ESP32 Dual H Bridge Breakout Board: 8 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Aquest projecte és per a una placa ESP32 Breakout dissenyada per ser el cervell del vostre proper robot. Les característiques d’aquest tauler són;

• Pot acomodar qualsevol kit de desenvolupament ESP32 que tingui dues files de fins a vint pins en centres d'una polzada.
• Un lloc per muntar una placa filla de controlador de motor CC de pont dual TB6612FNG.
• Un bloc de borns de dos cargols per a cada connexió del motor.
• Un bloc de terminals de dos cargols i un conjunt de cinc passadors de capçalera per Vin & Gnd
• Dues files de vint clavilles GPIO.
• Capçaleres per a dos sensors de sonar HC-SR04, amb divisors de tensió a la sortida Echo.
• Una capçalera per connectar-se a un ànode comú tricolor, LED, amb resistències limitadores.
• Regulador de voltatge a bord de 5V, 1A amb cinc pins de capçalera per a 5V i Gnd.
• Quatre conjunts de capçaleres per a connexions I2C amb 3,3V i Gnd per a cada connexió.
• Tots els components es munten en un costat de la placa de circuit.

La mida física del tauler és de 90 mm x 56 mm, de dues cares. Això el situa dins dels límits de mida de 100 mm x 100 mm per a la majoria de fabricants de taulers, prototips de baix cost.

Tots els fitxers necessaris per fer un d’aquests taulers es poden trobar a github aquí.

El tauler es va dissenyar al voltant del DOIT ESP32 DEVKIT V1 que té dues files de divuit pins cadascun. Tallar les traces fàcilment a la part posterior del tauler us permet separar els pins dedicats de 5V, Gnd i 3,3V dels seus respectius autobusos. A continuació, podeu utilitzar els pins en aquestes ubicacions com a GPIO i, mitjançant ponts, connectar els busos de 5V, Gnd i 3.3V als pins adequats del kit de desenvolupament ESP32 que esteu utilitzant.

Es proporcionen dues files de vint forats per muntar el kit de desenvolupament ESP. Us recomano comprar tires de sòcol femella i soldar-les als forats. D'aquesta manera, podeu eliminar el kit de desenvolupament ESP32 i substituir-lo per un altre en qualsevol moment. A més, l’ús de les tires de sòcol proporciona molt espai per a les peces muntades sota el kit de desenvolupament. M'agrada comprar tires de capçalera i sòcol de quaranta pins i després reduir-les a mida. Això ajuda a reduir els costos. No es poden tallar les tires de femella femella entre dos endolls, cal "cremar-la" per talar-les. En altres paraules, una tira femella de quaranta pins no es pot tallar en dues tires de vint passadors. Es pot tallar una tira femella de quaranta passos en una tira de vint passadors i una tira de dinou passadors.

Pas 1: pont TB6612FNG Dual H

El TB6612FNG és un controlador de motor de pont H doble que pot accionar un motor pas a pas o dos motors hobby de CC (no motors sense escombretes). És ideal per conduir motors reduïts, reduïts i econòmics que estan fàcilment disponibles. El tauler de ruptura té un lloc per muntar un tauler fill que té el TB6612FNG. El tauler TB6612FNG que he escollit utilitzar està disponible des de diversos llocs; Sparkfun (p / n ROB-14451, Mouser i Digikey també venen el tauler Sparkfun), Pololu (p / n 713), eBay, Aliexpress i Gearbest. Els preus varien aproximadament d’un dòlar a cinc dòlars.

Cada controlador de motor de corrent continu utilitza tres pins GPIO. Dos pins GPIO determinen l'estat del motor; endavant, marxa enrere, costa i fre. El tercer pin GPIO és PWM per controlar la velocitat del motor. Un setè pin GPIO condueix el pin STBY. Els senyals de control per al TB6612FNG estan connectats als pins de ruptura ESP32 GPIO. Els pins GPIO que s’utilitzen estan determinats pel gust del kit de desenvolupament ESP32 que utilitzeu. Els pins de cablejat forts van ser seleccionats acuradament per tal que s’alineassin amb els pins GPIO PWM i de sortida de la majoria dels kits de desenvolupament ESP32.

