Especificações de hardware do ESP32-NanoCam

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1. Visão geral do hardware

Os materiais de hardware desta seção vêm dos esquemas NanoCamModule.pdf + NanoCamBASE.pdf. Arquitetura do conjunto: a placa principal (ESP32-S3 + câmera + áudio) encaixa-se na placa base (alimentação USB + gravação via serial).

Plaintext

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                   Placa Principal NanoCam               │
│  ┌───────────┐  ┌───────────┐  ┌────────────┐           │
│  │ ESP32-S3  │  │ ES8311    │  │ NS4150B    │           │
│  │ R8        │  │ Mic I2S   │  │ Amp I2S    │           │
│  │ (QFN56)   │  │           │  │            │           │
│  └────┬──────┘  └───────────┘  └────────────┘           │
│       │                                                 │
│  ┌────┴──────┐  ┌───────────┐  ┌────────────┐           │
│  │ GD25Q128  │  │ DVP       │  │ ME6217C33  │           │
│  │ 16MB Flash│  │ Câmera    │  │ 3.3V LDO   │           │
│  └───────────┘  │ FPC-24P   │  └────────────┘           │
│                 └───────────┘                           │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│                   Placa Base NanoCam                    │
│  ┌───────────┐  ┌───────────┐  ┌────────────────────┐   │
│  │ USB-C     │  │ CH340K    │  │ Gravação 1 clique  │   │
│  │ Ent. 5V   │  │ USB-UART  │  │ (DTR/RTS→BOOT/EN)  │   │
│  └───────────┘  └───────────┘  └────────────────────┘   │
│                                                         │
│  Expansão: I2C ×1, UART ×1, 5V/GND/3.3V                 │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

Figura 1: Frente da placa principal (ESP32-S3 / câmera / áudio)

2. MCU e armazenamento

2.1 MCU principal

Parâmetro	Especificação
Modelo	ESP32-S3 N16R8
Encapsulamento	QFN56
CPU	Xtensa LX7 dual-core 240MHz
PSRAM	8MB (Octal SPI, sufixo R8)
Flash	16MB (sufixo N16, SPI Flash externa de 128M-bit)
Clock	Cristal passivo de 40MHz + 2× capacitores de casamento de 10pF

2.2 Armazenamento Flash

Parâmetro	Especificação
Modelo	GD25Q128ESIG
Capacidade	128M-bit = 16MB
Interface	SPI (padrão de quatro fios)
Fabricante	GigaDevice

Sinal Flash	GPIO do ESP32-S3	Função
CS	IO29	Seleção de chip
SO (DO)	IO31	Saída de dados
SI (DI)	IO32	Entrada de dados
SCLK	IO30	Clock
WP	IO34	Proteção contra escrita
HOLD	IO33	Hold

3. Subsistema de câmera

3.1 Interface DVP

Parâmetro	Especificação
Tipo de interface	FPC 0.5 WS 24P (conector FPC de 24 pinos)
Sensores suportados	GC2145 (padrão) / OV2640 / OV5640 e outras câmeras DVP
Barramento I2C de configuração	SDA=IO41, SCL=IO42 (compartilhado com o I2C externo)
Formato de pixel	RGB565 / JPEG / YUV422 etc.

Figura 5: Desenho dimensional do módulo de câmera GC2145 (campo de visão de 68°)

3.2 Mapeamento completo dos pinos DVP

Categoria do sinal	Nome do sinal	GPIO do ESP32	Observações
Clock do sistema	XCLK	IO9	Saída de clock principal de 24MHz
Clock de pixel	PCLK	IO6	Entrada de clock de pixel da câmera
Sincronismo de quadro	VSYNC	IO13	Sincronismo vertical
Sincronismo de linha	HREF	IO11	Referência horizontal
Controle	PWDN	IO12	Controle de desligamento da câmera
Controle	RESET	IO14	Reset da câmera
I2C	SDA	IO41	Dados I2C da câmera (compartilhado com o ES8311)
I2C	SCL	IO42	Clock I2C da câmera (compartilhado com o ES8311)
Dados D0	Y2	IO4	Dados de pixel bit0
Dados D1	Y3	IO2	Dados de pixel bit1
Dados D2	Y4	IO1	Dados de pixel bit2
Dados D3	Y5	IO3	Dados de pixel bit3
Dados D4	Y6	IO5	Dados de pixel bit4
Dados D5	Y7	IO7	Dados de pixel bit5
Dados D6	Y8	IO8	Dados de pixel bit6
Dados D7	Y9	IO10	Dados de pixel bit7

