Deska ESP32 Dual H Bridge Breakout Board: 8 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Tento projekt je určen pro desku ESP32 Breakout, která byla navržena tak, aby byla mozkem vašeho dalšího robota. Vlastnosti této desky jsou;

• Může obsahovat libovolnou vývojovou sadu ESP32, která má dvě řady až dvaceti kolíků na středy jednoho palce.
• Místo pro montáž dceřiné desky řadiče stejnosměrného motoru s dvojitým H TB6612FNG.
• Dvoušroubová svorkovnice pro každé připojení motoru.
• Dvoušroubová svorkovnice a sada pěti kolíkových vývodů pro Vin & Gnd
• Dvě řady po dvaceti GPIO breakout pinech.
• Záhlaví pro dva sonarové senzory HC-SR04 s děličem napětí na výstupu Echo.
• Záhlaví pro připojení k tříbarevné, společné anodě, LED s omezovacími odpory.
• Integrovaný regulátor napětí 5 V, 1 A s pěti vývodkami pro 5 V a GND.
• Čtyři sady záhlaví pro připojení I2C s 3,3 V a Gnd pro každé připojení.
• Všechny součásti jsou upevněny na jedné straně desky plošných spojů.

Fyzický rozměr desky je 90 mm x 56 mm, oboustranný. Díky tomu se dobře vejde do limitů velikosti 100 mm x 100 mm pro většinu levných výrobců prototypů.

Všechny soubory potřebné k vytvoření jedné z těchto desek najdete na github zde.

Deska byla navržena kolem DOIT ESP32 DEVKIT V1, který má dvě řady po osmnácti pinech. Snadno řezané stopy na zadní straně desky vám umožní oddělit vyhrazené piny 5V, Gnd a 3,3V od příslušných autobusů. Pak můžete piny v těchto umístěních použít jako GPIO a pomocí propojek propojit sběrnice 5V, Gnd a 3,3V s příslušnými piny na vývojové sadě ESP32, kterou používáte.

Pro montáž sady ESP dev jsou k dispozici dvě řady po dvaceti otvorech. Doporučuji, abyste si koupili zásuvkové lišty pro ženy a zapájili je do otvorů. Tímto způsobem můžete soupravu pro vývoj ESP32 kdykoli odebrat a nahradit ji jinou. Použití zásuvkových pásků také poskytuje dostatečný prostor pro součásti namontované pod soupravou pro vývojáře. Rád si koupím čtyřicet kolíkových lišt a zásuvkových lišt a poté je oříznu. To pomáhá snižovat náklady. Ženské zásuvkové proužky nemůžete proříznout mezi dvěma zásuvkami, musíte 'vypálit' zásuvku, abyste je odřízli. Jinými slovy, čtyřicetipinový zásuvkový pásek nelze rozřezat na dva dvacetipinové proužky. Čtyřicetipólový zásuvkový proužek lze rozřezat na dvacetipinový a devatenáctipinový pás.

Krok 1: Most TB6612FNG Dual H

TB6612FNG je duální H můstek, ovladač motoru, který může pohánět jeden krokový motor nebo dva stejnosměrné hobby motory (ne střídavé motory). Je ideální pro pohon malých, levných motorů s převodovkou, které jsou snadno dostupné. Odlamovací deska má místo pro montáž dceřiné desky s TB6612FNG. Deska TB6612FNG, kterou jsem se rozhodl použít, je k dispozici z několika míst; Sparkfun (p/n ROB-14451, Mouser a Digikey také prodávají desku Sparkfun), Pololu (p/n 713), EBay, Aliexpress a Gearbest. Ceny se pohybují od jednoho do pěti dolarů.