Els motors es connecten utilitzant blocs de terminals de cargol de dos i dos pins etiquetats com a Motor A i Motor B. Un a cada costat de la placa de sortida. La potència dels motors s’aporta mitjançant un bloc de borns de cargol de dos pins o un conjunt de capçaleres masculines en un extrem del tauler de ruptura, etiquetat com a Vin. El vin pot ser de qualsevol voltatge continu de 6V a 12V. Un regulador de voltatge de 5V i 1A converteix el voltatge de Vin a 5V per alimentar els sensors del sonar.

El DOIT Dev KIT es presenta en dues mides, 30 pins (15 en un lateral) i 36 pins (18 en un lateral). A continuació he enumerat les connexions per als dos kits de desenvolupament.

Kit de desenvolupament de 30 pins - Kit de desenvolupament de 36 pins

AIN1 - 25 - 14 - control de direcció per al motor A

AIN2 - 26 - 12 - control de direcció per al motor A

PWMA - 27 - 13 - control de velocitat per al motor A

STBY - 33 - 27 - atura els dos motors

BIN1 - 16 - 15 - control de direcció per al motor B

BIN2 - 17 - 2 - control de direcció per al motor B

PWMB - 5 - 4 - control de velocitat per al motor B

Pas 2: pins GPIO

El tauler té dos conjunts de vint capçaleres de pin per al desglossament de GPIO. Cada conjunt de capçaleres GPIO inclou vint pins per a 3,3 V i vint pins per a Gnd. Els pins de 3,3 V es troben entre els pins GPIO i els pins Gnd. Aquesta configuració redueix la possibilitat que alguna cosa exploti si es connecta cap enrere. Gairebé totes les coses que voleu connectar a un pin GPIO requereixen una connexió de 3,3 V o Gnd o totes dues coses. La configuració de triple fila significa que sempre teniu una potència i un pin Gnd per a cada connexió.

Si utilitzeu un kit de desenvolupament ESP32 que no sigui el kit de desenvolupament DOIT, és possible que tinguin pins Vin, 3.3V i Gnd en ubicacions diferents del kit de desenvolupament DOIT. El tauler de tall ha tallat fàcilment rastres a la part posterior que es poden tallar per aïllar els pins Vin, 3.3V i Gnd dels respectius autobusos. A continuació, podeu utilitzar cables jumper per connectar els pins Vin, 3.3V i Gnd del vostre kit de desenvolupament ESP32 als autobusos adequats. Els pins de 3,3 V es poden connectar mitjançant endolls de correcció de dos pins estàndard. Per a les connexions de pin Gnd, vaig compondre uns quants ponts amb tres carcasses DuPont de pin, dos pins de femella i un tros de filferro curt. Després d’aprimar els passadors femella a cada extrem del cable, els vaig inserir a les ranures finals de la carcassa de tres passadors.

Si mai voleu tornar a connectar els tràngols que heu tallat, cadascun té un conjunt de forats passants. Podeu soldar un cable de pont en forma de U als forats o afegir una capçalera de dos pins i utilitzar un endoll de corretja estàndard de dos pins per fer un pont extraïble.

Una paraula de precaució. El regulador de 3,3 V del kit de desenvolupament ESP32 s’utilitza per proporcionar 3,3 V per a l’ESP32 i els perifèrics que connecteu al bus de 3,3 V. El regulador té un límit 1A. Com més alta sigui la tensió de Vin i més corrent, feu que el regulador s’escalfi. Tingueu-ho en compte quan intenteu conduir dispositius de gran corrent, com ara tires LED o servomotors de 3,3 V. Alguns dispositius I2C com giroscopis, acceleradors i convertidors ADC no haurien de ser un problema.

