ESP32-NanoCam — Spécifications matérielles

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Source : schémas NanoCamModule.pdf + NanoCAMBASE.pdf. Architecture : la carte principale (ESP32-S3 + caméra + audio) s'enfiche sur la carte de base (alimentation USB + flashage série).

1. Vue d'ensemble du matériel

Plaintext

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    NanoCam 核心板                         │
│  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌────────────┐            │
│  │ ESP32-S3 │  │ ES8311   │  │ NS4150B   │            │
│  │   R8     │  │ I2S 麦克风│  │ I2S 功放   │            │
│  │ (QFN56)  │  │          │  │            │            │
│  └────┬─────┘  └──────────┘  └────────────┘            │
│       │                                                 │
│  ┌────┴─────┐  ┌──────────┐  ┌────────────┐            │
│  │ GD25Q128 │  │  DVP     │  │ ME6217C33  │            │
│  │ 16MB Flash│ │ 摄像头   │  │ 3.3V LDO   │            │
│  └──────────┘  │ FPC-24P  │  └────────────┘            │
│                └──────────┘                             │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│                    NanoCam 底板                          │
│  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌────────────────────┐    │
│  │ USB-C    │  │ CH340K   │  │ 一键下载电路        │    │
│  │ 5V输入   │  │ USB-UART │  │ (DTR/RTS→BOOT/EN)  │    │
│  └──────────┘  └──────────┘  └────────────────────┘    │
│                                                         │
│  扩展接口: I2C ×1, UART ×1, 5V/GND/3.3V                 │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

Figure 1 : face avant de la carte principale (ESP32-S3 / caméra / audio)

2. MCU et stockage

2.1 MCU

Paramètre	Spécification
Modèle	ESP32-S3 N16R8
Boîtier	QFN56
CPU	Xtensa LX7 double cœur 240MHz
PSRAM	8MB (Octal SPI, suffixe R8)
Flash	16MB (suffixe N16, SPI Flash externe 128M-bit)
Horloge	Quartz passif 40MHz + 2 condensateurs d'adaptation 10pF

2.2 Stockage Flash

Paramètre	Spécification
Modèle	GD25Q128ESIG
Capacité	128M-bit = 16MB
Interface	SPI (4 fils standard)
Marque	GigaDevice

Signal Flash	GPIO ESP32-S3	Fonction
CS	IO29	Sélection de puce
SO (DO)	IO31	Sortie de données
SI (DI)	IO32	Entrée de données
SCLK	IO30	Horloge
WP	IO34	Protection en écriture
HOLD	IO33	Maintien (Hold)

3. Sous-système caméra

3.1 Interface DVP

Paramètre	Spécification
Type d'interface	FPC 0.5 WS 24P (connecteur FPC 24 broches)
Capteurs pris en charge	GC2145 (par défaut) / OV2640 / OV5640 et autres caméras DVP
Bus de configuration I2C	SDA=IO41, SCL=IO42 (partagé avec l'I2C externe)
Format de pixel	RGB565 / JPEG / YUV422, etc.

Figure 4 : sérigraphie des broches au dos de la carte de base

3.2 Mappage complet des broches DVP

Catégorie de signal	Nom du signal	GPIO ESP32	Remarque
Horloge système	XCLK	IO9	Sortie d'horloge principale 24MHz
Horloge pixel	PCLK	IO6	Entrée d'horloge pixel caméra
Synchro de trame	VSYNC	IO13	Synchronisation verticale
Synchro de ligne	HREF	IO11	Référence horizontale
Commande	PWDN	IO12	Contrôle power-down caméra
Commande	RESET	IO14	Réinitialisation caméra
I2C	SDA	IO41	Données I2C caméra (partagées avec l'ES8311)
I2C	SCL	IO42	Horloge I2C caméra (partagée avec l'ES8311)
Données D0	Y2	IO4	Bit 0 des données pixel
Données D1	Y3	IO2	Bit 1 des données pixel
Données D2	Y4	IO1	Bit 2 des données pixel
Données D3	Y5	IO3	Bit 3 des données pixel
Données D4	Y6	IO5	Bit 4 des données pixel
Données D5	Y7	IO7	Bit 5 des données pixel
Données D6	Y8	IO8	Bit 6 des données pixel
Données D7	Y9	IO10	Bit 7 des données pixel