Každý ovladač stejnosměrného motoru používá tři piny GPIO. Dva GPIO piny určují stav motoru; vpřed, vzad, dojezd a brzda. Třetí pin GPIO je PWM pro ovládání otáček motoru. Sedmý pin GPIO řídí pin STBY. Řídicí signály pro TB6612FNG jsou pevně připojeny k oddělovacím pinům ESP32 GPIO. Jaké piny GPIO jsou použity, je dáno chutí ESP32 Dev Kit, kterou používáte. Pevně zapojené piny byly pečlivě vybrány tak, aby se shodovaly s GPIO PWM a výstupními piny na většině vývojových sad ESP32.

Motory jsou připojeny pomocí dvou, dvoupólových šroubových svorkovnic označených Motor A a Motor B. Jeden na každé straně odpojovací desky. Napájení motorů je dodáváno buď dvoukolíkovou šroubovou svorkovnicí, nebo sadou samčích konektorů na jednom konci vylamovací desky, označené Vin. Vin může být libovolné stejnosměrné napětí od 6V do 12V. Regulátor napětí 5 V, 1 A převádí napětí Vin na 5 V pro napájení senzorů Sonar.

DOIT Dev KIT se dodává ve dvou velikostech, 30 pinů (15 na straně) a 36 pinů (18 na straně). Níže jsem uvedl připojení obou sad pro vývojáře.

30pinová sada pro vývoj - 36pinová sada pro vývoj

AIN1 - 25 - 14 - směrový ovladač pro motor A

AIN2 - 26 - 12 - směrový ovladač pro motor A

PWMA - 27 - 13 - regulace otáček motoru A

STBY - 33 - 27 - zastaví oba motory

BIN1 - 16 - 15 - ovládání směru motoru B

BIN2 - 17 - 2 - směrový ovladač motoru B

PWMB - 5 - 4 - regulace otáček motoru B

Krok 2: GPIO piny

Deska má dvě sady dvaceti pinových záhlaví pro GPIO breakout. Každá sada hlaviček GPIO obsahuje dvacet pinů pro 3,3 V a dvacet pinů pro GND. Kolíky 3,3 V jsou umístěny mezi piny GPIO a piny Gnd. Tato konfigurace snižuje možnost, že něco vybuchne, pokud je zapojeno zpět. Téměř každá věc, kterou chcete připojit ke kolíku GPIO, vyžaduje připojení 3,3 V nebo Gnd nebo obojí. Konfigurace tří řad znamená, že pro každé připojení máte vždy napájecí a Gnd pin.

Pokud používáte jinou vývojovou soupravu ESP32 než vývojovou sadu DOIT, může mít kolíky Vin, 3,3 V a Gnd na jiných místech než vývojová sada DOIT. Odlamovací deska má snadno řezané stopy na zadní straně, které lze řezat, aby izolovaly piny Vin, 3,3 V a Gnd od příslušných autobusů. Poté můžete propojkami propojit piny Vin, 3,3 V a Gnd vaší sady ESP32 Dev Kit se správnými sběrnicemi. Piny 3,3 V lze připojit pomocí standardních dvoukolíkových zkratovacích zástrček. Pro připojení Gnd pin jsem vytvořil několik propojek pomocí tříkolíkových plášťů DuPont, dvou krimpovacích kolíků a krátkého kusu drátu. Po zalisování samičích kolíků na každý konec drátu jsem je zasunul do koncových štěrbin skořepiny tří kolíků.

Pokud byste někdy chtěli znovu připojit tranže, které jste prořízli, každý z nich má sadu průchozích otvorů. Buď můžete do otvorů pájet propojovací vodič ve tvaru U, nebo přidat dvoukolíkový konektor a pomocí standardního dvoukolíkového zkratovacího konektoru vytvořit odnímatelný můstek.

Slovo opatrnosti. Regulátor 3,3 V na vývojové sadě ESP32 slouží k zajištění 3,3 V pro ESP32 a všechna periferní zařízení, která připojíte ke sběrnici 3,3 V. Regulátor má limit 1A. Čím vyšší je napětí Vin a čím větší proud odebíráte, tím se regulátor zahřívá. Mějte to na paměti, když se pokoušíte pohánět zařízení s vysokým proudem, jako jsou LED pásky nebo servomotory s 3,3 V. Několik zařízení I2C, jako jsou gyroskopy, akcelerátory a převodníky ADC, by nemělo být problémem.