Pas 3: Vin

Vin és el voltatge d’entrada dels motors i del regulador de 5 V. El vin pot tenir qualsevol tensió de 5V a 12V. Si utilitzeu 5V per a Vin, la tensió de sortida del regulador de 5V a bord no serà de 5V. Això es deu al fet que el regulador de 5V ha de tenir una tensió superior a 5V per regular a 5V.

El Vin també s’utilitza com a tensió d’entrada al regulador de 3,3V del kit de desenvolupament ESP32.

El disseny de referència del kit de desenvolupament ESP té un díode per aïllar la tensió USB de la tensió del pin Vin del kit de desenvolupament. El díode assegura que la tensió Vin no intenta controlar la tensió USB i que el xip pont USB-a-sèrie del kit de desenvolupament ESP32 només funciona amb la tensió USB. Això vol dir que podeu connectar de forma segura una font de voltatge superior a 5 V al Vin de la placa de ruptura i utilitzar la connexió USB alhora, sense por de destruir res. El regulador de tensió del kit de desenvolupament ESP32 pertany a la mateixa família que el regulador de tensió utilitzat a la placa de sortida. Això significa que poden manejar el mateix rang de tensions d'entrada.

Connecteu la bateria que condueix els motors als terminals Vin i també alimentarà l’ESP32 i els perifèrics que tingueu connectats.

Pas 4: Sensors de sonar HC-SR04

Es proporcionen dues capçaleres de quatre pins per a la connexió del popular sensor de sonar HC-SR04. Les capçaleres es troben als costats oposats del tauler de separació, a prop dels blocs de terminals del cargol del motor. Les capçaleres estan configurades per a una connexió individual amb l'HC-SR04.

El HC-SR04 és un dispositiu de 5 V. És alimentat per 5V i el seu senyal de sortida (Echo) es troba a nivells de 5V. L'ESP32 té un GPIO de 3,3 V i no és tolerant a 5 V. Per tant, necessiteu un tipus de convertidor de nivell de tensió per reduir la sortida de 5V de l’HC-SR04 al nivell de 3,3V de l’ESP32. La placa de ruptura té un simple divisor de voltatge per a cadascun dels senyals HC-SR04 Echo per realitzar la conversió de nivell. No cal una conversió de nivell perquè un pin GPIO ESP32 condueixi el senyal Trig de l'HC-SR04.

La capçalera de quatre pins de l'HC-SR04 proporciona les connexions 5V i Gnd per al sensor. El regulador de 5V proporciona el 5V al tauler de sortida.

Si bé es proporciona una capçalera de quatre pins per connectar-se a l'HC-SRO4, es proporciona una capçalera de dos pins per connectar els senyals Echo i Trig de l'HC-SR04 a l'ESP32. D'aquesta manera podeu triar els pins GPIO que voleu utilitzar. Utilitzeu cables de pont de femella a femella per fer les connexions. T és l'entrada Trig i E és el senyal de sortida Eco convertit en el nivell de tensió.

Hauria de ser possible utilitzar la capçalera HC-SR04 per connectar algun altre sensor de 5 V. Connecteu la sortida del sensor de 5V a l’entrada Echo i utilitzeu el divisor de voltatge per convertir-lo en un senyal de 3,3V. El divisor de tensió gestionarà els senyals que tenen transicions lentes. Per a transicions d'alta velocitat, heu d'utilitzar un convertidor de nivell de tensió actiu. Si connecteu un senyal analògic al divisor de tensió i després a una entrada analògica a l’ESP32, haureu de tenir en compte que el balanceig de tensió serà de zero a 3,3V, no de zero a 5V al calcular els volts per compte.

Per exemple, podeu connectar un sensor Vishay TSOP34838 IR als pins 5V, Gnd i Echo de la capçalera HC-SR04 (Echo està connectat al pin de sortida del sensor). Aleshores hauríeu de ser capaç de rebre ordres IR des de qualsevol comandament a distància IR que utilitzi un portador de 38 KHz.

