ESP32-MeshKit-Sense 硬件设计指南

ESP32-MeshKit-Sense 硬件设计指南

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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 技术规格书》。

2. 电路设计说明

2.1 系统框图

ESP32 的系统框图如图 2 所示。

2.2 PCB 布局

PCB 布局如下图所示。

表 1: PCB 部件功能说明

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。