在物联网大行其道的今天,谈到乐鑫的esp32系列产品真可谓无人不知无人不晓,但说真的,其中最让我钟情的还是那款基于esp32的变种,采用sip封装、简单到极致的esp32-pico-d4,原因无它,主要是集成度高,对于像我这样硬件设计功底薄弱的小白来说,它就是整个世界。只要设计相关的物联网产品,哪怕知道功能多余、性能剩余,我还是忍不住用它,因为实在太简单,省下我的时间成本足以去做我想做的事。
esp32-pico-d4
esp32-pico-d4采用sip封装,模块本身非常小,只有7mm*7mm*0.94mm,外观跟一颗ic差不多。
esp32-pico-d4集成两个tensilica lx6处理器,448kb rom,520kb sram(包括8kb rtc内存),1kb efuse、 4mb spi flash。
在wifi的连接上,最高支持150mbps;蓝牙的话支持蓝牙v4.2 br/edr以及ble。
软件方面,支持station/softap/softap+station/p2p;wifi安全性上支持wpa/wpa2/wpa2-enterprise/wps,支持aes/rsa/ecc/sha加密;整个开发板可以通过串口或者ota方式升级固件。
esp32-pico-d4 sip其它规格参数如下表:
具体只有当你真正接触了esp32-pico-d4后,你才了解这玩意有多强大。当然,除了自己设计外,我也经常参考大神们的方案,所以今天会给大家推荐多款都是基于esp32-pico-d4方案的开发板或者开发模块,希望能给大家带来一些硬件设计上的灵感。
esp32-pico-kit v4开发板
esp32-pico-kit v4是乐鑫官方推出的一款基于esp32-pico-d4模块的开发板,拇指型外型,pcb边缘引出的io引脚便于用户评估以及diy、或者直接基于原型进行二次开发。
板子中规中矩,因为esp32-pico-d4模块集成度高的缘故,所以板子上其它的器件很少,电路布局也非常简单,如下图所示,自左往右分别是天线、esp32-pico-d4 wifi模块、5v转3.3v输出ldo、usb转串口芯片cp2102、microusb供电/串口。
板子的背面则只有引出的2排io排针。值得注意的是,原本是2*20排针,板子上的话只引出了2*17的排针,其中天线两旁的排针出厂并没有焊接,按乐鑫官方的意思是为适配自家的面包板,而且这2*3的排针接口也是内部嵌入的spi flash的连接接口。引出的排针接口包括pwm, adc, dac, i2c, i2s, spi等。
tinypico
tinypico可以说是目前世界上体积最小的基于esp32-pico-d4的开发板,板子功能和规格如下:
32位双核处理器,工作频率为240 mhz
2.4 ghz wi-fi - 802.11b/g/n
蓝牙ble 4.2
4mb spi闪存
4mb额外的psram
apa102 rgb led
usb +串行/uart用于编程
700ma 3.3v ldo稳压器
lipo电池管理
适用于低功耗电池的优化电源电路
底部的jst焊盘支持ph和microblade连接器的电池
14x gpio扩展接口
仅18mmx 32mm
tinypico具体的信号接口分布如下图:
tinypico预装了micropython,并且还支持arduino ide以及espressif idf,对于不习惯复杂ide工具的用户来说,arduino ide工具很友好。
ttgo micro-32 v2.0模块
ttgo micro-32是一个基于esp32-pico-d4 的紧凑模块,可用于大多数物联网应用的嵌入式核心,尺寸仅为约19.2mm*13.3mm,比esp32-wroom-32模块约小45%。
以下是ttgo micro-32模块的一些规格:
sip - espressif systems esp32-pico-d4基于esp32双核处理器内存、4mb spi flash
连通性 - 蓝牙4.2 le ,802.11 b/g/n带芯片天线和u.fl(ipex)连接器的高达150mbps的wifi
电源电压 - 3.3 v dc
尺寸 - 19.2x13.3 mm
sensything
sensything主控同样是基于乐鑫esp32-pico-d4,另外板载低噪声数据采集的ads1220 24位adc,支持wi-fi和蓝牙的多传感器采集方案,用于获取和记录多个传感器读数,这些读数可通过android应用程序,物联网或分析平台,通过普通usb连接查看/发送,或直接记录到的microsd。此外,开发板额外扩展的gpio引脚以及对sparkfun qwiic连接器标准的支持使得种传感器数据的融合和记录变得极为简单。
esp32 soc
sparkfun qwiic连接器标准扩展接口
更多的传感器输入以及电源
rgb led
传感器电源
microusb接口
扩展gpio口
24位 adc
模拟输入
另外,sensything开发板可以通过多种方式采集数据:
通过ble进行简单采集(预编程)
sensything开发板将预先加载提供基本ble数据采集的固件,该程序读取adc的所有四个通道并通过ble发送数据,用户可以通过android应用程序获取到传感器数据,这也是最简单、开箱即用的方式。
wi-fi接入点模式
如果用户需要在给定时间查看传感器值或查看记录的传感器数据,那也有方法实现,无需安装任何其他软件或应用程序,只需使用特定固件对设备进行编程,sensything即可显示为可连接的wi-fi接入点。然后,您可以将pc或手机等移动设备连接到“sensything”的wi-fi网络,在web浏览器输入“sensything.local”站点,并在页面上查看传感器数据。这不需要任何互联网连接。
开发者模式
再者,用户可以使用板载usb-uart转换器,使用espressif esp-idf和编程工具可轻松对开发板进行编程,不但可以使用极为简单的arduino ide工具本身为sensything编写的程序,更可以通过乐鑫esp-idf编写自己想要的程序,换句话说,只要功夫深,用户可以用sensything达成关于物联网相关应用的项目。
一个未完成的开发板项目——esp32-alexa
esp32-alexa包括esp32-pico-d4,cp2102 usb-uart,max98357 i2s dac,ws2812 neopixel led和锂电池接口,板卡尺寸不大,仅为25mm*36mm,适用于嵌入式应用。
板载具体的一些功能如下:
单通道,d类放大器嵌入式dac,max98357通过i2s总线连接到esp32-pico-d4
mems麦克风invensense ics-43434通过i2s总线连接到esp32
板载usb-uart接口(cp2102)可直接实现二进制文件上传
另外,neopixel ws2812是板载alexa的状态指示灯,可以在听到你的声音时,红色闪烁,在回答时蓝色闪烁。遗憾的是这只是一个硬件爱好者玩家设计的产品,而且因为量产困难而并没有正式面世,这里把它拿出来只是想分享给大家基于esp32-pico-d4的各种方案,真的很有趣,或许你可以参考并完成它。
小结
esp32-pico-d4的出现改变了物联网硬件设计的难点,让硬件开发者重点专注在应用功能的创意上,为物联网领域带来各种有趣的应用,如果你是一个硬件设计的小白,你想设计关于物联网相关的产品,那不妨考虑下esp32-pico-d4,真得很简单,可以让你省下大量的时间专注在产品的创意上。
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