基于ESP32的Arduino兼容系統(tǒng)

描述

ESP32 無疑是一款功能強(qiáng)大且廣受歡迎的 SoC，自推出市場(chǎng)以來已在許多項(xiàng)目中使用。它擁有強(qiáng)大的 32 位 tensilica 核心，可提供 WiFi 和藍(lán)牙連接以及豐富的外圍設(shè)備。ESP32 出現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景已經(jīng)有幾年了；然而，到目前為止，大多數(shù)為其設(shè)計(jì)的開發(fā)板（如果不是全部的話）都是基于用于面包板安裝的 ESP8266 節(jié)點(diǎn) mcu 引出線。另一方面，ESP32 具有 Arduino 軟件支持的 Arduino 內(nèi)核。因此可以為 ESP32 使用現(xiàn)有的 Arduino 庫。盡管軟件具有靈活性，但將可用的 Arduino 擴(kuò)展板與 ESP32 一起使用并不是很方便。

作為結(jié)論，我想到了基于 ESP32 的 Arduino 兼容系統(tǒng)的想法。我決定通過向系統(tǒng)添加傳感器接口電路、微型 SD 卡和以太網(wǎng)模塊，使其盡可能靈活和強(qiáng)大，使其成為一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。因此，開發(fā)人員已經(jīng)在 Arduino UNO 布局的一塊板上幾乎擁有了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序所需的一切。結(jié)果是 ESP 鷹。

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ESP 鷹頂視圖

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所有暴露于連接器的 ESP32 I/O 引腳均受到 ESD、短路和過壓保護(hù)。此外，電源使用 TPS73801 穩(wěn)壓器，可輕松從變壓器插孔或端子連接器供電，最高可達(dá) 12V，而無需過多散熱。還有一個(gè)板載 CP2102N，可用于 ESP32 的編程和調(diào)試目的，而無需通過 USB 付出太多努力。USB 也可以為電路板供電，只要它在大多數(shù)時(shí)間消耗高達(dá) 500mA 的電流即可。

IO0 和 EN 按鈕也可以在板上使用，以備不時(shí)之需。對(duì)于模擬輸入引腳，有一個(gè)緩沖級(jí)，包括使用 OP192 精密運(yùn)算放大器的過壓保護(hù)。使用這個(gè)階段傳感器可以直接連接到模擬輸入引腳。模擬電路具有隔離接地層和不同的穩(wěn)壓器，不受電路數(shù)字噪聲的影響。

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ESP Eagle 的模擬輸入級(jí)

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對(duì)于以太網(wǎng)連接，有一個(gè) Wiz610io 以太網(wǎng)模塊的空間。這是最新的 Wiznet W6100 SPI 轉(zhuǎn)以太網(wǎng)芯片。這個(gè)模塊的好處是您可以在需要時(shí)安裝它。否則，您可以將其移除以進(jìn)一步降低功耗。ESP32 的 HSPI 連接到這個(gè)模塊。

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Wiz610io以太網(wǎng)模塊

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最后，ESP32 的 I/O 引腳受到保護(hù)，因此您可以放心地使用 5V arduino 擴(kuò)展板。由于某些部分的電路密度較高，同時(shí)也由于更好的 EMC 性能，因此選擇了 4 層疊層。

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ESP鷹PCB

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PCB 由 PCBWay 在中國制造，價(jià)格合理。我真的推薦這個(gè)制造商。他們以 49 美元的價(jià)格制造了 10 個(gè) 4 層 PCB。PCB質(zhì)量真的很好。我從 DigiKey 訂購了與項(xiàng)目 BOM 中相同的組件。

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來自 PCBway 的未焊接 PCB

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最后，經(jīng)過焊接和測(cè)試的電路板看起來棒極了！

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ESP Eagle 底部

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ESP Eagle 頂部

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焊接注意事項(xiàng)：

對(duì)于手工焊接電路板，請(qǐng)嘗試焊接 CP2102N 和運(yùn)算放大器。然后，焊接剩余的組件。否則可能會(huì)很困難，并且某些組件可能會(huì)過熱。這發(fā)生在我身上，其中一個(gè)連接器融化了一點(diǎn)。