ESP32 Dual H Bridge Breakout Board: 8 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Acest proiect este destinat unei plăci ESP32 Breakout care a fost concepută pentru a fi creierul următorului robot. Caracteristicile acestei plăci sunt;

• Poate găzdui orice kit de dezvoltare ESP32 care are două rânduri de până la douăzeci de pini pe centrele de un inch.
• Un loc pentru a monta o placă fiică a controlerului motorului DC DC dual TB6612FNG.
• Un bloc terminal cu două șuruburi pentru fiecare conexiune a motorului.
• Un bloc terminal cu două șuruburi și un set de cinci știfturi pentru antet pentru Vin & Gnd
• Două rânduri de douăzeci de pini GPIO.
• Anteturi pentru doi senzori de sonar HC-SR04, cu divizoare de tensiune la ieșirea Echo.
• Un antet pentru conectarea la un anod tricolor, comun, LED cu rezistențe limitative.
• La bord 5V, regulator de tensiune 1A cu cinci pini antet pentru 5V și Gnd.
• Patru seturi de anteturi pentru conexiuni I2C cu 3,3V și Gnd pentru fiecare conexiune.
• Toate componentele se montează pe o parte a plăcii de circuit.

Dimensiunea fizică a plăcii este de 90 mm x 56 mm, pe două fețe. Acest lucru îl plasează bine în limitele de dimensiuni de 100 mm x 100 mm pentru majoritatea producătorilor de plăci prototipuri cu cost redus.

Toate fișierele necesare pentru realizarea uneia dintre aceste plăci pot fi găsite pe github aici.

Placa a fost proiectată în jurul DOIT ESP32 DEVKIT V1, care are două rânduri de optsprezece pini fiecare. Urmele tăiate cu ușurință pe partea din spate a plăcii vă permit să separați pinii dedicați de 5V, Gnd și 3,3V de autobuzele respective. Apoi, puteți utiliza pinii în aceste locații ca GPIO și folosind jumperi, conectați autobuzele de 5V, Gnd și 3.3V la pinii corespunzători de pe kit-ul ESP32 pe care îl utilizați.

Două rânduri de douăzeci de găuri sunt prevăzute pentru montarea kitului dev ESP. Vă recomandăm să cumpărați benzi femele și să le lipiți în găuri. În acest fel puteți elimina kitul de dezvoltator ESP32 și îl puteți înlocui cu altul în orice moment. De asemenea, utilizarea benzilor de priză oferă o mulțime de spațiu liber pentru piesele montate sub kitul de dezvoltare. Îmi place să cumpăr benzi de antet și soclu de patruzeci și apoi să le reduc la dimensiune. Acest lucru ajută la reducerea costurilor. Nu puteți tăia benzile de priză feminine între două prize, trebuie să „ardeți” o priză pentru a le tăia. Cu alte cuvinte, o bandă de priză pentru femeie de patruzeci de pini nu poate fi tăiată în două benzi de douăzeci de pini. O bandă de soclu pentru femeie cu patruzeci de pini poate fi tăiată într-o bandă cu douăzeci de pini și o bandă cu 19 pini.

Pasul 1: TB6612FNG Dual H Bridge

TB6612FNG este un controler motor dual H bridge, care poate acționa un motor pas cu pas sau două motoare DC hobby (nu motoare fără perii). Este ideal pentru acționarea motoarelor cu angrenaje mici, ieftine, care sunt ușor disponibile. Placa de separare are un loc pentru montarea unei plăci fiice care are TB6612FNG. Placa TB6612FNG pe care am ales să o folosesc este disponibilă din mai multe locuri; Sparkfun (p / n ROB-14451, Mouser și Digikey vând, de asemenea, placa Sparkfun), Pololu (p / n 713), eBay, Aliexpress și Gearbest. Prețurile variază de la aproximativ un dolar la cinci dolari.

Fiecare driver de motor DC utilizează trei pini GPIO. Doi pini GPIO determină starea motorului; înainte, înapoi, coastă și frână. Al treilea pin GPIO este PWM pentru a controla viteza motorului. Un al șaptelea pin GPIO conduce pinul STBY. Semnalele de control pentru TB6612FNG sunt conectate la pinii ESP32 GPIO. Ce pini GPIO sunt utilizați este determinat de aroma ESP Kit-ului Dev pe care îl utilizați. Pinii cu cablu fix au fost selectați cu atenție, astfel încât să se alinieze cu GPIO PWM și pinii de ieșire pe majoritatea kiturilor ESP32 Dev.

