设计自己的esp模块以用于电池供电的IoT应用

Espressif的ESP控制器正成为基于IoT的设计的广泛选择。市场上已经有许多ESP模块和开发板可用，其中NodeMCU是最受欢迎的一种。除此之外，ESP-12E，ESP01也是最受欢迎的选择。但是，如果您想使设计更加灵活和紧凑，则有可能我们必须从芯片级别设计自己的ESP模块，而不是直接使用现成的模块。在本文中，我们将学习如何在不使用模块的情况下直接使用ESP控制器（ESP8285）设计电路和PCB。

在本项目中，我们使用了ESP8285，因为它是一个非常有趣的小芯片。它是一款小型SoC（片上系统），具有IoT（物联网）和深度睡眠功能。它具有与他的大哥ESP8266相同的功能，并且还附带一个内置1MB闪存和许多GPIO。您还可以使用ESP8266作为替代品，本文中讨论的大多数内容仍然相同。

在上一篇文章中，我向您展示了如何使用相同的ESP8285芯片设计自己的2.4GHz PCB天线。您可以阅读该文章以了解ESP8266 / ESP8285的天线设计。

因此，在本文中，我将介绍所有电路的工作原理，最后会有一段视频介绍所有这些电路。我还详细介绍了从PCBWay设计和订购PCB板以进行ESP模块设计的完整过程。

ESP8285简介

如果您不知道这款多功能的ESP8285芯片，这里是功能列表的简要说明。ESP8285是一款内置1M闪存和ram的小型芯片，与ESP8286，ESP-01模块非常相似，但内部闪存使其更紧凑，更便宜。

该芯片装有Tensilica的L106 Diamond 32位核心处理器，ESP8266也是如此，这就是为什么ESP8266的所有代码都可以不经过任何修改直接直接写入该芯片的原因，并且其网络堆栈与ESp8266剂量相同。

ESP8285集成了天线开关，RF巴伦，功率放大器，低噪声接收放大器，滤波器和电源管理模块。紧凑的设计最小化了PCB尺寸，并且需要最少的外部电路。如果您想了解更多有关此IC的信息，可以随时在Espressif Systems上查看设备的ESP8285的数据手册。

ESP开发板电路图

电路非常简单，为了更好的理解，我将其分解了。下面的ESP示意图显示了整个电路，如您所见，共有八个功能块，我将逐一介绍并解释每个块。

ESP8285 SOC：

该项目的核心是ESP8285 SoC，此处定义了所有GPIO和其他必要的连接。

电源滤波器：此IC上有7个电源引脚，第一个是ADC和IO的电源引脚。我将它们短接在一起，并使用一个47uF的电源滤波电容器和一个0.1uF的去耦电容器对3.3V直流输入进行滤波。

PI滤波器： PI滤波器是该设计中最重要的模块之一，因为它负责为RF放大器和LNA供电，任何内部或外部噪声都可以描述此部分，因此，RF部分将无法工作。这就是LNA部分的低通滤波器非常重要的原因。您可以通过以下链接了解有关PI过滤器的更多信息。

晶振： 40MHz晶振用作ESP8285 SoC的时钟源，并按照数据手册的建议添加了10pF去耦电容。

LNA部分：该电路的另一个最重要的部分是LNA部分。这是PCB天线连接到ESP物理引脚的地方。根据数据手册的建议，使用一个5.6pF的电容器，它应该可以作为匹配电路正常工作。但是我为两个电感器添加了两个占位符，就好像万一匹配电路不起作用，我总是可以放一些电感器来调整值以匹配天线阻抗。

LNA部分还具有两个带有UFL连接器的PCB跳线。PCB天线是默认设置的，但是如果您的应用需要更大的范围，则可以拆焊PCB跳线并短路UFL连接器的跳线，然后可以像这样连接外部天线。

