FastBond2阶段1基于NRF7002 开发套件与esp32-s3的复杂环境长待机高兼容性多传感器低成本监控系统

一、引言

关于工矿环境监测系统的介绍

工矿环境是主要是矿产生产下的环境，其特点就是环境恶劣，多有害或污染情况，甚至危险突发状况也很常见。其中由于特殊情况频出，所以需要的传感器也多种多样。并且这些传感器都属于传统领域的，互相之间兼容性很差。而且每个传感器都有自己的平台和标准，所有我们需要一个高度兼容性并且成本极低的监控系统。这样能有效降低成本的同时能更好的协调和集成资源，减少额外的人力财力物力支出。

 
二、项目思路

位移传感器是一个非常常见且便利的应用传感器（ADXL312WACPZ-[亚德诺半导体（ADI）](https://www.digikey.cn/zh/supplier-centers/analog-devices)），我目前设想使用的ADXL312WACPZ这款型号的传感器与乐鑫（Expressif）ESP32-S3-USB-OTG的开发板通过IIC协议集成在一起，用于检测重点地质或者重点矿山建筑的地理位移情况，并且与nrf7002的开发板汇总其数据（wifi协议）。由于使用成熟的通讯技术，如wifi，iic等，所以我觉得项目有着极大的成功可能性。所以我想借助FastBond2的机会来设计一套全新的环境监测系统,开发优势如下：
1. nRF7002开发板由于使用RTOS开发，对于LVGL有着良好的兼容性，可以提供全新UI。
2. ESP32-S3和nRF7002同属于wifi开发板，其工作距离远，而且由于实时性，一旦失去信号，自然会有报警错误产生，天然的警报时效性。ESP32-S3天然支持ESP-NOW，自己还能构建复杂网络，节约系统设计成本。
3. ADXL312WACPZ位移传感器（加速度传感器）使用IIC通讯，成熟快速，稳定。
4. ESP32-S3-USB-OTG开发板小巧接口是USB-A结实，并且稳定，易于与其他设备兼容。

三、方案原理图

Digikey电子的scheme-it链接：

主要元器件：

- nRF7002-DK开发板（Nordic）
- ESP32-S3-USB-OTG的开发板（基于ESP32S3 乐鑫）
- ADXL312WACPZ(ADI亚德诺)
- TFF屏幕

1）NRF7002 开发套件

Nordic Semiconductor 的开发套件专为 nRF7002 Wi-Fi 6 配套 IC 而设


[Nordic Semiconductor](https://www.digikey.cn/zh/supplier-centers/nordic-semiconductor) 的 nRF7002 DK 是 nRF7002 Wi-Fi 6 配套 IC 的开发套件。它包含在单板上启动开发所需的一切。DK 采用 nRF5340 多协议片上系统 (SoC) 作为 nRF7002 的主机处理器。DK 支持低功耗 Wi-Fi 应用的开发，并支持 Wi-Fi 6 功能，如 OFDMA、波束形成和目标唤醒时间。

nRF7002 Wi-Fi 6 配套 IC 是一款高度集成的 IC，旨在将 Wi-Fi 6 连接集成到各种应用中。该 IC 提供了一种低功耗且具有成本效益的解决方案，可将最新的 Wi-Fi 6 技术添加到产品中，使它们能够受益于最新 Wi-Fi 标准提供的超快速度、更广范围和更高可靠性。

nRF7002 具有低功耗的 2.4 GHz 无线电，可延长电池续航时间。该 IC 还包含有助于保护用户数据的高级安全功能。该 IC 旨在成为 Nordic nRF52840、nRF5340 SoC 和 nRF91 系列设备的理想 Wi-Fi 配套 IC。此外，该 IC 支持多种主机控制器，可用于 Linux 和 RTOS 操作系统。

总体而言，nRF7002 Wi-Fi 6 配套 IC 是一款功能强大的低成本解决方案，可将最新的 Wi-Fi 6 技术添加到产品中。它提供具有高级安全功能的快速可靠的连接，旨在轻松集成到广泛的应用中。

特性

- nRF7002 Wi-Fi 配套 IC
- nRF5340 SoC 为主机处理器
- Arduino 连接器
- 两个可编程按钮
- 2.4 GHz 和 5 GHz 天线
- 电流测量引脚
- nRF Connect SDK 中的电路板支持和示例

应用

- 电池供电的 Wi-Fi 产品
- 智慧城市与智慧农业
- 智能家居
- 工业传感器
- 资产追踪
- 可穿戴设备和医疗

2）ADXL312WACPZ(ADI亚德诺)）

产品属性

传感器类别：传感器，变送器，加速计
制造商：Analog Devices Inc
系列：Automotive
加速度范围：±1.5g，3g，6g，12g||
灵敏度 (LSB/g)：345（±1.5g）~ 43（±12g）mV/g)
带宽：3.125Hz ~ 1.6kHz
输出类型：I²C，SPI
电压 - 供电：2V ~ 3.6V

ESP32-S3-USB-OTG （espressif乐鑫）

[](https://docs.espressif.com/projects/espressif-esp-dev-kits/zh_CN/latest/_images/pic_product_esp32_s3_otg.png)

ESP32-S3-USB-OTG 是一款侧重于 USB-OTG 功能验证和应用开发的开发板，基于 ESP32-S3 SoC，支持 Wi-Fi 和 BLE 5.0 无线功能，支持 USB 主机和 USB 从机功能。可用于开发无线存储设备，Wi-Fi 网卡，LTE MiFi，多媒体设备，虚拟键鼠等应用。该开发板具有以下特性：

- 板载 ESP32-S3-MINI-1-N8 模组，内置 8 MB flash
- 板载 USB Type-A 主机和从机接口，内置接口切换电路
- 板载 USB 转串口调试芯片（micro USB 接口）
- 板载 1.3 英寸 LCD 彩屏，支持 GUI
- 板载 SD 卡接口，兼容 SDIO 和 SPI 接口
- 板载充电 IC，可外接锂电池

ESP32-S3-USB-OTG  开发板原理图

SP32-S3-USB-OTG 是一款着重 USB 外设应用的开发板，搭载 ESP32-S3-MINI-1-N8 模组。结合芯片的 Wi-Fi 功能，此开发板可利用 USB 实现摄像头 Wi-Fi 图传、4G 热点上网、无线 U 盘等应用。

四、总结

通过此次FastBond2阶段1，我想到了这样一套高度智能兼容性强的环境监测设备。后续希望有时间能够完善电路图，然后学习一下kiCad，真正的把项目做下去。以上是系统设计的基本原理介绍，该阶段只要求原理图和系统框图，实际效果的实物将在活动的第二阶段展示。

祝fastbond越办越好！