Motoarele sunt conectate folosind blocuri de borne cu șurub cu două, două pini, etichetate Motor A și Motor B. Una pe fiecare parte a plăcii de rupere. Puterea pentru motoare este adusă fie de un bloc de borne cu șurub cu doi pini, fie de un set de anteturi tată la un capăt al plăcii de rupere, etichetat Vin. Vin poate fi orice tensiune continuă de la 6V la 12V. Un regulator de tensiune 5V, 1A convertește tensiunea Vin la 5V pentru a alimenta senzorii Sonar.

DOIT Dev KIT este disponibil în două dimensiuni, 30 pini (15 pe o parte) și 36 pini (18 pe o parte). Am enumerat mai jos conexiunile pentru ambele kituri de dezvoltare.

30 pini dev kit - 36 pini dev kit

AIN1 - 25 - 14 - controlul direcției pentru motorul A

AIN2 - 26 - 12 - control direcție pentru motorul A

PWMA - 27 - 13 - controlul vitezei pentru motorul A

STBY - 33 - 27 - oprește ambele motoare

BIN1 - 16 - 15 - control direcție pentru motorul B

BIN2 - 17 - 2 - controlul direcției pentru motorul B

PWMB - 5 - 4 - controlul vitezei pentru motorul B

Pasul 2: Pinii GPIO

Placa are două seturi de douăzeci de anteturi pin pentru breakout GPIO. Fiecare set de anteturi GPIO include douăzeci de pini pentru 3,3V și douăzeci de pini pentru Gnd. Pinii de 3,3V se află între pinii GPIO și pinii Gnd. Această configurație reduce posibilitatea ca ceva să explodeze dacă este conectat înapoi. Aproape orice lucru pe care doriți să îl conectați la un pin GPIO necesită o conexiune de 3,3 V sau Gnd sau ambele. Configurația cu trei rânduri înseamnă că aveți întotdeauna o putere și un pin Gnd pentru fiecare conexiune.

Dacă utilizați un kit de dezvoltare ESP32, altul decât kitul de dezvoltare DOIT, acesta poate avea pini Vin, 3.3V și Gnd în locații diferite de kitul de dezvoltare DOIT. Placa de decupare a tăiat cu ușurință urmele de pe partea din spate care pot fi tăiate pentru a izola pinii Vin, 3.3V și Gnd de autobuzele respective. Puteți utiliza apoi fire jumper pentru a conecta pinii Vin, 3.3V și Gnd ai kitului dvs. ESP32 Dev la autobuzele corespunzătoare. Pinii de 3,3V pot fi conectați folosind dopuri de scurtcircuitare standard cu doi pini. Pentru conexiunile cu pini Gnd, am alcătuit câțiva jumperi folosind trei cochilii DuPont cu pini, două pini de sertizare femele și o bucată scurtă de sârmă. După ce am sertizat pinii feminini la fiecare capăt al firului, i-am introdus în sloturile de capăt ale carcasei cu trei pini.

Dacă vreți vreodată să reconectați transele pe care le tăiați, fiecare are un set de găuri trecătoare. Puteți fie să lipiți un cablu în formă de U în găuri, fie să adăugați un antet cu două pini și să utilizați un dop de scurtcircuitare standard cu doi pini pentru a face un jumper detașabil.

Un cuvânt de precauție. Regulatorul de 3,3V de pe kit-ul ESP32 dev este utilizat pentru a furniza 3,3V pentru ESP32 și orice periferic pe care îl atașați la magistrala de 3,3V. Regulatorul are o limită de 1A. Cu cât tensiunea Vin este mai mare și cu atât mai mult curent atrageți, regulatorul se va încălzi. Rețineți acest lucru atunci când încercați să conduceți dispozitive cu curent ridicat, cum ar fi benzi LED sau servomotoare cu 3.3V. Câteva dispozitive I2C precum giroscoape, acceleratoare și convertizoare ADC nu ar trebui să fie o problemă.

