Hardware
Esta seção detalha os aspectos físicos e elétricos da iW-AIoT-eXplorer (Rev. RV01), a partir do datasheet do produto.
Vista da placa
Identificação de componentes
A face frontal traz o display IPS de 3,5" com touch capacitivo; na face traseira ficam a camera OV5640, o SoC ESP32-S3R8, a memória flash, o módulo LoRa e os conectores de expansão.
Modelo 3D
Modelo interativo da placa. Arraste para girar, role para dar zoom e use dois dedos (ou o botão direito) para deslocar. Clique nos eixos do gizmo (canto inferior direito) para alinhar a câmera com cada vista.
Características principais
- SoC
ESP32-S3R8(Xtensa LX7 dual-core, até 240 MHz) com instruções vetoriais para IA/ML - 8 MB de PSRAM Octal SPI integrada ao encapsulamento (sufixo R8)
- flash externa QSPI de 16 MB (
W25Q128) ou 32 MB (W25Q256) - Wi-Fi 802.11 b/g/n + Bluetooth 5 LE / Mesh (2,4 GHz)
- LoRa / LoRaWAN
RFM95W-915S2(SX1276), 915 MHz (AU915/US915) - camera
OV5640— DVP 8 bits + SCCB (I2C) - 2x microfones digitais PDM
IMP34DT05(estéreo L/R) - áudio I2S Classe-D
MAX98357A+ conector de alto-falante - display IPS 3,5" 320x240
ST7789(SPI) com touch capacitivo I2C - acelerômetro de 3 eixos
LIS3DH(I2C) - microSD
Hirose DM3ATem modo SPI - expansor de I/O I2C
PCA9531(backlight, resets, mux de UART, GPIOs) - USB-C com bridge USB-Serial
CH343Pe boot/reset automático - PMIC
IP5306(carga Li-ion + boost 5 V) e LDOAMS1117-3,3
Especificações elétricas
| Parâmetro | Mín. | Típ. | Máx. | Unidade / Observação |
|---|---|---|---|---|
| Tensão de entrada USB (V_BUS) | 4,5 | 5,0 | 5,5 | V — conector USB-C |
| Tensão de bateria (Li-ion) | 3,0 | 3,7 | 4,2 | V — célula única |
| Trilho de boost (IP5306) | — | 5,0 | — | V — VOUT do IP5306 |
| Tensão lógica do sistema | — | 3,3 | — | V — LDO AMS1117-3,3 |
| Frequência de clock da CPU | — | — | 240 | MHz |
| Frequência do cristal | — | 40 | — | MHz (cap. de carga 20 pF) |
| PSRAM integrada | — | 8 | — | MB — Octal SPI (R8) |
| Flash externa QSPI | 16 | — | 32 | MB — W25Q128 / W25Q256 |
| Frequência LoRa | — | 915 | — | MHz (AU915 / US915) |
| Consumo típico (Wi-Fi ativo) | — | ~250 | — | mA (pico de RF) |
| Consumo em deep-sleep | — | ~10 | — | uA (periféricos desligados) |
| Temperatura de operação | -40 | — | +85 | °C |
Os valores de consumo são típicos do ESP32-S3 e variam conforme firmware, potência de RF, periféricos ativos (camera, display, áudio) e brilho do backlight.
Gestão de energia (PMIC IP5306 + LDO)
O sistema de energia combina o IP5306 — carregador Li-ion, conversor boost síncrono (indutor de 1 uH) e gestão por botão com indicação de nível por LEDs — com o regulador AMS1117-3,3 que gera o trilho lógico de 3,3 V.
| Recurso | Descrição |
|---|---|
| Entradas de energia | USB-C (5 V via V_BUS) e bateria Li-ion (conector J5) |
| Carregamento | carregador Li-ion integrado ao IP5306, com sense de corrente |
| Boost / saída 5 V | conversor boost síncrono do IP5306 (L3 1 uH) gera o trilho de 5 V |
| Trilho 3,3 V | LDO AMS1117-3,3 a partir do 5 V; LED indicador de energia |
| Indicação de bateria | LEDs de nível de carga acionados pelo IP5306 |
| Controle por botão | botão KEY (SW3) para ligar/desligar e gestão de energia |
Periféricos integrados
Camera — OmniVision OV5640
Sensor CMOS de 5 MP (2592x1944, 1/4") com autofoco, AEC/AGC e AWB embarcados, conectado por interface paralela DVP de 8 bits e configurado pelo barramento SCCB (compatível com I2C). O clock principal (MCLK) vem de oscilador dedicado e os domínios analógico (2,8 V) e de núcleo (1,2 V) são gerados por LDOs locais.
| Parâmetro | Valor | Observação |
|---|---|---|
| Sensor | OmniVision OV5640 | CMOS, formato óptico 1/4" |
| Resolução máxima | 5 MP — 2592x1944 | QSXGA |
| Taxas de quadros | QSXGA 15 fps · 1080p 30 fps · 720p 60 fps | VGA 90 fps · QVGA 120 fps |
| Formatos de saída | RGB565/555/444, YUV422/420, RAW, JPEG | — |
| Interface de dados | DVP paralela 8 bits | PCLK / HSYNC / VSYNC + CSI_D0-D7 |
| Controle | SCCB (compatível I2C) | SIO_C / SIO_D |
| Recursos | autofoco, AEC, AGC, AWB | MCU e motor de AF embarcados |
Os 4 bits menos significativos do barramento da camera (
CSI_D0-D3) são multiplexados com as linhasDIO0-DIO3do LoRa peloQS3257QG, com seleção porGPIO9(0 = LoRa, 1 = camera). Assim, camera e recepção de eventos do rádio operam de forma alternada.
