ESP32 Dual H Bridge Breakout Board: 8 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Αυτό το έργο αφορά έναν πίνακα ESP32 Breakout που σχεδιάστηκε για να είναι ο εγκέφαλος του επόμενου ρομπότ σας. Τα χαρακτηριστικά αυτού του πίνακα είναι:

• Μπορεί να φιλοξενήσει οποιοδήποτε κιτ ESP32 dev που έχει δύο σειρές έως και είκοσι ακίδες σε κέντρα μιας ίντσας.
• Ένα μέρος για να τοποθετήσετε μια θυγατρική πλακέτα ελεγκτή μοτέρ TB6612FNG διπλής γέφυρας DC.
• Ένα μπλοκ ακροδεκτών δύο βιδών για κάθε σύνδεση κινητήρα.
• Ένα μπλοκ ακροδεκτών με δύο βίδες και ένα σύνολο πέντε ακίδων κεφαλίδας για Vin & Gnd
• Δύο σειρές από είκοσι καρφίτσες GPIO.
• Κεφαλίδες για δύο αισθητήρες Sonar HC-SR04, με διαχωριστές τάσης στην έξοδο Echo.
• Κεφαλίδα για σύνδεση με τριχρωμία, κοινή άνοδο, LED με περιοριστικές αντιστάσεις.
• Εν πλω 5V, ρυθμιστής τάσης 1Α με πέντε ακίδες κεφαλίδας για 5V & Gnd.
• Τέσσερα σύνολα κεφαλίδων για συνδέσεις I2C με 3.3V & Gnd για κάθε σύνδεση.
• Όλα τα εξαρτήματα τοποθετούνται στη μία πλευρά της πλακέτας κυκλώματος.

Το φυσικό μέγεθος της σανίδας είναι 90mm x 56mm, διπλής όψης. Αυτό το βάζει καλά εντός των ορίων μεγέθους 100mm x 100mm για τους περισσότερους πρωτότυπους χαμηλού κόστους.

Όλα τα αρχεία που απαιτούνται για τη δημιουργία ενός από αυτούς τους πίνακες μπορείτε να τα βρείτε στο github εδώ.

Ο πίνακας σχεδιάστηκε γύρω από το DOIT ESP32 DEVKIT V1 που έχει δύο σειρές δεκαοκτώ ακίδων η κάθε μία. Τα εύκολα ίχνη που κόβονται στο πίσω μέρος της πλακέτας σας επιτρέπουν να διαχωρίσετε τις ειδικές καρφίτσες 5V, Gnd και 3.3V από τα αντίστοιχα λεωφορεία τους. Στη συνέχεια, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις καρφίτσες σε αυτές τις θέσεις ως GPIO και χρησιμοποιώντας βραχυκυκλωτήρες, συνδέστε τους διαύλους 5V, Gnd και 3.3V στις κατάλληλες ακίδες του κιτ ESP32 dev που χρησιμοποιείτε.

Δύο σειρές είκοσι οπών παρέχονται για την τοποθέτηση του κιτ dev ESP. Σας συνιστώ να αγοράσετε θηλυκές λωρίδες και να τις κολλήσετε στις τρύπες. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να αφαιρέσετε το κιτ ESP32 dev και να το αντικαταστήσετε με άλλο ανά πάσα στιγμή. Επίσης, η χρήση των ταινιών υποδοχής παρέχει άφθονο διάκενο για τα εξαρτήματα που είναι τοποθετημένα κάτω από το κιτ dev. Μου αρέσει να αγοράζω ταινίες κεφαλίδας και πρίζας σαράντα ακίδων και στη συνέχεια να τις κόβω σε μέγεθος. Αυτό βοηθά στη μείωση του κόστους. Δεν μπορείτε να κόψετε τις θηλυκές πρίζες μεταξύ δύο υποδοχών, πρέπει να "κάψετε" μια πρίζα για να τις κόψετε. Με άλλα λόγια, μια θηλυκή λωρίδα υποδοχής σαράντα ακίδων δεν μπορεί να κοπεί σε δύο λωρίδες είκοσι ακίδων. Μια θηλυκή λωρίδα υποδοχής σαράντα ακίδων μπορεί να κοπεί σε μια λωρίδα είκοσι ακίδων και μια ταινία δεκαεννέα ακίδων.