电池输入连接器：

您可以在上面看到，我将三种类型的电池连接器并联放置，因为如果找不到一种，则可以随时放置另一种。

GPIO头和编程头：

GPIO标头用于访问GPIO引脚，而编程标头用于刷新主Soc。

自动复位电路：

在此区块中，当您按下Arduino IDE中的上载按钮时，两个NPN晶体管MMBT2222A构成自动复位电路，python工具被调用，此python工具是ESP设备的flash工具，此pi工具提供了向UART转换器发送信号以复位板，同时将GPIO引脚保持接地。之后，开始上传和验证过程。

电源LED，板载LED和分压器：

电源LED：电源LED有一个PCB跳线如果您将此板用于电池供电的应用，则可以对该跳线进行DE焊接以节省大量功率。

板载LED：市场上许多开发板都有板载LED，这个板也不例外。IC的GPIO16连接到板载LED。除此之外，通过填充0欧姆电阻为0 OHMs电阻提供一个占位符，将GPIO16连接到复位，并且您可能知道，这是将ESP置于深度睡眠模式的非常重要的一步。

分压器：您可能知道，ADC的最大输入电压为1V。因此，为了将输入范围更改为3.3V，使用了分压器。进行配置后，您始终可以在该引脚上串联一个电阻，以将范围更改为5V。

HT7333 LDO：

LDO或低压差稳压器用于以最小的功率损耗来调节电池至ESP8285的电压。

HT7333 LDO的最大输入电压为12V，用于将电池电压转换为3.3V。我选择HT7333 LDO是因为它的静态电流非常低。4.7uF去耦电容器用于稳定LDO。

编程模式按钮：

该按钮连接到GPIO0，如果您的UART转换器没有RTS或DTR引脚，则可以使用此按钮将GPIO0手动接地。

上拉和下拉电阻：

上拉电阻和下拉电阻在数据手册中推荐的位置。

除此之外，在设计PCB时还遵循了许多设计规范和准则。如果您想进一步了解这一点，可以在ESP8266的硬件设计指南中找到。

制作我们的ESP8285开发板

原理图已完成，我们可以继续布局PCB。我们已经使用Eagle PCB设计软件来制作PCB，但是您可以使用首选软件来设计PCB。完成后，我们的PCB设计如下所示。

BOM和Gerber文件可从以下链接下载：

ESP8282开发板Gerber文件
ESP8282开发板BOM

现在，我们的设计已经准备就绪，是时候使用制造的PCB了。为此，只需按照以下步骤操作：

从PCBWay订购PCB

第1步： 进入https://www.pcbway.com/，如果这是您第一次，请注册。然后，在“ PCB原型”选项卡中，输入PCB的尺寸，层数和所需的PCB数。

第2步：点击“立即报价”按钮继续。您将进入一个页面，在其中设置一些其他参数，例如板类型，层，PCB的材料，厚度等。默认情况下，其中大多数处于选中状态，如果您选择任何特定的参数，则可以选择它在听到。

如您所见，我们需要黑色的PCB！因此，我在阻焊层颜色部分选择了黑色。

第3步：最后一步是上传Gerber文件并继续付款。为了确保过程顺利进行，PCBWAY会在进行付款之前先验证您的Gerber文件是否有效。这样，您可以确保您的PCB易于制造，并且能够按承诺完成。

组装和编程ESP8285开发板

几天后，我们将PCB装在整齐的包装盒中，PCB质量一如既往。电路板的顶层和底层如下所示：

收到板子后，我立即开始焊接板子。我已经使用热风焊接站和大量助焊剂来焊接主CPU，而PCB上的其他组件则通过烙铁进行焊接。组装后的模块如下所示。

完成此操作后，我已通过上载草图，连接的引脚和电路板的图像，连接了值得信赖的FTDI模块以测试电路板：

ESP8285开发板 FTDI模块

3.3V- > 3.3V

发射 -> 接收

RX - > 的Tx

DTR- > DTR

RST- > RST

GND - > GND

一旦完成所有必要的连接，我就可以通过从 Tools > Board > Generic ESP8285 Module中 选择Generic ESP8285 Board来设置Arduino IDE 。

