ESP32-MeshKit-Sense 硬件设计指南

[English]

1. 产品概述

ESP32-MeshKit-Sense 是一款以乐鑫 ESP32 模组为核心的开发板，集成了温湿度传感器、环境亮度传感器等外设，并且可外接屏幕，主要用于检测模组在正常工作或睡眠状态下，连接各个外设时的电流情况。

关于 ESP32 详细信息，请参考文档《ESP32 技术手册》 。

../_images/blockdiagram.png

2. 电路设计说明

2.1 系统框图

ESP32 的系统框图如图所示。

../_images/EBPCB.png

2.2 PCB 布局

PCB 布局如下图所示。

../_images/ESP32_BATTERY_EB.png

PCB 部件

说明

EXT5V

USB 输入的 5V

CH5V

充电管理芯片的输入

CHVBA

充电管理芯片的输出

VBA

接至电源的正极

SUFVCC

当开关处于“ON”档位时，与电源输入接通，当开关处于“OFF”档位时，与 电源输入断

DCVCC

电源管理芯片 DC-DC 的输入

3.3V

电源管理芯片的输出, 即总路 3.3V

3.3V_PER

为所有外设供电的 3.3V_Perip

3.3V_ESP

为 ESP32 模组模块供电的 3.3V_ESP

3.3V_SEN

为三款传感器供电的 3.3V-Perip_Sensor

3.3V_SCR

为外接屏幕供电的 3.3V-Perip_Screen

Charge

电池充电指示灯，D5 为红灯，表示正在充电;D6 为绿灯，表示充电完成

Sensor

电源指示灯，表示 3.3V-Perip_Sensor 已接通

Screen

电源指示灯，表示 3.3V-Perip_Screen 已接通

WiFi / IO15

信号指示灯，表示 Wi-Fi 正常工作

Network / IO4

信号指示灯，表示与服务器连接正常

3. 硬件模块

本章主要介绍各个功能模块（接口）的硬件实现，以及对这些模块的描述。

3.1 电源管理

3.1.1 USB/BAT 供电管理模块

开发板支持电池供电，电源管理芯片 AP5056 可对电池进行充电。AP5056 是一款单片锂离子电池恒流/恒压线性电源管理芯片。高达 1A 的可编程充电电流，预设充电电压为 4.2V。

而当 USB 供电与电池供电同时存在时，系统的选择会如图 4 所示: VBUS 为高，Q4 处于截止状态，VBAT（电池电源）自动与系统电源切断，USB 成为了系统的供电之选。

USB/电池供电管理模块电路图如下图所示。

../_images/BATTERY-POWER.png

3.1.2 外设电源管理模块

首先，源自 USB 或 BAT 的输入需要通过电源管理芯片生成电路所需的 3.3V。开发板采用了 ETA3425，其输出电压为 3.3V，最大输出电流为 600 mA。

外设电池电路如下图所示。

../_images/peripheral.png

总路 VDD33 有两路分支：

  • 专为 ESP32 模组模块供电的ESP32_VDD33

  • 专为所有外设供电的 VDD33_PeriP

二者的连接与否都可以通过排针及跳线帽进行控制，ESP32_VDD33 原理图如下图所示。

../_images/VDD33.png

其中，VDD33-PeriP 也有两路分支:一路是专为外接屏供电的 VDD33_PeriP_Screen，另一路是专为三款传感器供电的 VDD33_PeriP_Sensor，二者的连接与否都可以通过模组 GPIO+MOS 管进行控制。

VDD33_PeriP 原理图如下图所示。

../_images/PeriP.png

3.2 Boot & UART 功能

开发板采用一款插座 PROG Header，可通过排线连接至另一款 ESP-PROG 开发板上，然后再将 ESP-PROG 开发板中的 Micro USB 接口与 PC 机相连，即可利用 PC 机对此开发板进行下载及调试。

Boot & UART 电路原理图如下图所示。

../_images/UART.png

3.3 睡眠唤醒模块

开发板采用了一个实体按键，IO34 是一个 RTC 域中的管脚。当芯片处于睡眠时，可以利用此按键的操作来实现 芯片的唤醒。

睡眠唤醒模块电路原理图如下图所示。

../_images/wakeup.png

3.4 外接屏幕

开发板采用一款可以外接屏幕的连接插座，利用排线可以将不同屏幕接至开发板上，以实现 ESP32 模组对屏幕的操作。

外接屏幕电路原理图如下图所示。

../_images/screen.png

3.5 传感器

3.5.1 湿温度传感器

HTS221 是一种超小型相对湿度和温度传感器。开发板采用 3.3V 供电，以及 I2C 的接口方式。

温湿度传感器电路原理图如下图所示。

../_images/THsensor.png

3.5.2 环境光传感器

BH1750FVI 是一款数字的环境光传感器。开发板采用 3.3V 供电，以及 I2C 的接口方式。

环境光传感器电路原理图如下图所示。

../_images/ambientlightsensor.png

3.5.3 环境亮度传感器

APDS-9960 是一款集成 ALS、红外 LED 和接近检测器的光学模块和环境亮度感测的环境亮度传感器。开发板 采用 3.3V 供电，以及 I2C 的接口方式。需说明的是，此款传感器当前设计中默认为不上件的状态。

环境光传感器电路原理图如下图所示。

../_images/proximity.png

提供有关此文档的反馈