Βήμα 1: TB6612FNG Dual H Bridge

Το TB6612FNG είναι ένα διπλό H γέφυρα, ελεγκτής κινητήρα που μπορεί να οδηγήσει έναν βηματικό κινητήρα ή δύο κινητήρες χόμπι DC (όχι κινητήρες χωρίς ψήκτρες). Είναι ιδανικό για την οδήγηση των μικρών, ανέξοδων, μοτέρ με κινητήρα που είναι άμεσα διαθέσιμα. Ο πίνακας ξεμπλοκαρίσματος έχει ένα μέρος για να τοποθετήσετε μια θυγατρική σανίδα που διαθέτει το TB6612FNG. Ο πίνακας TB6612FNG που επέλεξα να χρησιμοποιήσω είναι διαθέσιμος από διάφορα μέρη. Οι Sparkfun (p/n ROB-14451, Mouser και Digikey πωλούν επίσης τον πίνακα Sparkfun), Pololu (p/n 713), EBay, Aliexpress και Gearbest. Οι τιμές κυμαίνονται από περίπου ένα δολάριο έως πέντε δολάρια.

Κάθε οδηγός κινητήρα DC χρησιμοποιεί τρεις ακίδες GPIO. Δύο καρφίτσες GPIO καθορίζουν την κατάσταση του κινητήρα. εμπρός, πίσω, ακτή και φρένο. Ο τρίτος πείρος GPIO είναι PWM για τον έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα. Ένας έβδομος πείρος GPIO οδηγεί τον πείρο STBY. Τα σήματα ελέγχου για το TB6612FNG είναι σταθερά συνδεδεμένα με τις ακίδες διαρροής ESP32 GPIO. Ποιες καρφίτσες GPIO χρησιμοποιούνται καθορίζεται από τη γεύση του ESP32 Dev Kit που χρησιμοποιείτε. Οι σκληρά συνδεδεμένες καρφίτσες επιλέχθηκαν προσεκτικά έτσι ώστε να ευθυγραμμίζονται με τις καρφίτσες GPIO PWM και Output στα περισσότερα κιτ ESP32 Dev.

Οι κινητήρες συνδέονται χρησιμοποιώντας δύο ακροδέκτες ακροδεκτών με δύο βίδες με σήμανση Motor A και Motor B. Ένας σε κάθε πλευρά της σανίδας διάσπασης. Η ισχύς για τους κινητήρες παρέχεται είτε από ένα ακροδέκτη ακροδεκτών με δύο βίδες είτε από ένα σετ ανδρικών κεφαλών στο ένα άκρο του πίνακα διαχωρισμού, με την ένδειξη Vin. Το Vin μπορεί να είναι οποιαδήποτε τάση DC από 6V έως 12V. Ένας ρυθμιστής τάσης 5V, 1A μετατρέπει την τάση Vin σε 5V για να τροφοδοτήσει τους αισθητήρες Sonar.

Το DOIT Dev KIT διατίθεται σε δύο μεγέθη, 30 ακίδες (15 σε μια πλευρά) και 36 ακίδες (18 σε μια πλευρά). Παραθέτω τις συνδέσεις και για τα δύο κιτ dev παρακάτω.