使用简单的LED闪烁草图进行测试

接下来，是时候通过闪烁LED来测试板了，为此，我使用了以下代码：

/ * ESP8285闪烁闪烁ESP828285模块上的蓝色LED * / #define LED_PIN 16 //定义闪烁的LED引脚void setup（）{pinMode（LED_PIN，OUTPUT）; //将LED引脚初始化为输出} //循环函数永远反复运行void loop（）{digitalWrite（LED_PIN，LOW）; //打开LED灯（注意电压为低电平）delay（1000）; //等待第二个digitalWrite（LED_PIN，HIGH）; //通过使电压HIGH delay（1000）来关闭LED；//等待两秒钟}

代码非常简单，首先，我为该板定义了LED引脚，该引脚位于GPIO 16上。接下来，我在设置部分将该引脚设置为输出。最后，在循环部分，我以一秒钟的延迟打开和关闭了该引脚。

在ESP8285上测试Webserver草图

一旦工作正常，就可以从ESP8266WebServer Example中测试HelloServer草图了。我使用一个ESP8266示例，因为大多数代码都与esp8285芯片兼容。示例代码也可以在此页面的底部找到。

这段代码也非常简单，首先，我们需要定义所有必需的库，

#包括 #包括 #包括 #包括

接下来，我们需要输入热点的名称和密码。

#ifndef STASSID#定义STASSID“ your-ssid” #define STAPSK“您的密码” #endif const char * ssid = STASSID; const char * password = STAPSK;

接下来，我们需要定义ESP8266WebServer对象。这里的示例将其定义为服务器（80），其中（80）是端口号。

接下来，我们需要为LED定义一个插针，即16号插针。

const int led = 16;

接下来，定义 handleRoot（）函数。当从我们的浏览器中调用IP地址时，将调用此函数。

void handleRoot（）{digitalWrite（led，1）; server.send（200，“ text / plain”，“你好，esp8266！”）; digitalWrite（led，0）; }

接下来是设置功能，听说我们必须定义所有必要的参数，例如-

pinMode（led，OUTPUT）; //我们将led引脚定义为输出Serial.begin（115200）; //我们已开始使用115200波特WiFi.mode（WIFI_STA）;建立串行连接。//我们已将wifi模式设置为station WiFi.begin（ssid，password）; 然后我们开始wifi连接Serial.println（“”）; //此行提供了一个额外的空间，而（WiFi.status（）！= WL_CONNECTED）{delay（500）; Serial.print（“。”）; } / *在while循环中，我们正在测试ESP能够连接到热点的连接状态，该循环将使制动* / Serial.println（“”）; Serial.print（“ Connected to”）; Serial.println（ssid）; Serial.print（“ IP地址：”）; Serial.println（WiFi.localIP（））;

接下来，我们将连接的SSID的名称和IP地址打印到串行监视器窗口。

server.on（“ /”，handleRoot）; //调用服务器对象的on方法来处理根函数server.on（“ / inline”，（）{server.send（200，“ text / plain”，“这同样有效”）;}）; //再次为/ inline示例server.begin（）;调用了on方法。//接下来，我们使用begin方法Serial.println（“ HTTP服务器启动”）启动服务器。//最后，我们在串行监视器中打印一条语句。} //标记设置函数的结尾void loop（void）{server.handleClient（）; }

在循环函数中，我们调用了 handleClient（）方法来正确地运行esp。

完成此操作后，ESP8285开发板需要花费一些时间才能连接到网络服务器，并成功按预期工作，这标志着该项目的结束。

电路板的完整工作原理也可以在下面的视频链接中找到。希望您喜欢这篇文章并从中学到新东西。如有任何疑问，可以在下面的评论中提问，也可以使用我们的论坛进行详细讨论。