_SCL / I2C_SDA (A5 / A4).

Тайминги

time

Модуль time охватывает блокирующие задержки, монотонные тики и измерение прошедшего времени:

import time

time.sleep(1)              # seconds
time.sleep_ms(500)
time.sleep_us(10)

start = time.ticks_ms()
# ...do work...
elapsed = time.ticks_diff(time.ticks_ms(), start)

Виртуальные таймеры

machine.Timer планирует периодические или однократные функции обратного вызова, не занимая слот аппаратного таймера. Передайте -1 в качестве id, чтобы использовать виртуальный (программный) таймер:

from machine import Timer

one_shot = Timer(-1)
one_shot.init(period=5_000, mode=Timer.ONE_SHOT,
              callback=lambda t: print("once"))

periodic = Timer(-1)
periodic.init(period=2_000, mode=Timer.PERIODIC,
              callback=lambda t: print("tick"))

Значения периода указываются в миллисекундах. Вызовите deinit(), чтобы остановить и освободить слот.

Часы реального времени

machine.RTC сохраняет астрономическое время между сбросами. RTC nRF52840 привязаны к встроенному в кристалл генератору и не переживают полного отключения питания — устанавливайте время при каждом холодном запуске, если это важно для вашего приложения:

from machine import RTC

rtc = RTC()
rtc.datetime((2026, 4, 30, 4, 12, 0, 0, 0))   # Y, M, D, weekday, h, m, s, subsec
print(rtc.datetime())

Сторожевой таймер

machine.WDT сбрасывает плату, если приложение зависает. После запуска его нельзя остановить или перенастроить — периодически сбрасывайте его внутри главного цикла:

from machine import WDT

wdt = WDT(timeout=5_000)   # 5 second window
while True:
    # ...do work...
    wdt.feed()

Информация о загрузке и времени выполнения

Обновление прошивки

Nano 33 BLE Sense использует стандартный для Arduino двойной сброс для входа в загрузчик Arduino. Быстро нажмите кнопку RESET дважды — плата переходит в режим загрузчика, и OpenMV IDE может прошить новый образ прошивки.

Работающий скрипт может повторно войти в загрузчик по требованию, вызвав machine.bootloader():

import machine

machine.bootloader()

Файловая система и порядок загрузки

Прошивка Nano 33 BLE Sense монтирует при загрузке единственную файловую систему:

• Внутренняя флеш-память — всегда монтируется по пути /flash и используется как рабочий каталог. По умолчанию содержит main.py и README.txt; создаётся при самой первой загрузке.

После монтирования интерпретатор затем запускает скрипты из /flash:

• boot.py выполняется при каждом программном сбросе.

• main.py выполняется только при холодном запуске, сразу после boot.py.

Заводской main.py, поставляемый на свежепрошитой плате, просто мигает синим каналом пользовательского RGB-светодиода в качестве сигнала работоспособности (два коротких импульса, короткая пауза), чтобы вы могли понять, что прошивка успешно загрузилась, без подключения какого-либо хоста.

/flash на этой плате не отображается как USB-накопитель.

Объёмы хранилища

Nano 33 BLE Sense поставляется с:

• /flash — файловая система FAT 64 КБ, чтение/запись.

Сборка Nano 33 BLE Sense не включает ROMFS; размещайте модули Python прямо на /flash.

Программные библиотеки

Полный список модулей — включая те, что уникальны для сборки Nano 33 BLE Sense — см. в индексе библиотек.