市面上供应着许多不同的单板计算机(SBC)，而且每年都还会有更多新产品加入这个行列。这些单板计算机是许多近期电子设计项目的基础，它们提供了丰富的功能集，让工程师们用于打造从机器人到家庭自动化以及介于其间的所有设计。虽然每个版本都配备了一些令人印象深刻的硬件，但并没有一种全方位解决方案适用于每一项项目设计，而这正是扩展板(或插件)得以大显身手之处。
附加在树莓派(Raspberry Pi)开发板上的硬件板卡(Hardware Attached on Top；HAT)——Pi HAT或(英国)称为Bonnets，为开发平台提供了功能选项的扩展与升级，例如添加额外的GPIO、音频/视讯功能、继电器、马达驱动器、扩展的通讯选项以及其他一系列功能选项。
如同市场上的SBC为数众多一样，各种好用的扩展板也几乎多到可以出书了。因此，本周图集将着重于介绍Raspberry Pi平台的扩展板。虽然市场上有这么多的‘HAT’(扩展板)，但以下所精选的都是因为他们具有独特的功能以及提供了更多的开发选择。
（来源：Raspberry Pi）
Raspberry Pi基金会(Raspberry Pi Foundation)设计的Sense HAT是专为英国ESA航天员Tim Peake首次前进国际太空站(ISS)的任务而打造的(AstroPi)。这是一款配备扩充传感器套件的Pi (1/2/3)，包括陀螺仪、加速度计、磁力计、温度、气压和湿度等传感器。它还包括一个8×8 RGB LED矩阵、一个5键操纵杆，而且可以使用Python编程。在该基金会的项目网页上甚至提供免费的AstroPi工具库。
（来源：Pi Supply）
PiJuice可携式平台是Raspberry Pi的不断电行动电源HAT，可让你设计不需要直接连接电源的设计项目，例如远程物联网(IoT)平台或手持游戏设备。在标准版本中，PiJuice配备了摩托罗拉(Motorola) Droid 2 1820mAh容量的电池，可根据具体应用为Pi 3供电4至6小时。
如果需要的话，还可以更换掉原有电池，改用5,000或10,000mAH+的更大锂离子聚合物(Lipo)电池，以提供更多电量。该HAT还配备预焊接头，允许从PiJuice接取Pi的GPIO接脚，让您在需要时添加额外的HAT。板载STM32-F0微控制器(MCU)、RTC和on/off开关提供电源管理功能，包括深度睡眠状态、智能开机以及软关机选项。
（来源：Adafruit）
Raspberry Pi是机器人项目的绝佳平台，不过它在驱动伺服马达时确实存在问题——PWM并不是十分精确，因而可能需要使用外部电源，以免当负载电流达到峰值时造成Pi故障。Adafruit的16信道PWM/伺服马达HAT，有助于克服这些问题，并能够控制16个伺服马达，提供高达1.6KHz的PWM，并且能以5V供电而不会产生任何断续电流。
（来源：Pimoroni）
除了保有机器人设计趋势，Pimoroni的RoboHAT还拥有驱动任何行动机器人项目所需的一切。该扩展板具有一对H-Bridge直流(DC)马达驱动器、6X 5V电平转换GPIO GVS 3接脚输入、4X 5V电平转换GPIO GVS 3接脚输出、4接脚超音波距离传感器接头，以及用于不同马达的独立电源选项(最高11V和1.5A)。它还提供5V开关稳压器，可安全地为机器人和Pi (7V至10V电池)供电。Pimoroni提供免费的Python工具库链接、额外的软件以及使用RoboHAT的示例。
（来源：Pimoroni）
Pimoroni声称其自动化扩展板是一款「万事通」，因为它将一大堆强大的功能集塞进其监控和自动化控制器中。Automation HAT能够控制几乎任何高达24V的装置——包括喷水灭火系统、喂鱼器、盲人自动化和照明系统。
Automation HAT配备3X 24V (2A)继电器、3X 12位ADC (最高24V)、3X 24V容限缓冲输入、3X 24V容限吸收输出、15通道LED指示灯，以及一个12位ADC (0至3.3V)。应该注意的是，Automation HAT不应该与开关电源电压一起使用，只能在24V或更低的电压下使用。如同其他HAT产品一样，Pimoroni提供了Python工具库的链接，有助于启动自动化项目。