3.3 Récapitulatif des groupes de signaux caméra

Plaintext

Groupe de signaux DVP caméra :
  XCLK  = IO9     # Master clock out (24MHz)
  PCLK  = IO6     # Pixel clock in
  VSYNC = IO13    # Vertical sync
  HREF  = IO11    # Horizontal ref
  PWDN  = IO12    # Power down (active low)
  RESET = IO14    # Hardware reset

  D0(Y2) = IO4    D1(Y3) = IO2
  D2(Y4) = IO1    D3(Y5) = IO3
  D4(Y6) = IO5    D5(Y7) = IO7
  D6(Y8) = IO8    D7(Y9) = IO10

  SIOD(SDA) = IO41
  SIOC(SCL) = IO42

4. Sous-système audio

4.1 Architecture audio

Plaintext

AP2718AT (micro MEMS analogique) → ES8311 Codec (ADC/DAC) → NS4150B (ampli analogique) → haut-parleur
                               ↕ I2S (MCLK=39,BCLK=38,WS=47,DOUT=48,DIN=40) + I2C (41/42, addr=0x30)
                            ESP32-S3

Composant	Modèle	Type	Interface
Microphone	AP2718AT	Micro MEMS analogique	Différentiel analogique → ADC ES8311
Codec	ES8311	Codec audio (I2S+I2C)	I2S=MCLK=39,BCLK=38,WS=47,DOUT=48,DIN=40, I2C=41/42, addr=0x30
Amplificateur	NS4150B	Ampli analogique classe D	Sortie DAC ES8311 → entrée analogique → haut-parleur

4.2 Broches I2S du codec ES8311

Signal I2S	GPIO ESP32	Fonction
MCLK	IO39	Horloge principale
BCLK (SCLK)	IO38	Horloge binaire
LRCLK (WS)	IO47	Horloge de canal gauche/droite
DOUT (DAC)	IO48	Sortie de données série (lecture)
DIN (ADC)	IO40	Entrée de données série (enregistrement)

L'audio utilise le mode I2S0 Standard Duplex ; le codec ES8311 prend en charge simultanément l'enregistrement et la lecture.

4.3 Contrôle I2C de l'ES8311

Signal I2C	GPIO	Description
SDA	IO41	Bus I2C partagé avec la caméra
SCL	IO42	Bus I2C partagé avec la caméra
Adresse	0x30	Adresse I2C 8 bits de l'ES8311

5. Système d'alimentation

5.1 Chaîne d'alimentation

Plaintext

USB-C (5V) ──→ 底板 NCE3401 P-MOSFET 反接保护 ──→ VDD50
                                              │
                    ┌─────────────────────────┤
                    ↓                         ↓
            核心板 ME6217C33 LDO            NS4150B 功放
                    │                  (5V 直供)
                    ↓
                 VDD33 (3.3V)
                    │
        ┌───────────┼───────────┐
        ↓           ↓           ↓
    ESP32-S3    ES8311 Codec   GD25Q128 Flash
    DVP摄像头   AP2718AT 麦    ME6211A18/28 LDO

5.2 Composants clés

Puce	Modèle	Fonction
LDO	ME6217C33P5G (SOT-89-5)	Régulation 5V→3.3V
LDO	ME6211A18M3G (SOT-23)	5V→1.8V (cœur caméra)
LDO	ME6211A28M3G ×2 (SOT-23)	5V→2.8V (U6=AVDD, U7=DOVDD)
Filtrage d'entrée U1	C14 (10μF) + C15 (0.1μF)	Entrée ME6217C33
Filtrage de sortie U1	C1 (22μF)	Sortie ME6217C33
Protection contre l'inversion	NCE3401 P-MOSFET	Protection de l'entrée d'alimentation de la carte de base
Résistance de grille	R11 10KΩ	Grille du P-MOS à la masse