3.3 Resumo dos grupos de sinais da câmera

Plaintext

Grupo de sinais DVP da câmera:
  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. Subsistema de áudio

4.1 Arquitetura de áudio

Plaintext

AP2718AT (mic MEMS analógico) → ES8311 Codec (ADC/DAC) → NS4150B (amp. analógico) → alto-falante
                               ↕ I2S (MCLK=39,BCLK=38,WS=47,DOUT=48,DIN=40) + I2C (41/42, addr=0x30)
                            ESP32-S3

Componente	Modelo	Tipo	Interface
Microfone	AP2718AT	Microfone MEMS de silício analógico	Analógico diferencial → ADC do ES8311
Codec	ES8311	Codec de áudio (I2S+I2C)	I2S=MCLK=39,BCLK=38,WS=47,DOUT=48,DIN=40, I2C=41/42, addr=0x30
Amplificador	NS4150B	Amplificador analógico classe D	Saída DAC do ES8311 → entrada analógica → alto-falante

4.2 Pinos I2S do codec ES8311

Sinal I2S	GPIO do ESP32	Função
MCLK	IO39	Clock principal
BCLK (SCLK)	IO38	Clock de bits
LRCLK (WS)	IO47	Clock dos canais esquerdo/direito
DOUT (DAC)	IO48	Saída de dados serial (reprodução)
DIN (ADC)	IO40	Entrada de dados serial (gravação)

O áudio usa o modo I2S0 Standard Duplex; o codec ES8311 suporta gravação e reprodução simultâneas.

4.3 Controle I2C do ES8311

Sinal I2C	GPIO	Descrição
SDA	IO41	Compartilha o barramento I2C com a câmera
SCL	IO42	Compartilha o barramento I2C com a câmera
Endereço	0x30	Endereço I2C de 8 bits do ES8311

5. Sistema de alimentação

5.1 Cadeia de alimentação

Plaintext

USB-C (5V) ──→ placa base NCE3401 P-MOSFET proteção contra polaridade inversa ──→ VDD50
                                                                              │
                    ┌─────────────────────────────────────────────────────────┤
                    ↓                                                         ↓
   placa principal ME6217C33 LDO                                       NS4150B (amplificador)
                    │                                                  (5V direto)
                    ↓
                 VDD33 (3.3V)
                    │
        ┌───────────┼───────────┐
        ↓           ↓           ↓
    ESP32-S3    ES8311 Codec   GD25Q128 Flash
    Câmera DVP  Mic AP2718AT   ME6211A18/28 LDO

5.2 Componentes principais

Chip	Modelo	Função
LDO	ME6217C33P5G (SOT-89-5)	Regulação 5V→3.3V
LDO	ME6211A18M3G (SOT-23)	5V→1.8V (núcleo da câmera)
LDO	ME6211A28M3G ×2 (SOT-23)	5V→2.8V (U6=AVDD, U7=DOVDD)
Filtro de entrada do U1	C14 (10μF) + C15 (0.1μF)	Entrada do ME6217C33
Filtro de saída do U1	C1 (22μF)	Saída do ME6217C33
Proteção contra polaridade inversa	NCE3401 P-MOSFET	Proteção da entrada de alimentação da placa base
Resistor de gate	R11 10KΩ	Gate do P-MOS aterrado

6. Placa base e gravação

Figura 2: Serigrafia dos pinos no verso da placa principal (RXD/TXD/SCL/SDA/5V/GND etc.)

