(CRC), insígnia oberta semblant a un microbit: 10 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Hem utilitzat la insígnia de microbits fa aproximadament un any per ensenyar robòtica. És una excel·lent eina per a l'educació.

Una de les seves característiques més valuoses és que és de mà. I aquesta flexibilitat fa que tingui una gran visió de la comunitat educativa.

Fa quatre mesos vam començar a dissenyar un model per a fabricants. Pensant que si té èxit pot convertir-se en un producte obert per als professors.

Quines característiques volem afegir a la insígnia:

• Processador ESP32 (compatible amb Arduino)
• IMU de 6 eixos
• Matriu de Neopixels RGB, 8 x 5
• Altaveu d'àudio mitjançant DAC
• Dos polsadors
• Port d'expansió GPIO (tolerant a 5V)

Al llarg d’aquest instructiu explicarem els passos per construir-lo.

Pas 1: Disseny esquemàtic

Adjuntem l’esquema de la primera versió de crcbit. Vam haver de fer diverses proves al protobordo per ajustar els components.

En l'esquema, podem apreciar el cor del tauler que és un ESP32. També veiem l’IMU de 6 eixos, un petit circuit amplificador d’altaveu i dues plaques convertidores de nivell lògic bidireccionals.

Finalment, hi ha tot el circuit de gestió de Neopixels, que té 6 tires de neopíxels de 8 LED cadascun. Juntament amb un circuit d'alimentació de 3V3 volts que té un MOSFET per a la connexió i desconnexió mitjançant un GPIO controlat per programari.

Per a la font d'alimentació, hem triat un connector JST que sigui més fort que el connector micro USB, si es mou.

Pas 2: sistema d'alimentació

Com que el tauler té 40 neopíxels, un ESP32 i un altaveu; El consum d’amplis és molt elevat.

En el cas d’encendre els 40 neopíxels al màxim de brillantor, estaríem a prop d’1,5 amperes.

Vam decidir alimentar la placa a 5V. És fàcil utilitzar qualsevol banc de potència. Els 5V s’utilitzen per alimentar l’ESP32, que ja té un regulador de 3V3. També permet fer senyals tolerants a 5V, gràcies al canvi de nivell bidireccional.

Per als neopíxels utilitzem un circuit de tall i descens de corrent a 3V3. Així, reduïm el consum a 250 miliamperis i podem controlar la potència dels neopíxels mitjançant el programari.

Pas 3: què necessitem?

Primer preparem algunes coses.

En tots els casos, hem buscat components fàcils de soldar i fàcils de comprar a les botigues locals d’electrònica.

Tot i això, alguns components no són fàcils de trobar i és millor demanar-los amb paciència al mercat xinès.

La llista de components necessaris és:

• 1 x mini format ESP32
• 2 x convertidors de nivell lògics bidireccionals
• 1 x IMU de 6 eixos
• 1 x altaveu
• 1 x MOSFET de potència
• 1 x caiguda de tensió de 3V3
• 2 botons polsadors
• 1 x LDR
• 6 x tires de 8 Neopíxels

… i alguns components discrets típics

Pas 4: piratejar tires de neopíxels per facilitar la soldadura (I)

El més difícil de muntar i soldar són les tires de Neopixels.

Per a això, hem creat una eina impresa en 3D que manté les 5 tires de neopíxels en la posició correcta. D’aquesta manera, s’alineen correctament.

Al mateix temps, l'eina ens permet soldar petites tires metàl·liques per facilitar la soldadura ja que les tires estan invertides.

Es recomana practicar abans, ja que aquest procés és difícil.

Pas 5: tires de neopíxels de Hackin per facilitar la soldadura (II)

Adjuntem els fitxers en format STL per poder imprimir l’eina de correcció.

No es requereix cap configuració especial per imprimir les peces en 3D. Són fàcils d’imprimir però molt útils.

Pas 6: PCB personalitzat

A causa del nombre de components i la seva mida, migrem del prototip en un PCB universal per crear un PCB personalitzat.

Hem penjat el disseny del PCB a PCBWay per compartir-lo amb la comunitat i els fabricants que vulguin muntar-ne un.

També adjuntem els fitxers Gerber per a una major flexibilitat.

Pas 7: connexió de maquinari (PCB personalitzada)

Si tenim el PCB personalitzat, la resta de components es solden fàcilment, ja que vénen amb tires de pins de 2,54 mm.

Les imatges adjuntes tenen una bona resolució per veure la posició dels components.

Pas 8: programari i microprogramari

La placa no requereix cap programari específic, ja que funciona directament amb l'IDE Arduino. Només hem de configurar l’IDE Arduino perquè funcioni amb ESP32, un bon tutorial a seguir pas a pas és:

www.instructables.com/id/ESP32-With-Arduin…

I perquè els perifèrics funcionin, hem d'afegir aquestes biblioteques Arduino:

github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

github.com/adafruit/Adafruit_NeoMatrix

github.com/sparkfun/MPU-9250_Breakout

La primera prova que hem fet per veure que tot funciona correctament és el cor de píxels microbits.

Pas 9: Diverteix-te

Pas 10: següent …

És un projecte obert.

Fins ara (CRC) el bit encara és senzill i cru. Creiem que creixerà cada vegada millor amb l'ajut de la comunitat.

I és per això que a la gent li agrada el codi obert i la comunitat.

Si teniu una idea millor o heu fet alguna millora, compartiu-la.

Ànims