6. Carte de base et flashage

Figure 5 : schéma de dimensions du module caméra GC2145 (champ de vision 68°)

6.1 USB vers série

Paramètre	Spécification
Puce	CH340K
Interface USB	USB-C (USB1)
Connexion série	TXD→U0RXD (IO44), RXD→U0TXD (IO43) (croisées)
Résistances d'adaptation USB	R4, R5 22R/1% (en série sur D+/D-)
DTR/RTS	Contrôle automatique BOOT + EN pour le flashage en un clic

Figure 2 : sérigraphie des broches au dos de la carte principale (RXD/TXD/SCL/SDA/5V/GND, etc.)

6.2 Circuit de flashage automatique

Utilise Q1, Q2 (transistors NPN S8050) pour le flashage automatique :

Signal CH340K	Commande	Broche cible
DTR	→ Q1 →	ESP32 EN (CHIP_PU)
RTS	→ Q2 →	ESP32 BOOT (IO0)

Principe : l'outil de flashage USB bascule DTR/RTS pour contrôler automatiquement la séquence BOOT et EN, sans appui manuel sur les boutons.

6.3 Tableau des broches du connecteur carte principale ↔ carte de base

Broche carte de base	Broche carte principale	Nom du signal	GPIO ESP32	Fonction
P1-1	P1-1	VDD50	—	Sortie d'alimentation 5V
P1-2	P1-2	VDD50	—	Sortie d'alimentation 5V
P1-3	P1-3	GND	—	Masse d'alimentation
P1-4	P1-4	GND	—	Masse d'alimentation
P1-5	P1-5	SDA	IO41	Données I2C (partagées avec caméra/ES8311)
P1-6	P1-6	SCL	IO42	Horloge I2C (partagée avec caméra/ES8311)
P1-7	P1-7	U0TXD	IO43	Émission UART0 (vers CH340K RXD)
P1-8	P1-8	U0RXD	IO44	Réception UART0 (vers CH340K TXD)
P2-1	P2-1	ESP_P	IO20	Données différentielles USB positives (D+)
P2-2	P2-2	ESP_N	IO19	Données différentielles USB négatives (D-)
P2-3	P2-3	VDD33	—	Sortie d'alimentation 3.3V
P2-4	P2-4	VDD33	—	Sortie d'alimentation 3.3V
P2-5	P2-5	GND	—	Masse d'alimentation
P2-6	P2-6	GND	—	Masse d'alimentation
P2-7	P2-7	BOOT	IO0	Mode de démarrage / flashage
P2-8	P2-8	CHIP_PU	EN	Contrôle de réinitialisation de la puce

Figure 3 : face avant de la carte de base (USB-C et interfaces d'extension)

6.4 Interfaces d'extension de la carte de base

Interface	Signaux	Utilisation
P3 (I2C, 4 broches)	5V1, GND, SDA, SCL	Périphériques I2C externes
P4 (UART, 4 broches)	5V1, GND, ESP_P, ESP_N	Périphériques USB/série externes

7. Tableau complet d'occupation des GPIO

Total : 33 GPIO occupés, environ 8 GPIO disponibles.