6.1 Conversor USB-serial

Parâmetro	Especificação
Chip	CH340K
Interface USB	USB-C (USB1)
Conexão serial	TXD→U0RXD (IO44), RXD→U0TXD (IO43) (cruzadas)
Resistores de casamento USB	R4, R5 22R/1% (em série com D+/D-)
DTR/RTS	Gravação automática com um clique controla BOOT + EN

Figura 3: Frente da placa base (USB-C e interfaces de expansão)

6.2 Circuito de gravação com um clique

Usa Q1 e Q2 (transistores NPN S8050) para gravação automática:

Sinal do CH340K	Controle	Pino de destino
DTR	→ Q1 →	ESP32 EN (CHIP_PU)
RTS	→ Q2 →	ESP32 BOOT (IO0)

Princípio: a ferramenta de gravação USB alterna DTR/RTS para controlar automaticamente a sequência de BOOT e EN, sem necessidade de pressionar botões.

6.3 Tabela de pinos do conector placa principal ↔ placa base

Pino da placa base	Pino da placa principal	Nome do sinal	GPIO do ESP32	Função
P1-1	P1-1	VDD50	—	Saída de alimentação 5V
P1-2	P1-2	VDD50	—	Saída de alimentação 5V
P1-3	P1-3	GND	—	Terra de alimentação
P1-4	P1-4	GND	—	Terra de alimentação
P1-5	P1-5	SDA	IO41	Dados I2C (compartilhados com câmera/ES8311)
P1-6	P1-6	SCL	IO42	Clock I2C (compartilhado com câmera/ES8311)
P1-7	P1-7	U0TXD	IO43	Transmissão da serial 0 (para RXD do CH340K)
P1-8	P1-8	U0RXD	IO44	Recepção da serial 0 (para TXD do CH340K)
P2-1	P2-1	ESP_P	IO20	Dados diferenciais USB positivo (D+)
P2-2	P2-2	ESP_N	IO19	Dados diferenciais USB negativo (D-)
P2-3	P2-3	VDD33	—	Saída de alimentação 3.3V
P2-4	P2-4	VDD33	—	Saída de alimentação 3.3V
P2-5	P2-5	GND	—	Terra de alimentação
P2-6	P2-6	GND	—	Terra de alimentação
P2-7	P2-7	BOOT	IO0	Modo de boot/gravação
P2-8	P2-8	CHIP_PU	EN	Controle de reset do chip

Figura 4: Serigrafia dos pinos no verso da placa base

6.4 Interfaces de expansão da placa base

Interface	Sinais expostos	Uso
P3 (I2C, 4Pin)	5V1, GND, SDA, SCL	Dispositivos I2C externos
P4 (UART, 4Pin)	5V1, GND, ESP_P, ESP_N	Dispositivos USB/seriais externos

7. Tabela completa de ocupação de GPIO

Total: 33 GPIOs ocupados, cerca de 8 GPIOs disponíveis.

GPIO	Função	Sinal	Observações
IO0	BOOT	BOOT	Modo de boot/gravação (botão S2, pull-up de 10K + debounce de 0.1μF)
IO1	DVP D2	CAM_Y4	Dados de pixel bit2
IO2	DVP D1	CAM_Y3	Dados de pixel bit1
IO3	DVP D3	CAM_Y5	Dados de pixel bit3
IO4	DVP D0	CAM_Y2	Dados de pixel bit0
IO5	DVP D4	CAM_Y6	Dados de pixel bit4
IO6	DVP PCLK	CAM_PCLK	Entrada de clock de pixel
IO7	DVP D5	CAM_Y7	Dados de pixel bit5
IO8	DVP D6	CAM_Y8	Dados de pixel bit6
IO9	DVP XCLK	CAM_XCLK	Clock principal da câmera (24MHz)
IO10	DVP D7	CAM_Y9	Dados de pixel bit7
IO11	DVP HREF	CAM_HREF	Sincronismo de linha
IO12	DVP PWDN	CAM_PWDN	Controle de desligamento da câmera
IO13	DVP VSYNC	CAM_VSYNC	Sincronismo de quadro
IO14	DVP RESET	CAM_RESET	Reset da câmera
IO18	WS2812	RGB_LED_DIN	Entrada de dados do LED RGB WS2812
IO19	Par diferencial USB	D- (ESP_N)	Dados diferenciais USB negativo (D-)
IO20	Par diferencial USB	D+ (ESP_P)	Dados diferenciais USB positivo (D+)
IO21	WS2812 DOUT	RGB_LED_DOUT	Saída em cascata do WS2812 (disponível quando não há cascata)
IO29	SPI CS	Flash_CS	Seleção de chip da Flash externa
IO30	SPI SCLK	Flash_CLK	Clock da Flash externa
IO31	SPI SO	Flash_DO	Saída de dados da Flash externa
IO32	SPI SI	Flash_DI	Entrada de dados da Flash externa
IO33	SPI HOLD	Flash_HOLD	Hold da Flash externa
IO34	SPI WP	Flash_WP	Proteção contra escrita da Flash externa
IO38	I2S BCLK	I2S_BCLK	Clock de bits do ES8311
IO39	I2S MCLK	I2S_MCLK	Clock principal do ES8311
IO40	I2S DIN	I2S_DIN	Entrada de dados do ADC do ES8311
IO41	I2C SDA	I2C_SDA	Compartilhado entre câmera + ES8311 + I2C externo
IO42	I2C SCL	I2C_SCL	Compartilhado entre câmera + ES8311 + I2C externo
IO43	UART0 TX	UTXD	Transmissão da serial 0 (CH340K da placa base)
IO44	UART0 RX	URXD	Recepção da serial 0 (CH340K da placa base)
IO47	I2S WS	I2S_WS	Seleção de palavra do ES8311 (LRCK)
IO48	I2S DOUT	I2S_DOUT	Saída de dados do DAC do ES8311
EN	CHIP_PU	RST/EN	Enable/reset (botão S1, pull-up de 10K)