Microfones digitais — 2x IMP34DT05
Dois microfones MEMS PDM da STMicroelectronics em arranjo estéreo (canais L/R definidos pelo pino LR), compartilhando as linhas PDM_CLK / PDM_DOUT. Omnidirecionais e de baixo consumo, ideais para keyword spotting, classificação de som e beamforming.
| Parâmetro | Valor |
|---|---|
| Configuração | estéreo (L / R) por uma única linha de dados |
| SNR | 64 dB |
| Sensibilidade | -26 dBFS +/-3 dB |
| AOP | 122,5 dB SPL |
| Clock PDM | 1,2 – 3,25 MHz |
| Alimentação | 3,3 V |
Saída de áudio — MAX98357A
Amplificador Classe-D I2S sem filtro que recebe áudio digital direto do ESP32-S3 (BCLK/LRCLK/DIN), dispensando DAC e MCLK externos, e aciona um alto-falante pelo conector dedicado (J1) em ponte (BTL).
| Parâmetro | Valor | Observação |
|---|---|---|
| Potência máx. de saída | 3,2 W | carga 4 ohms · 5 V · THD+N 10% |
| Eficiência | até 92% | Classe-D |
| THD+N | 0,013% | 1 kHz típico |
| Ganho | 3 / 6 / 9 / 12 / 15 dB | selecionável; 9 dB padrão |
| Carga | 4 – 8 ohms | 4 ohms para potência máxima |
| Taxas de amostragem | 8 – 96 kHz | I2S, sem MCLK |
Display IPS 3,5" + touch — ST7789
Display IPS de 3,5" e 320x240 com controlador ST7789 em SPI; o backlight é comutado por MOSFET AO3400A com controle (liga/desliga e PWM) pelo expansor PCA9531. O touch capacitivo usa interface I2C própria (interrupção em GPIO6).
| Parâmetro | Valor | Observação |
|---|---|---|
| Tipo | TFT LCD IPS | amplo ângulo de visão |
| Resolução | 320x240 | QVGA (paisagem) |
| Controlador | Sitronix ST7789 | GRAM integrada |
| Interface | SPI 4 fios | SCLK / MOSI / MISO / CS / DC / RST |
| Backlight | LED via MOSFET AO3400A | controle e PWM pelo PCA9531 |
| Touch | capacitivo · I2C | INT em GPIO6; SDA/SCL no barramento I2C |
Acelerômetro — LIS3DH
Sensor MEMS de 3 eixos de ultrabaixo consumo em I2C (interrupções INT1/INT2), com fundos de escala selecionáveis, FIFO interno e funções embarcadas de detecção de movimento.
| Parâmetro | Valor |
|---|---|
| Fundos de escala | +/-2 / +/-4 / +/-8 / +/-16 g |
| Resolução | 16 bits por eixo |
| Taxa de dados (ODR) | 1 Hz – 5,3 kHz |
| Consumo | ~2 uA – 11 uA |
| Interrupções | INT1 / INT2 (movimento, click, queda livre, 4D/6D) |
| Recursos | FIFO 32 níveis, ADC aux., sensor de temperatura |
LoRa / LoRaWAN — RFM95W-915S2
Módulo de rádio baseado no Semtech SX1276, em 915 MHz, com interface SPI (compartilhada com o microSD), linhas de interrupção DIO0-DIO2 e antena dedicada. O hardware implementa a camada física LoRa; o LoRaWAN (classes A/B/C) é habilitado por software.
| Parâmetro | Valor | Observação |
|---|---|---|
| Módulo / chip | RFM95W-915S2 · SX1276 | transceptor LoRa sub-GHz |
| Banda | 915 MHz | AU915 / US915 (ISM) |
| Modulação | LoRa (CSS), (G)FSK, OOK | — |
| Potência máx. de saída | +20 dBm (100 mW) | via PA_BOOST |
| Sensibilidade de RX | até -148 dBm | conforme SF e largura de banda |
| Consumo em TX | ~120 mA @ +20 dBm | ~87 mA @ +17 dBm |
| Consumo em RX | ~10,3 mA | recepção continua |
| Consumo em sleep | ~0,2 uA | rádio em sleep |
Armazenamento — microSD (Hirose DM3AT)
Soquete microSD push-push em modo SPI, com pull-ups de 10 k, compartilhando o barramento SPI com o módulo LoRa (chip-selects independentes). Tipicamente em sistema de arquivos FAT16/FAT32 para imagens, modelos de ML, datasets e logs.