GPIO	Fonction	Signal	Remarque
IO0	BOOT	BOOT	Mode de démarrage / flashage (bouton S2, pull-up 10K + anti-rebond 0.1μF)
IO1	DVP D2	CAM_Y4	Bit 2 des données pixel
IO2	DVP D1	CAM_Y3	Bit 1 des données pixel
IO3	DVP D3	CAM_Y5	Bit 3 des données pixel
IO4	DVP D0	CAM_Y2	Bit 0 des données pixel
IO5	DVP D4	CAM_Y6	Bit 4 des données pixel
IO6	DVP PCLK	CAM_PCLK	Entrée d'horloge pixel
IO7	DVP D5	CAM_Y7	Bit 5 des données pixel
IO8	DVP D6	CAM_Y8	Bit 6 des données pixel
IO9	DVP XCLK	CAM_XCLK	Horloge principale caméra (24MHz)
IO10	DVP D7	CAM_Y9	Bit 7 des données pixel
IO11	DVP HREF	CAM_HREF	Synchronisation de ligne
IO12	DVP PWDN	CAM_PWDN	Contrôle power-down caméra
IO13	DVP VSYNC	CAM_VSYNC	Synchronisation de trame
IO14	DVP RESET	CAM_RESET	Réinitialisation caméra
IO18	WS2812	RGB_LED_DIN	Entrée de données de la LED RGB WS2812
IO19	USB différentiel	D- (ESP_N)	Données différentielles USB négatives (D-)
IO20	USB différentiel	D+ (ESP_P)	Données différentielles USB positives (D+)
IO21	WS2812 DOUT	RGB_LED_DOUT	Sortie en cascade WS2812 (libre si non utilisée)
IO29	SPI CS	Flash_CS	Sélection de puce de la Flash externe
IO30	SPI SCLK	Flash_CLK	Horloge de la Flash externe
IO31	SPI SO	Flash_DO	Sortie de données de la Flash externe
IO32	SPI SI	Flash_DI	Entrée de données de la Flash externe
IO33	SPI HOLD	Flash_HOLD	Hold de la Flash externe
IO34	SPI WP	Flash_WP	Protection en écriture de la Flash externe
IO38	I2S BCLK	I2S_BCLK	Horloge binaire ES8311
IO39	I2S MCLK	I2S_MCLK	Horloge principale ES8311
IO40	I2S DIN	I2S_DIN	Entrée de données ADC ES8311
IO41	I2C SDA	I2C_SDA	Partagé caméra + ES8311 + I2C externe
IO42	I2C SCL	I2C_SCL	Partagé caméra + ES8311 + I2C externe
IO43	UART0 TX	UTXD	Émission UART0 (CH340K de la carte de base)
IO44	UART0 RX	URXD	Réception UART0 (CH340K de la carte de base)
IO47	I2S WS	I2S_WS	Sélection de mot ES8311 (LRCK)
IO48	I2S DOUT	I2S_DOUT	Sortie de données DAC ES8311
EN	CHIP_PU	RST/EN	Activation/réinitialisation (bouton S1, pull-up 10K)

GPIO disponibles (libres, extensibles)

GPIO	Caractéristique	Utilisation suggérée
IO15	IO générique	Extension
IO16	IO générique	Extension
IO17	IO générique	Extension
IO35	IO générique	Extension
IO36	IO générique	Extension
IO37	IO générique	Extension
IO45	IO générique	Extension
IO46	IO générique	Extension

⚠️ GPIO occupés : 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,18,19,20,21,29,30,31,32,33,34,38,39,40,41,42,43,44,47,48 Nombre disponible : 8 GPIO

8. Contraintes de conception clés

8.1 Configuration du périphérique I2S

L'ESP32-S3 dispose de deux contrôleurs I2S :
- I2S0 : attribué au codec ES8311 (MCLK=IO39, BCLK=IO38, WS=IO47, DOUT=IO48, DIN=IO40), I2S Duplex bidirectionnel, enregistrement et lecture simultanés
Contrôle I2C de l'ES8311 : SDA=IO41, SCL=IO42, adresse du composant 0x30

8.2 Coexistence du DVP et du DMA I2S

Le DVP utilise le canal DMA du périphérique LCD_CAM
L'ES8311 utilise le DMA I2S0 (une seule interface I2S bidirectionnelle)
Les deux ne sont pas en conflit, mais attention à la bande passante PSRAM (8MB de PSRAM suffisent)
GPIO45/46 ne sont pas connectés à l'audio et peuvent servir à d'autres usages ; GPIO47 est utilisé pour I2S WS

8.3 Partage du bus I2C

IO41(SDA) + IO42(SCL) sont connectés à la fois à la caméra et à l'interface I2C externe
Résistances de pull-up I2C : R12 (SDA, 4.7K/1%), R13 (SCL, 4.7K/1%), tirées vers VDD33
S'assurer que l'adresse I2C de la caméra n'entre pas en conflit avec les périphériques externes
Adresse I2C par défaut de l'OV2640 : 0x60 (écriture) / 0x61 (lecture) — pas de conflit avec l'ES8311 (0x30)