GPIOs disponíveis (não utilizados, expansíveis)

GPIO	Característica	Uso sugerido
IO15	IO de uso geral	Expansão
IO16	IO de uso geral	Expansão
IO17	IO de uso geral	Expansão
IO35	IO de uso geral	Expansão
IO36	IO de uso geral	Expansão
IO37	IO de uso geral	Expansão
IO45	IO de uso geral	Expansão
IO46	IO de uso geral	Expansão

⚠️ GPIOs ocupados: 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
Quantidade disponível: 8 GPIOs

8. Restrições de projeto importantes

8.1 Configuração do periférico I2S

O ESP32-S3 tem dois controladores I2S:
- I2S0: atribuído ao codec ES8311 (MCLK=IO39, BCLK=IO38, WS=IO47, DOUT=IO48, DIN=IO40), I2S Duplex bidirecional, com suporte simultâneo a gravação e reprodução
Controle I2C do ES8311: SDA=IO41, SCL=IO42, endereço do dispositivo 0x30

8.2 Coexistência entre DVP e DMA do I2S

O DVP usa o canal DMA do periférico LCD_CAM
O ES8311 usa o DMA do I2S0 (interface I2S única bidirecional)
Os dois não entram em conflito, mas atenção à largura de banda da PSRAM (os 8MB de PSRAM são suficientes)
GPIO45/46 não têm conexão com o áudio e podem ter outros usos; GPIO47 é usado para I2S WS

8.3 Compartilhamento do barramento I2C

IO41(SDA) + IO42(SCL) conectam simultaneamente a câmera e a interface I2C externa
Resistores de pull-up I2C: R12 (SDA, 4.7K/1%), R13 (SCL, 4.7K/1%), com pull-up para VDD33
Garanta que o endereço I2C da câmera não conflite com os dispositivos externos
Endereço I2C padrão do OV2640: 0x60 (escrita) / 0x61 (leitura) — não conflita com o ES8311 (0x30)

8.4 Capacidade de Flash suficiente

16MB de Flash oferecem espaço de sobra, com suporte a:
- Esquema de partição dupla OTA (factory + ota_0 + ota_1)
- SPIFFS para o painel de gerenciamento Web (~1MB)
- Pacotes de recursos multilíngues do XiaoZhi AI (arquivos .p3)
- Partição de configuração NVS
- Espaço reservado para atualizações
Sem preocupação com o tamanho do firmware; o AI multi-Agent cabe por completo

8.5 Restrições dos pinos de entrada da câmera DVP

D0-D7 e VSYNC/HREF/PCLK são pinos de entrada, controlados pelo sensor da câmera
Ao desenvolver o driver, garanta que esses pinos sejam configurados apenas como modo INPUT
Os pinos de áudio I2S (38,39,40,47,48) podem ser configurados como modo de saída (suportado pelo ESP32-S3)