Krok 3: Vin

Vin je vstupní napětí pro motory a 5V regulátor. Vin může být jakékoli napětí od 5V do 12V. Pokud používáte 5V pro Vin, výstupní napětí integrovaného 5V regulátoru nebude 5V. To je způsobeno tím, že 5V regulátor musí mít napětí vyšší než 5V k regulaci na 5V.

Vin se také používá jako vstupní napětí k regulátoru 3,3 V na vývojové sadě ESP32.

Referenční návrh sady ESP dev má diodu, která izoluje napětí USB od napětí na kolíku Vin sady Dev. Dioda zajišťuje, že napětí Vin se nepokouší řídit napětí USB a že čip USB-to-Serial na sadě ESP32 dev je napájen pouze napětím USB. To znamená, že můžete bezpečně připojit zdroj napětí vyšší než 5 V k Vin na odpojovací desce a současně používat připojení USB, aniž byste se museli obávat, že něco zničíte. Regulátor napětí na vývojové sadě ESP32 je ve stejné rodině jako regulátor napětí použitý na odpojovací desce. To znamená, že zvládnou stejný rozsah vstupních napětí.

Připojte baterii, která pohání motory, ke svorkám Vin a bude také napájet ESP32 a všechna periferie, která jste připojili.

Krok 4: Sonarové senzory HC-SR04

Pro připojení oblíbeného senzoru HC-SR04 Sonar jsou k dispozici dva čtyřpinové konektory. Záhlaví jsou umístěna na opačných stranách vylamovací desky, poblíž šroubových svorek motoru. Záhlaví jsou nastavena pro individuální spojení s HC-SR04.

HC-SR04 je 5V zařízení. Je napájen 5V a jeho výstupní (Echo) signál je na úrovních 5V. ESP32 má 3,3 V GPIO a není tolerantní k 5 V. Proto potřebujete nějaký druh převodníku úrovně napětí, který sníží výstup 5V HC-SR04 na úroveň 3,3V ESP32. Oddělovací deska má jednoduchý dělič napětí pro každý signál HC-SR04 Echo k provedení převodu úrovně. Pro pin Trigger signálu HC-SR04 ESP32 GPIO pin není nutná žádná konverze úrovně.

Čtyřpinový konektor pro HC-SR04 poskytuje připojení 5V a Gnd pro senzor. 5V je zajištěno 5V regulátorem na odpojovací desce.

Zatímco pro připojení k HC-SRO4 je k dispozici čtyřpinový konektor, pro připojení signálů Echo a Trig HC-SR04 k ESP32 je k dispozici dvoukolíkový konektor. Tímto způsobem si můžete vybrat, které piny GPIO použít. K propojení použijte propojovací vodiče žena-žena. T je vstup Trig a E je výstupní signál Echo převedený na úroveň napětí.

Mělo by být možné použít konektor HC-SR04 k připojení dalšího 5V senzoru. Připojte výstup 5V senzoru ke vstupu Echo a pomocí děliče napětí jej převeďte na signál 3,3V. Dělič napětí bude zpracovávat signály, které mají pomalé přechody. Pro vysokorychlostní přechody byste měli použít aktivní měnič úrovně napětí. Pokud připojíte analogový signál k děliču napětí a poté k analogovému vstupu na ESP32, měli byste vzít v úvahu, že kolísání napětí bude při výpočtu voltů na počet nulové až 3,3 V, nikoli nulové až 5 V.

Například můžete připojit infračervený snímač Vishay TSOP34838 k pinům 5V, Gnd a Echo v záhlaví HC-SR04 (Echo je připojeno k výstupnímu kolíku senzoru). Pak byste měli být schopni přijímat IR příkazy z jakéhokoli IR dálkového ovladače, který používá 38KHz nosnou.