Σετ dev 30 σετ καρφιτσών - κιτ dev 36 πείρων

AIN1 - 25 - 14 - έλεγχος κατεύθυνσης για τον κινητήρα Α

AIN2 - 26 - 12 - έλεγχος κατεύθυνσης για τον κινητήρα Α

PWMA - 27 - 13 - έλεγχος ταχύτητας για τον κινητήρα Α

STBY - 33 - 27 - σταματά και τους δύο κινητήρες

BIN1 - 16 - 15 - έλεγχος κατεύθυνσης για τον κινητήρα Β

BIN2 - 17 - 2 - έλεγχος κατεύθυνσης για τον κινητήρα Β

PWMB - 5 - 4 - έλεγχος ταχύτητας για τον κινητήρα Β

Βήμα 2: Καρφίτσες GPIO

Ο πίνακας έχει δύο σύνολα με είκοσι κεφαλίδες για το GPIO breakout. Κάθε σετ κεφαλίδων GPIO περιλαμβάνει είκοσι ακίδες για 3,3V και είκοσι ακίδες για Gnd. Οι ακίδες 3.3V βρίσκονται μεταξύ των ακίδων GPIO και των ακίδων Gnd. Αυτή η διαμόρφωση μειώνει την πιθανότητα να ανατινάξει κάτι εάν είναι συνδεδεμένο προς τα πίσω. Σχεδόν κάθε πράγμα που θέλετε να συνδέσετε σε μια καρφίτσα GPIO απαιτεί είτε σύνδεση 3.3V ή Gnd ή και τα δύο. Η διαμόρφωση τριπλής σειράς σημαίνει ότι έχετε πάντα μια τροφοδοσία και Gnd pin για κάθε σύνδεση.

Εάν χρησιμοποιείτε κιτ ESP32 dev εκτός από το DOIT Dev Kit μπορεί να έχει καρφίτσες Vin, 3.3V και Gnd σε διαφορετικές τοποθεσίες από το DOIT Dev Kit. Ο πίνακας ξεμπλοκαρίσματος κόβει εύκολα ίχνη στο πίσω μέρος που μπορούν να κοπούν για να απομονωθούν οι ακίδες Vin, 3.3V και Gnd από τα αντίστοιχα δίαυλα. Στη συνέχεια, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε καλώδια βραχυκυκλωτήρων για να συνδέσετε τις καρφίτσες Vin, 3.3V και Gnd του ESP32 Dev Kit στα κατάλληλα δίαυλα. Οι ακίδες 3.3V μπορούν να συνδεθούν χρησιμοποιώντας τυπικά βύσματα βραχυκυκλώματος δύο ακίδων. Για συνδέσεις καρφίτσας Gnd, έφτιαξα μερικούς βραχυκυκλωτήρες χρησιμοποιώντας τρία κοχύλια DuPont, δύο θηλυκές πείρους και ένα μικρό κομμάτι σύρματος. Αφού στύψαμε τις θηλυκές ακίδες σε κάθε άκρο του σύρματος, τις έβαλα στις ακραίες υποδοχές του κελύφους των τριών ακίδων.

Αν θέλετε ποτέ να επανασυνδέσετε τις δόσεις που κόψατε, κάθε μία έχει μια σειρά από οπές. Μπορείτε είτε να κολλήσετε ένα καλώδιο βραχυκυκλωτήρα σε σχήμα U στις τρύπες είτε να προσθέσετε μια κεφαλίδα δύο ακίδων και να χρησιμοποιήσετε ένα τυπικό βύσμα βραχυκύκλωσης δύο ακίδων για να φτιάξετε έναν αφαιρούμενο βραχυκυκλωτήρα.

Μια λέξη προφύλαξης. Ο ρυθμιστής 3.3V στο κιτ ESP32 dev χρησιμοποιείται για την παροχή 3.3V για το ESP32 και τυχόν περιφερειακά που συνδέετε με το δίαυλο 3.3V. Ο ρυθμιστής έχει όριο 1Α. Όσο υψηλότερη είναι η τάση Vin και τόσο περισσότερο ρεύμα αντλείτε θα προκαλέσει τη θέρμανση του ρυθμιστή. Έχετε αυτό κατά νου όταν προσπαθείτε να οδηγήσετε συσκευές υψηλής τάσης, όπως λωρίδες LED ή σερβοκινητήρες με 3.3V. Μερικές συσκευές I2C όπως ο γύρος, οι επιταχυντές και οι μετατροπείς ADC δεν πρέπει να αποτελούν πρόβλημα.

Βήμα 3: Vin

Το Vin είναι η τάση εισόδου για τους κινητήρες και τον ρυθμιστή 5V. Το Vin μπορεί να είναι οποιαδήποτε τάση από 5V έως 12V. Εάν χρησιμοποιείτε 5V για Vin, η τάση εξόδου του ρυθμιστή 5V επί του σκάφους δεν θα είναι 5V. Αυτό οφείλεται στο ότι ο ρυθμιστής 5V πρέπει να έχει τάση μεγαλύτερη από 5V για να ρυθμιστεί σε 5V.

Το Vin χρησιμοποιείται επίσης ως τάση εισόδου στον ρυθμιστή 3.3V στο κιτ dev ESP32.