8.4 Capacité de la Flash suffisante

16MB de Flash offrent un espace confortable, permettant de prendre en charge :
- Schéma double partition OTA (factory + ota_0 + ota_1)
- SPIFFS pour l'interface d'administration Web (~1MB)
- Packs de ressources multilingues XiaoZhi AI (fichiers .p3)
- Partition de configuration NVS
- Espace réservé pour les mises à jour
Aucune inquiétude sur la taille du firmware : les agents IA multiples peuvent être intégralement embarqués

8.5 Contraintes des broches d'entrée de la caméra DVP

D0-D7 ainsi que VSYNC/HREF/PCLK sont des broches d'entrée, pilotées par le capteur caméra
Lors du développement du pilote, veiller à ce que ces broches soient configurées uniquement en mode INPUT
Les broches audio I2S (38,39,40,47,48) peuvent être configurées en mode sortie (pris en charge par l'ESP32-S3)

9. Recommandations de configuration ESP-IDF

9.1 Éléments clés du sdkconfig

Plaintext

# Puce
CONFIG_IDF_TARGET_ESP32S3=y
CONFIG_ESP32S3_DEFAULT_CPU_FREQ_240=y

# Flash (16MB)
CONFIG_ESPTOOLPY_FLASHSIZE_16MB=y
CONFIG_ESPTOOLPY_FLASHMODE_QIO=y
CONFIG_ESPTOOLPY_FLASHFREQ_80M=y

# PSRAM (8MB Octal)
CONFIG_SPIRAM=y
CONFIG_SPIRAM_MODE_OCT=y
CONFIG_SPIRAM_SPEED_80M=y
CONFIG_SPIRAM_MALLOC_ALWAYSINTERNAL=4096
CONFIG_SPIRAM_MALLOC_RESERVE_INTERNAL=49152
CONFIG_MBEDTLS_EXTERNAL_MEM_ALLOC=y

# Cache
CONFIG_ESP32S3_INSTRUCTION_CACHE_32KB=y
CONFIG_ESP32S3_DATA_CACHE_64KB=y
CONFIG_ESP32S3_DATA_CACHE_LINE_64B=y

# Caméra
CONFIG_CAMERA_MODULE_CUSTOM=y
CONFIG_CAMERA_PIN_XCLK=9
CONFIG_CAMERA_PIN_PCLK=6
CONFIG_CAMERA_PIN_VSYNC=13
CONFIG_CAMERA_PIN_HREF=11
CONFIG_CAMERA_PIN_SIOD=41
CONFIG_CAMERA_PIN_SIOC=42
CONFIG_CAMERA_PIN_PWDN=12
CONFIG_CAMERA_PIN_RESET=14
CONFIG_CAMERA_PIN_Y2=4
CONFIG_CAMERA_PIN_Y3=2
CONFIG_CAMERA_PIN_Y4=1
CONFIG_CAMERA_PIN_Y5=3
CONFIG_CAMERA_PIN_Y6=5
CONFIG_CAMERA_PIN_Y7=7
CONFIG_CAMERA_PIN_Y8=8
CONFIG_CAMERA_PIN_Y9=10
CONFIG_CAMERA_XCLK_FREQ=24000000

# Audio (codec ES8311, I2S0)
# ES8311 I2S: MCLK=39, BCLK=38, WS=47, DOUT=48, DIN=40
# ES8311 I2C: SDA=41, SCL=42, addr=0x30