Pasul 3: Vin

Vin este tensiunea de intrare pentru motoare și regulatorul de 5V. Vinul poate avea orice tensiune de la 5V la 12V. Dacă utilizați 5V pentru Vin, tensiunea de ieșire a regulatorului de 5V de la bord nu va fi de 5V. Acest lucru se datorează faptului că regulatorul de 5V trebuie să aibă o tensiune mai mare de 5V pentru a regla la 5V.

Vinul este, de asemenea, utilizat ca tensiune de intrare la regulatorul de 3,3V de pe kit-ul ESP32 dev.

Designul de referință al kit-ului ESP ESP are o diodă pentru a izola tensiunea USB de tensiunea de pe pinul Vin al kitului dev. Dioda se asigură că tensiunea Vin nu încearcă să conducă tensiunea USB și că cipul bridge USB-la-Serial de pe kit-ul ESP32 dev este alimentat numai de la tensiunea USB. Aceasta înseamnă că sunteți sigur să conectați o sursă de tensiune mai mare de 5V la Vinul plăcii de rupere și să utilizați conexiunea USB în același timp, fără teama de a distruge ceva. Regulatorul de tensiune de pe kit-ul ESP32 dev este în aceeași familie cu regulatorul de tensiune utilizat pe placa de rupere. Aceasta înseamnă că pot gestiona aceeași gamă de tensiuni de intrare.

Conectați acumulatorul care acționează motoarele la terminalele Vin și va alimenta ESP32 și orice periferic pe care l-ați conectat.

Pasul 4: senzori de sonar HC-SR04

Două anteturi cu patru pini sunt prevăzute pentru conectarea popularului senzor de sonar HC-SR04. Anteturile sunt amplasate pe laturile opuse ale plăcii de rupere, lângă blocurile de terminale cu șuruburi ale motorului. Anteturile sunt configurate pentru o conexiune unu-la-unu cu HC-SR04.

HC-SR04 este un dispozitiv de 5V. Este alimentat de 5V, iar semnalul său de ieșire (Echo) este la niveluri de 5V. ESP32 are GPIO de 3,3V și nu este tolerant la 5V. Prin urmare, aveți nevoie de un fel de convertor de nivel de tensiune pentru a aduce ieșirea de 5V a HC-SR04 la nivelul de 3,3V al ESP32. Placa de rupere are un divizor simplu de tensiune pentru fiecare dintre semnalele HC-SR04 Echo pentru a efectua conversia de nivel. Nu este necesară conversia de nivel pentru ca un pin ESP32 GPIO să conducă semnalul Trig al HC-SR04.

Antetul cu patru pini pentru HC-SR04 asigură conexiunile 5V și Gnd pentru senzor. 5V este furnizat de regulatorul de 5V de pe placa de rupere.

În timp ce este prevăzut un antet cu patru pini pentru conectarea la HC-SRO4, este prevăzut un antet cu doi pini pentru a conecta semnalele Echo și Trig ale HC-SR04 la ESP32. În acest fel puteți alege ce pini GPIO să utilizați. Utilizați fire jumper de la femeie la femeie pentru a face conexiunile. T este intrarea Trig și E este nivelul de tensiune convertit semnalul de ieșire Echo.

Ar trebui să fie posibil să utilizați antetul HC-SR04 pentru a conecta un alt senzor de 5V. Conectați ieșirea senzorului de 5V la intrarea Echo și utilizați divizorul de tensiune pentru a-l converti într-un semnal de 3,3V. Divizorul de tensiune va gestiona semnale care au tranziții lente. Pentru tranzițiile de mare viteză, ar trebui să utilizați un convertor de nivel de tensiune activ. Dacă conectați un semnal analogic la divizorul de tensiune și apoi la o intrare analogică pe ESP32, ar trebui să țineți cont de faptul că oscilația tensiunii va fi de la zero la 3,3V, nu de la zero la 5V atunci când calculați volți pe contor.

De exemplu, puteți conecta un senzor IR Vishay TSOP34838 la pinii 5V, Gnd și Echo ai antetului HC-SR04 (Echo este conectat la pinul de ieșire al senzorului). Apoi, ar trebui să puteți primi comenzi IR de la orice telecomandă IR care utilizează un operator de 38KHz.