Pas 5: LED tricolor

El LED tricolor és un ànode comú de 5 mm, forat passant, LED RGB. Es proporcionen resistències de limitació de corrent i l’ànode comú està connectat al bus de 3,3 V. Es proporciona una capçalera de tres pins etiquetada com a RGB per utilitzar el LED. Un senyal de nivell baix en un dels pins RGB il·luminarà el LED amb aquest color. Conduir diverses entrades RGB al mateix temps donarà lloc a la il·luminació de diversos LED amb la combinació de colors resultant. Podeu utilitzar ponts de femella a dona per connectar els pins de capçalera RGB als pins GPIO que trieu. Si connecteu el LED a un pin GPIO que tingui funcions PWM, podeu variar la brillantor del LED variant el temps baix de PWM. M'agrada utilitzar els LED per ajudar-me a depurar el codi en què estic treballant.

Pas 6: I2C Breakout

El tauler de ruptura té quatre files de pins de capçalera per a la interfície I2C. Dues de les files són de quatre pins cadascuna i són de 3,3 V i Gnd. Les altres dues files són de cinc pins cadascuna i són per a SDA i SCL. El pin extra de cadascuna d’aquestes files permet utilitzar dos cables de pont femení a femení per connectar les files als pins GPIO que trieu. L'ESP32 pot tenir els senyals SDA i SCL en diversos pins GPIO. Es poden connectar i alimentar fins a quatre dispositius I2C de 3,3 V sense recórrer a cables de cadena. No hi ha resistències de tracció als senyals SDA i SCL al tauler de ruptura. Les resistències de tracció haurien de ser als dispositius que connecteu al bus I2C.

Nota: Per a aquells que no estiguin familiaritzats amb I2C, es requereixen resistències de tracció perquè els pins SDA i SCL són pins de drenatge obert, tri-estat i bidireccionals. El valor de les resistències de tracció afecta la freqüència de rotació i el timbre del bus.

Pas 7: llista de materials

Totes les resistències són SMT 1206.

Tots els condensadors són SMT, cas A, EIA 3216.

Totes les capçaleres i les tires de sòcol tenen un pas de 2,54 mm (0,1 polzades).

6 - Capçaleres masculines de vint pins

6 - capçaleres masculines de cinc pins

4 - capçaleres masculines de quatre pins

1 - capçal masculí de tres pins

2 - capçaleres masculines de dos pins

2 - tires de femella femella de vint pins

1 - Tauler TB6612FNG, inclou capçaleres masculines de dos i vuit pins

Condensadors de tantal de 3 a 10uf

1 - 10K resistència

2 - 2,2K resistències

Resistències 5 - 1K

1 - AMS1117, 5V

1 - 5mm, ànode comú LED RGB

Pas de 3 - 3 mm, dos passadors, terminals de cargol

Opcional

3 capçaleres masculines de dos pins: per tornar a connectar les traces Vin, 3.3V i Gnd tallades

Pas 8: embolicar-ho tot

Es tracta d’un tauler ESP32 molt versàtil amb les funcions més habituals que requereixen els robots simples integrats al tauler de ruptura.

El tauler informatiu no es limita als kits de programació ESP32. Es pot utilitzar qualsevol placa de microcontrolador que tingui dues files de fins a vint pins en espaiat d'una polzada. Hi cabrien un ESP8266 o una placa LPC1768. Podeu muntar la placa sense la placa filla TB6612FNG i utilitzar-la per separar només el GPIO. El tauler us ofereix moltes opcions per utilitzar-lo.

Si teniu alguns d'aquests taulers fets, no traieu el nom de "Macedon Engineering" dels taulers. Podeu utilitzar lliurement aquests taulers per a qualsevol aplicació no comercial. Si fas i fas servir el tauler, agrairia un crit per a què l’has utilitzat. Espero que us sigui útil el tauler.