Expansor de I/O — PCA9531
Expansor/dimmer I2C de 8 saídas (dreno aberto) que centraliza sinais auxiliares, liberando GPIOs do ESP32-S3.
| Saída | Sinal | Função |
|---|---|---|
| LED0 | BACKLIGHT | liga/desliga e PWM de brilho do display |
| LED1 | LCD_RST | reset do controlador ST7789 |
| LED2 | Controle auxiliar | linha reservada |
| LED3 | S1 | seleção do mux de UART (HEF4052) |
| LED4 | S2 | seleção do mux de UART (HEF4052) |
| LED5 | OUT1 | saída de uso geral (conector de expansão) |
| LED6 | OUT2 | saída de uso geral (conector de expansão) |
| LED7 | L_RST | reset do módulo LoRa (RFM95W) |
USB-Serial — CH343P
Conversor USB-Serial (WCH CH343P) ligado ao USB-C, com reset/boot automático por DTR/RTS (via transistores BC817) acionando EN (reset) e GPIO0 (boot) — gravação sem pressionar botões. A UART pode ser roteada entre o CH343P e o conector externo pelo mux HEF4052 (seleção S1/S2 via PCA9531).
Mapa de alocação de GPIOs (ESP32-S3)
| GPIO(s) | Sinal | Interface | Observações |
|---|---|---|---|
| 18 / 15 / 14 | SCLK / MOSI / MISO | SPI | barramento SPI do display ST7789 |
| 16 / 17 | CS / DC | SPI | chip-select e Data/Command do display |
| 11 / 12 / 10 | SCLK / MOSI / MISO | SPI | barramento compartilhado microSD + LoRa |
| 13 / 21 | CS_SD / NSS_LoRa | SPI | seletores do microSD e do módulo LoRa |
| 5 / 19 | SCL / SDA | I2C | touch, LIS3DH, PCA9531 e conector (pull-up 2,2 k) |
| 6 | TOUCH_INT | I2C | interrupção do painel touch capacitivo |
| 7 / 8 / 4 | BCLK / LRCLK / DIN | I2S | áudio para o MAX98357A |
| 20 / 3 | PDM_CLK / PDM_DOUT | PDM | microfones digitais (GPIO3 e strapping) |
| 40 / 42 / 45 / 46 | CSI_D4-D7 | DVP | 4 bits mais significativos — diretos ao ESP32-S3 |
| 38 / 39 / 47 / 48 | CSI_D0-D3 / DIO0-D3 | DVP / LoRa | 4 LSB da camera multiplexados com DIO0-3 do LoRa (QS3257QG) |
| 9 | MUX_SEL | Controle | seleção do QS3257QG — 0 = LoRa (DIO), 1 = camera (CSI_D0-3) |
| 1 / 2 / 41 | PCLK / HSYNC / VSYNC | DVP | sincronismo; SCCB (SIO_C/SIO_D) em barramento próprio |
| 0 | BOOT | Strapping | botão BOOT (modo download) |
| CHIP_PU | RESET | — | botão RESET (reinicia o ESP32-S3) |
GPIO0,GPIO3,GPIO45eGPIO46são pinos de strapping do ESP32-S3 — observe as restrições de nível durante o boot. Camera e LoRa compartilham os GPIOs 38/39/47/48 através doQS3257QG, comandado porGPIO9, operando de forma alternada.
Botões e controles
| Botão | Sinal | Função |
|---|---|---|
| RESET | CHIP_PU | reinicia o ESP32-S3R8 |
| BOOT | GPIO0 | entra em modo de download / programação ao reiniciar |
| KEY / ON | SW3 (IP5306) | liga/desliga e gerenciamento de energia pelo PMIC |
Esquemático online
Visualize o projeto de hardware diretamente no navegador:
Versões
| Variante | Flash externa QSPI | Aplicação recomendada |
|---|---|---|
| iW-AIoT-eXplorer / 16 MB | Winbond W25Q128 (16 MB) | firmware AIoT padrão, OTA, modelos de ML compactos |
| iW-AIoT-eXplorer / 32 MB | Winbond W25Q256 (32 MB) | modelos de visão/áudio maiores, datasets em flash, multi-OTA |
Informações mecânicas e ambientais
| Item | Especificação |
|---|---|
| Display | IPS 3,5" · 320x240 · ST7789 · touch capacitivo I2C |
| Conector principal | USB-C (alimentação + dados, via CH343P) |
| Camera | conector flex para módulo OV5640 (DVP + SCCB) |
| Armazenamento | soquete microSD com detecção (Hirose DM3AT) |
| Áudio | conector de alto-falante (J1, 2 vias) |
| Bateria | conector para célula Li-ion única (J5, 2 vias) |
| Expansão I2C | conector I2C dedicado (SDA / SCL / 3,3 V / GND) |
| Expansão UART/GPIO | conector com UART e GPIO via PCA9531 |
| Antenas | cerâmica AN9520-245 (2,4 GHz) + antena dedicada LoR |