Pasul 5: LED tri-color

LED-ul tricolor este un anod comun de 5 mm, orificiu traversant, LED RGB. Sunt furnizate rezistențe de limitare a curentului, iar anodul comun este conectat la magistrala de 3,3V. Pentru utilizarea LED-ului este prevăzut un antet cu trei pini etichetat ca RGB. Un semnal de nivel scăzut pe unul dintre pinii RGB va aprinde LED-ul cu acea culoare. Conducerea mai multor intrări RGB în același timp va duce la aprinderea mai multor LED-uri cu amestecul de culori rezultat. Puteți utiliza jumperi de la o femeie la alta pentru a conecta pinii antetului RGB la pinii GPIO la alegere. Dacă conectați LED-ul la un pin GPIO care are capabilități PWM, puteți varia luminozitatea LED-ului prin variația timpului scăzut al PWM. Îmi place să folosesc LED-urile pentru a mă ajuta să depanez codul la care lucrez.

Pasul 6: I2C Breakout

Placa de separare are patru rânduri de pini de antet pentru interfața I2C. Două dintre rânduri au patru pini fiecare și sunt de 3,3V și Gnd. Celelalte două rânduri au cinci pini fiecare și sunt pentru SDA și SCL. Pinul suplimentar din fiecare dintre aceste rânduri este astfel încât să puteți utiliza două cabluri jumper de la femeie la femeie pentru a conecta rândurile la pinii GPIO la alegere. ESP32 poate avea semnale SDA și SCL pe mai mulți dintre pinii GPIO. Până la patru dispozitive I2C de 3.3V pot fi conectate și alimentate fără a recurge la cabluri de înlănțuire. Nu există rezistențe pullup pe semnalele SDA și SCL pe placa de breakout. Rezistențele de tragere ar trebui să fie pe dispozitivele pe care le atașați la magistrala I2C.

Notă: Pentru cei care nu sunt familiarizați cu I2C, sunt necesare rezistențe de tracțiune, deoarece pinii SDA și SCL sunt ace de drenaj deschis, tri-stare, bi-direcționale. Valoarea rezistențelor de tracțiune afectează rata de rotire și sunetul pe autobuz.

Pasul 7: Lista materialelor

Toate rezistențele sunt SMT 1206.

Toate condensatoarele sunt SMT, cazul A, EIA 3216.

Toate antetele și benzile de soclu au o înălțime de 0,1 inci (2,54 mm).

6 - anteturi masculine cu douăzeci de pini

6 - anteturi masculine cu cinci pini

4 - anteturi masculine cu patru pini

1 - antet masculin cu trei pini

2 - anteturi masculine cu două pini

2 - benzi femele cu douăzeci de pini

1 - placa TB6612FNG, vine cu anteturi masculine cu două, opt pini

3 - 10uf condensatori de tantal

Rezistor 1 - 10K

2 - 2,2K rezistențe

Rezistențe 5 - 1K

1 - AMS1117, 5V

1 - 5mm, LED RGB cu anod comun

Pas de 3 - 3mm, doi pini, borne cu șurub

Opțional

3 - anteturi masculine cu doi pini - pentru reconectarea urmelor tăiate Vin, 3.3V și Gnd

Pasul 8: încheie totul

Aceasta este o placă de breakout ESP32 foarte versatilă cu cele mai comune caracteristici cerute de roboții simpli încorporați la placa de breakout.

Placa de breakout nu este limitată la kit-urile ESP32. Poate fi utilizată orice placă de microcontroler care are două rânduri de până la douăzeci de pini pe o distanță de un inch. Un ESP8266 sau o placă LPC1768 s-ar potrivi. Puteți asambla placa fără placa fiică TB6612FNG și o puteți distruge doar GPIO. Tabla vă oferă o mulțime de opțiuni pentru modul de utilizare.

Dacă aveți unele dintre aceste plăci făcute, nu eliminați numele „Macedon Engineering” de pe plăci. Puteți utiliza în mod liber aceste plăci pentru orice aplicație necomercială. Dacă faceți și utilizați placa, aș aprecia un strigăt din ce l-ați folosit. Sper că veți găsi util tabloul.