（来源：ProtoCentral via CrowdSupply）
我相信每一款专案都有最适合它的HAT，即使是用于监测健康的HAT，例如ProtoCentral的多参数生命体征监测扩充板HealthyPi，它可以作为独立单元使用，也可以搭配Raspberry Pi。ProtoCentral以工具套件形式提供HealthPi，具有温度、脉搏血氧仪和ECG 呼吸传感器以及20个粘合电极。无论您是否搭配HAT与Pi一起使用，都需要透过触控屏幕来监控生命征象并调整参数。尽管HealthyPi缺少FDA认证，但足以证明是家庭使用的重要工具。
（来源：Linkwave）
Raspberry Pi 3 Model B提供了以太网络、800.11n Wi-Fi和蓝牙4.1/LE等通讯选项，非常适合本地应用，但对于远程任务而言却显薄弱。Linkwave的Pilot HAT增加了2G/3G/4G蜂巢式连接，适用于需要增加距离的情况。该扩展板配备Sierra Wireless HL 3G/HSPA无线电、支持GPS和GLONASS的SiRFstar V GNNS定位芯片以及micro-SIM插槽。Pilot透过USB或序列链路与Pi通讯，具有用于定位、数据传输和控制选项的独立信道。它还具有40针直通功能，因此也可以将其他HAT结合在一起。
（来源：Dragino）
搭配Dragino的LoRa GPS HAT，让Raspberry Pi的通讯选项不仅有Wi-Fi、蓝牙和蜂巢式网络，还增加了调频。该HAT搭载了SX1276/SX1278收发器(欧洲868MHz/433MHz，美国915MHz)以及L80 GPS。它还具有LoRa调制解调器，支持168dB的最大炼路预算、+20dBm~100mW恒定RF输出、+14dBm的高效功率放大器(PA)。此外，它还支持高达300kbps的可编程比特率、61Hz分辨率的全整合型合成器、超快AFC的自动RF Sense和CAD，以及内建温度传感器和低电量LED指示灯。
在GPS方面，LoRa GPS HAT提供功率采集(25mA)/功率追踪(20mA)、高达300kbps的可编程比特率、可调节(4800/115200bps，预设9600bps)的UART串行接口，以及NMEA 0183/PMTK协议等功能。
（来源：RasP.io）
Rasp.io Duino HAT是一个类似于Arduino Uno的开发板，可以使用Raspberry Pi进行编程，让您开发应用并将其直接上传到电路板。只要从Pi取下，即可独立运作，单独使用或搭配Pi都很好用。
RasP.io配备ATMEGA328P微控制器、72点原型设计区域，以及GND、3V3和5V电源轨，让您添加自己的组件。它提供了6个模拟输入埠，用于传感器、14个数字I/O、6X PWM输出，所有的端口都有清楚的标签说明以便于辨识。
（来源：UUGear）
Witty Pi 2为Raspberry Pi提供了RTC和电源管理选项，并提供单键按钮用于开/关功能，关闭后切断Pi和外围设备的所有电源，而且能够预定启动或关闭排程，其脚本还可定义复杂的电源开/关序列。
Witty Pi 2配备了40针可堆栈接头、状态指示LED、CR2032/CR2025电池插槽以及采用micro USB或XH2.54连接器的5V DC电源选项。该扩展板还可使用Bash或经由UUGear GitHub页面上的GUI应用程序进行编码。
越来越多的新款HAT开发出来，似乎每隔几个月都会有新产品上市。这些扩展板来自商业实体的生产，以及像您这样的工程师和创客——通常在Crowd Supply和Kickstarter等网站上成功获得群众募资后进行生产。透过扩展板添加额外的自定义功能，让Raspberry Pi Foundation的设计进一步扩展的想法，在十年前是前所未闻的，这让我不禁想知道HAT在未来几年内还会变化出哪些新发展。
(原文发表于ASPENCORE旗下EDN姐妹媒体EETimes；参考原文：10 Great Hats for Raspberry Pi，编译：Susan Hong)
最前沿的电子设计资讯