9. Recomendações de configuração do ESP-IDF

9.1 Itens principais do sdkconfig

Plaintext

# Chip
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

# Câmera
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

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

9.2 Configuração da câmera

// Configuração de pinos do 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,
};

Próximos passos

Início rápido — cinco passos para gravar, conectar à rede e trocar de modo de IA
Manual do protocolo serial — referência completa dos comandos AT

Tutorial de visão IA (11 capítulos)

Exemplos Multi-Placa

Comunicação I2C

Comunicação Serial

Exemplos ROS

Especificações de hardware do ESP32-NanoCam

1. Visão geral do hardware

2. MCU e armazenamento

2.1 MCU principal

2.2 Armazenamento Flash

3. Subsistema de câmera

3.1 Interface DVP

3.2 Mapeamento completo dos pinos DVP

3.3 Resumo dos grupos de sinais da câmera

4. Subsistema de áudio

4.1 Arquitetura de áudio

4.2 Pinos I2S do codec ES8311

4.3 Controle I2C do ES8311

5. Sistema de alimentação

5.1 Cadeia de alimentação

5.2 Componentes principais

6. Placa base e gravação

6.1 Conversor USB-serial

6.2 Circuito de gravação com um clique

6.3 Tabela de pinos do conector placa principal ↔ placa base

6.4 Interfaces de expansão da placa base

7. Tabela completa de ocupação de GPIO

GPIOs disponíveis (não utilizados, expansíveis)

8. Restrições de projeto importantes

8.1 Configuração do periférico I2S

8.2 Coexistência entre DVP e DMA do I2S

8.3 Compartilhamento do barramento I2C

8.4 Capacidade de Flash suficiente

8.5 Restrições dos pinos de entrada da câmera DVP

9. Recomendações de configuração do ESP-IDF

9.1 Itens principais do sdkconfig

9.2 Configuração da câmera

Próximos passos

Comunicação I2C

Comunicação Serial

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2. MCU e armazenamento ​

2.1 MCU principal ​

2.2 Armazenamento Flash ​

3. Subsistema de câmera ​

3.1 Interface DVP ​

3.2 Mapeamento completo dos pinos DVP ​

3.3 Resumo dos grupos de sinais da câmera ​

4. Subsistema de áudio ​

4.1 Arquitetura de áudio ​

4.2 Pinos I2S do codec ES8311 ​

4.3 Controle I2C do ES8311 ​

5. Sistema de alimentação ​

5.1 Cadeia de alimentação ​

5.2 Componentes principais ​

6. Placa base e gravação ​

6.1 Conversor USB-serial ​

6.2 Circuito de gravação com um clique ​

6.3 Tabela de pinos do conector placa principal ↔ placa base ​

6.4 Interfaces de expansão da placa base ​

7. Tabela completa de ocupação de GPIO ​

GPIOs disponíveis (não utilizados, expansíveis) ​

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8.1 Configuração do periférico I2S ​

8.2 Coexistência entre DVP e DMA do I2S ​

8.3 Compartilhamento do barramento I2C ​

8.4 Capacidade de Flash suficiente ​

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3.1 Interface DVP

3.2 Mapeamento completo dos pinos DVP

3.3 Resumo dos grupos de sinais da câmera

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4.2 Pinos I2S do codec ES8311

4.3 Controle I2C do ES8311

5. Sistema de alimentação

5.1 Cadeia de alimentação

5.2 Componentes principais

6. Placa base e gravação

6.1 Conversor USB-serial

6.2 Circuito de gravação com um clique

6.3 Tabela de pinos do conector placa principal ↔ placa base

6.4 Interfaces de expansão da placa base

7. Tabela completa de ocupação de GPIO

GPIOs disponíveis (não utilizados, expansíveis)

8. Restrições de projeto importantes

8.1 Configuração do periférico I2S

8.2 Coexistência entre DVP e DMA do I2S

8.3 Compartilhamento do barramento I2C

8.4 Capacidade de Flash suficiente

8.5 Restrições dos pinos de entrada da câmera DVP

9. Recomendações de configuração do ESP-IDF

9.1 Itens principais do sdkconfig

9.2 Configuração da câmera

Próximos passos