Modul 3,3 V pro ultrazvukové snímače (připravte HC-SR04 na logiku 3,3 V na ESP32/ESP8266, částicový foton atd.): 4 kroky

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

TL; DR: Na senzoru přerušte stopu na pin Echo a poté jej znovu připojte pomocí děliče napětí (Echo trace -> 2,7kΩ -> Echo pin -> 4,7kΩ -> GND). Upravit: Došlo k debata o tom, zda je ESP8266 skutečně tolerantní vůči 5 V na vstupech GPIO. Espressif tvrdí, že je a že není. Osobně bych riskoval pouze v případě, že bych měl "zbylé" ESP8266s.

Pokud jste něco jako já, tak jste poznali a oblíbili si HC-SR04 jako de facto standard pro levné ultrazvukové snímání vzdálenosti pro projekty Arduino na bázi 5V. Proto jich tu mám povalených docela dost.

Svět hobby elektroniky se však neustále pohybuje od 5V k 3,3V. Raspberry Pie a mnoho dalších desek, jako jsou desky založené na ESP8266, ESP32 nebo desky jako Particle Photon, pracují s logikou 3,3 V na svých vstupních/výstupních pinech.

Pokud připojíme senzor na 5V napájení a současně na 3,3V piny, výstup Echo pinu bude také 5V a s největší pravděpodobností zničí 3,3V piny naší desky mikrokontroléru. Mohli bychom se pokusit připojit stejnosměrné napájení HC-SR04 k 3,3 V a budeme schopni získat měření, ale bohužel tato měření budou často mnohem méně přesná.

Řešením je stále připojit snímač k 5 V VCC, ale zajistit, aby signál Echo, který dosáhne mikrokontroléru, měl pouze 3,3 V vytvořením děliče napětí pomocí dvou odporů. Naštěstí pro nás, spouštěcí kolík HC-SR04 nepotřebuje 5V a také přijímá 3,3V, které získáváme z pinů našeho mikrokontroléru.

S výše uvedeným popisem a odkazy pravděpodobně již máte dostatek informací k vytvoření děliče napětí jako součásti vašeho obvodu na prkénku a správnému připojení ultrazvukového senzoru.

Pokud se chcete dozvědět, jak upravit jeden nebo několik HC-SR04 tak, aby byly připraveny na 3,3 V jako samostatné jednotky, bez dalších obvodů, čtěte dále.

Krok 1: Co potřebujete

1. Ultrazvukový senzor HC-SR04
2. Jeden odpor 4,7kΩ a jeden 2,7kΩ (nebo jakákoli kombinace rezistorů v rozsahu 1-50kΩ s R1/(R1+R2) = asi 0,66)
3. Pájecí zařízení
4. Nůž X-Acto (nebo jakýkoli nůž, který je podobně ostrý a špičatý)
5. Přijatelné schopnosti pájení-nebo ochota zničit HC-SR04 při zkoušení něčeho nového:)
6. Volitelné: lupa, multimetr, osciloskop, urychlovač částic,…

Krok 2: Najděte stopu ozvěny a ořízněte ji

Podívejte se pozorně na desku senzoru (případně pomocí lupy) a najděte stopu, která vede ke kolíku Echo.

Poznámka: Váš HC-SR04 může mít jiné rozložení desky plošných spojů (PCB), než je zde zobrazeno! Stopa může být také na druhé straně (když stopa končí v kulatém kruhu, jedná se obvykle o připojení k opačné straně desky plošných spojů).

Volitelné: Vezměte multimetr a zkontrolujte, zda jste identifikovali správnou stopu testováním spojitosti mezi pinem Echo a pájecím spojem, kde se stopa připojuje k něčemu na desce plošných spojů. Mělo by ukazovat nula ohmů.

Pomocí nože několikrát opatrně nařízněte stopu na stejném místě. Dávejte pozor, abyste nerozřezali sousední stopy. Potom seškrábejte stopu, dokud nejprve neuvidíte její kov, pak ji neuvidíte zmizet a jste si jisti, že již neexistuje žádné spojení.

Poznámka: Pokud stopu zcela nepřerušíte, pin Echo bude stále dodávat celých 5 voltů na pin vašeho mikrokontroléru.

Volitelné: Pomocí multimetru zkontrolujte, zda jste úplně přerušili stejnou stopu, a to opět testováním spojitosti mezi pinem Echo a pájecím spojem, kde se stopa připojuje k něčemu na desce plošných spojů. Mělo by ukazovat nekonečné ohmy (pokud ukazuje něco v megaohmovém rozsahu, je to také v pořádku).

Krok 3: Pájejte 2,7 kΩ mezi pinem ozvěny a koncem jeho stopy

Pokud jste to ještě neučinili, zjistěte, kam stopa Echo pinu (kterou jste přerušili) přímo vede k dalšímu prvku, jako je IC.

V mém příkladu je připojen na pin 2 tohoto čipu uprostřed desky plošných spojů.

Odřízněte a ohněte nohy rezistoru 2,7 kΩ tak, aby přesně zapadly mezi pin Echo a druhé připojení.

Poté připájejte odpor na místo (čištění dílů na pájení a nanášení tavidla pravděpodobně také neuškodí).

Krok 4: Pájecí odpor 4,7 kΩ mezi pinem Echo a pinem GND

Odřízněte a ohněte nohy rezistoru 4,7 kΩ tak, aby se vešly mezi pin Echo a pin GND (nebo jejich pájecí body na desce plošných spojů), a pájejte je tam.

Volitelné: Pomocí multimetru zkontrolujte odpor mezi spoji a ujistěte se, že nedošlo ke zkratu.

Extrémně volitelné: Připojte spouštěcí kolík k naprogramovanému MCU, ještě nepřipojujte pin Echo a ujistěte se, že signál Echo je 3,3 V a ne 5 V pomocí vašeho oblíbeného osciloskopu. Dobře, z toho si dělám 85% legraci.:)

Nyní byste měli být schopni připojit svůj upravený senzor k jakémukoli 3,3V mikrokontroléru. Stále je musíte napájet 5 volty, ale mnoho desek mikrokontrolérů (které mají regulátor napětí) také přijímá 5 voltů, takže v mnoha projektech by to mělo fungovat dobře.

Přidaný bonus: tento upravený senzor bude zpětně kompatibilní s projekty 5V, protože většina 5V mikrokontrolérů (jako Arduino/ATMEGA) dokáže interpretovat signály 3,3V stejným způsobem jako 5V.