Krok 5: Tříbarevná LED

Tříbarevná LED dioda je 5 mm běžná anoda RGB LED s průchozími otvory. K dispozici jsou odpory omezující proud a společná anoda je připojena ke sběrnici 3,3 V. Pro použití LED je k dispozici třípinový záhlaví označený jako RGB. Signál nízké úrovně na jednom z kolíků RGB rozsvítí LED danou barvou. Řízení více vstupů RGB současně způsobí rozsvícení více LED diod s výsledným mixem barev. K propojení pinů záhlaví RGB s piny GPIO podle vašeho výběru můžete použít propojky žena-žena. Pokud připojíte LED ke kolíku GPIO, který má schopnosti PWM, můžete měnit jas LED změnou PWM nízkého času. Rád používám diody LED, které mi pomáhají ladit kód, na kterém pracuji.

Krok 6: I2C Breakout

Oddělovací deska má čtyři řady kolíků záhlaví pro rozhraní I2C. Dva z řádků jsou po čtyřech pinech a mají napětí 3,3 V a GND. Další dvě řady jsou po pěti pinech a jsou pro SDA a SCL. Extra pin v každé z těchto řad je, takže můžete použít dva propojovací kabely žena-žena k připojení řad k pinům GPIO podle vašeho výběru. ESP32 může mít signály SDA a SCL na několika pinech GPIO. Připojit a napájet lze až čtyři 3,3 V zařízení I2C, aniž byste se museli uchýlit k propojovacím kabelům. Na signálech SDA a SCL na odpojovací desce nejsou žádné stahovací odpory. Pullup rezistory by měly být na zařízeních, která připojíte ke sběrnici I2C.

Poznámka: Pro ty, kteří nejsou obeznámeni s I2C, jsou vyžadovány pullup rezistory, protože piny SDA a SCL jsou otevřené, třístavové, obousměrné piny. Hodnota stahovacích odporů ovlivňuje rychlost přeběhu a vyzvánění na sběrnici.

Krok 7: Kusovník

Všechny odpory jsou SMT 1206.

Všechny kondenzátory jsou SMT, pouzdro A, EIA 3216.

Všechny záhlaví a zásuvky jsou rozteče 0,1 palce (2,54 mm).

6 - dvacet pinových mužských hlaviček

6 - pětipinové hlavičky

4 - čtyřpólové zástrčky

1 - třípólová zásuvka

2 - dvě kolíkové zástrčky

2 - dvacetipólové zásuvkové lišty

1 - deska TB6612FNG, dodává se se dvěma, osmipólovými zástrčkami

3 - 10 u tantalových kondenzátorů

1 - 10K odpor

2 - 2,2K odpory

5 - 1K odpory

1 - AMS1117, 5V

1 - 5 mm, společná anoda RGB LED

Rozteč 3 - 3 mm, dva kolíky, šroubové svorky

Volitelný

3 - dva kolíkové zástrčky - pro opětovné připojení řezaných stop Vin, 3,3 V a Gnd

Krok 8: Zabalte to všechno

Jedná se o velmi univerzální oddělovací desku ESP32 s nejběžnějšími funkcemi vyžadovanými jednoduchými roboty zabudovanými v odlamovací desce.

Oddělovací deska se neomezuje pouze na vývojové kity ESP32. Lze použít libovolnou desku mikrokontroléru, která má dvojité řady až dvaceti kolíků s roztečí jednoho palce. Hodila by se deska ESP8266 nebo LPC1768. Desku můžete sestavit bez dceřiné desky TB6612FNG a použít k rozbití pouze GPIO. Deska vám nabízí spoustu možností, jak ji používat.

Pokud si necháte vyrobit některé z těchto desek, neodstraňujte z nich název „Macedon Engineering“. Tyto desky můžete libovolně používat pro jakékoli nekomerční použití. Pokud desku vyrobíte a použijete, ocenil bych výkřik, k čemu jste ji použili. Doufám, že vám deska pomůže.