9.2 Configuration de la caméra

// Configuration des broches esp32-camera
camera_config_t config = {
    .pin_pwdn  = 12,
    .pin_reset = 14,
    .pin_xclk  = 9,
    .pin_siod  = 41,
    .pin_sioc  = 42,
    .pin_d7    = 10,
    .pin_d6    = 8,
    .pin_d5    = 7,
    .pin_d4    = 5,
    .pin_d3    = 3,
    .pin_d2    = 1,
    .pin_d1    = 2,
    .pin_d0    = 4,
    .pin_vsync = 13,
    .pin_href  = 11,
    .pin_pclk  = 6,
    .xclk_freq_hz = 24000000,
    .pixel_format = PIXFORMAT_RGB565,  // ou PIXFORMAT_JPEG
    .frame_size   = FRAMESIZE_QVGA,    // 320x240
    .jpeg_quality = 12,
    .fb_count     = 2,
    .fb_location  = CAMERA_FB_IN_PSRAM,
    .grab_mode    = CAMERA_GRAB_WHEN_EMPTY,
};

Étapes suivantes

Démarrage rapide — flashage, connexion réseau et changement de mode IA en cinq étapes
Manuel du protocole série — référence complète des commandes AT

1. Installer LeRobot

2. Port série

3. Calibration

4. Téléopération

5. Téléop. caméra

6. Collecte données

7. Entraînement

8. Inférence

Notions de base

Compléments

1. Installer LeRobot

3. Port série

4. Calibration

5. Téléopération

6. Téléop. caméra

7. Collecte données

8. Entraînement

9. Inférence

Kit de développement Jetson AGX Orin

Kit de développement Jetson Orin Nano Super

Communication I2C

Communication série

ESP32-NanoCam — Spécifications matérielles ​

1. Vue d'ensemble du matériel ​

2. MCU et stockage ​

2.1 MCU ​

2.2 Stockage Flash ​

3. Sous-système caméra ​

3.1 Interface DVP ​

3.2 Mappage complet des broches DVP ​

3.3 Récapitulatif des groupes de signaux caméra ​

4. Sous-système audio ​

4.1 Architecture audio ​

4.2 Broches I2S du codec ES8311 ​

4.3 Contrôle I2C de l'ES8311 ​

5. Système d'alimentation ​

5.1 Chaîne d'alimentation ​

5.2 Composants clés ​

6. Carte de base et flashage ​

6.1 USB vers série ​

6.2 Circuit de flashage automatique ​

6.3 Tableau des broches du connecteur carte principale ↔ carte de base ​

6.4 Interfaces d'extension de la carte de base ​

7. Tableau complet d'occupation des GPIO ​

GPIO disponibles (libres, extensibles) ​

8. Contraintes de conception clés ​

8.1 Configuration du périphérique I2S ​

8.2 Coexistence du DVP et du DMA I2S ​

8.3 Partage du bus I2C ​

8.4 Capacité de la Flash suffisante ​

8.5 Contraintes des broches d'entrée de la caméra DVP ​

9. Recommandations de configuration ESP-IDF ​

9.1 Éléments clés du sdkconfig ​

9.2 Configuration de la caméra ​

Étapes suivantes ​

Produits associés

ESP32-NanoCam — Spécifications matérielles

1. Vue d'ensemble du matériel

2. MCU et stockage

2.1 MCU

2.2 Stockage Flash

3. Sous-système caméra

3.1 Interface DVP

3.2 Mappage complet des broches DVP

3.3 Récapitulatif des groupes de signaux caméra

4. Sous-système audio

4.1 Architecture audio

4.2 Broches I2S du codec ES8311

4.3 Contrôle I2C de l'ES8311

5. Système d'alimentation

5.1 Chaîne d'alimentation

5.2 Composants clés

6. Carte de base et flashage

6.1 USB vers série

6.2 Circuit de flashage automatique

6.3 Tableau des broches du connecteur carte principale ↔ carte de base

6.4 Interfaces d'extension de la carte de base

7. Tableau complet d'occupation des GPIO

GPIO disponibles (libres, extensibles)

8. Contraintes de conception clés

8.1 Configuration du périphérique I2S

8.2 Coexistence du DVP et du DMA I2S

8.3 Partage du bus I2C

8.4 Capacité de la Flash suffisante

8.5 Contraintes des broches d'entrée de la caméra DVP

9. Recommandations de configuration ESP-IDF

9.1 Éléments clés du sdkconfig

9.2 Configuration de la caméra

Étapes suivantes