Ο σχεδιασμός αναφοράς του κιτ ESP dev έχει μια δίοδο για την απομόνωση της τάσης USB από την τάση στον πείρο Vin του κιτ dev. Η δίοδος διασφαλίζει ότι η τάση Vin δεν προσπαθεί να οδηγήσει την τάση USB και ότι το τσιπ γέφυρας USB-to-Serial στο κιτ dev ESP32 τροφοδοτείται μόνο από την τάση USB. Αυτό σημαίνει ότι είστε ασφαλείς να συνδέσετε μια πηγή τάσης υψηλότερη από 5V στο Vin της πλακέτας διακοπής και να χρησιμοποιήσετε τη σύνδεση USB ταυτόχρονα, χωρίς να φοβάστε ότι θα καταστρέψετε οτιδήποτε. Ο ρυθμιστής τάσης στο κιτ ESP32 dev είναι στην ίδια οικογένεια με τον ρυθμιστή τάσης που χρησιμοποιείται στην πλακέτα διαρροής. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να χειριστούν το ίδιο εύρος τάσεων εισόδου.

Συνδέστε την μπαταρία που οδηγεί τους κινητήρες στους ακροδέκτες Vin και θα τροφοδοτήσει επίσης το ESP32 και τυχόν περιφερειακά που έχετε συνδέσει.

Βήμα 4: Αισθητήρες σόναρ HC-SR04

Δύο κεφαλίδες τεσσάρων ακίδων παρέχονται για τη σύνδεση του δημοφιλούς αισθητήρα Sonar HC-SR04. Οι επικεφαλίδες βρίσκονται στις αντίθετες πλευρές της σανίδας διάσπασης, κοντά στα μπλοκ ακροδεκτών βιδών κινητήρα. Οι κεφαλίδες έχουν ρυθμιστεί για σύνδεση μία προς μία με το HC-SR04.

Το HC-SR04 είναι μια συσκευή 5V. Τροφοδοτείται από 5V και το σήμα εξόδου (Echo) είναι στα επίπεδα 5V. Το ESP32 έχει GPU 3.3V και δεν είναι ανεκτικό στα 5V. Επομένως, χρειάζεστε ένα είδος μετατροπέα στάθμης τάσης για να μειώσετε την έξοδο 5V του HC-SR04 στο επίπεδο 3,3V του ESP32. Ο πίνακας διαρροής διαθέτει έναν απλό διαχωριστή τάσης για καθένα από τα σήματα Echo HC-SR04 για να πραγματοποιήσει τη μετατροπή της στάθμης. Δεν απαιτείται μετατροπή επιπέδου για έναν ακροδέκτη ESP32 GPIO για την οδήγηση του σήματος Trig του HC-SR04.

Η κεφαλίδα τεσσάρων ακίδων για το HC-SR04 παρέχει τις συνδέσεις 5V και Gnd για τον αισθητήρα. Το 5V παρέχεται από τον ρυθμιστή 5V στον πίνακα ανάρτησης.

Ενώ παρέχεται μια κεφαλίδα τεσσάρων ακίδων για σύνδεση στο HC-SRO4, μια κεφαλίδα δύο ακίδων παρέχεται για τη σύνδεση των σημάτων Echo και Trig του HC-SR04 με το ESP32. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να επιλέξετε ποιες καρφίτσες GPIO θα χρησιμοποιήσετε. Χρησιμοποιήστε καλώδια άλματος από γυναίκα σε γυναίκα για να κάνετε τις συνδέσεις. T είναι η είσοδος Trig και E είναι το σήμα εξόδου Echo που μετατρέπεται σε επίπεδο τάσης.

Θα πρέπει να είναι δυνατή η χρήση της κεφαλίδας HC-SR04 για τη σύνδεση κάποιου άλλου αισθητήρα 5V. Συνδέστε την έξοδο του αισθητήρα 5V στην είσοδο Echo και χρησιμοποιήστε το διαχωριστή τάσης για να τον μετατρέψετε σε σήμα 3,3V. Ο διαχωριστής τάσης θα χειρίζεται σήματα που έχουν αργές μεταβάσεις. Για μεταβάσεις υψηλής ταχύτητας θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε έναν ενεργό μετατροπέα στάθμης τάσης. Εάν συνδέσετε ένα αναλογικό σήμα στο διαχωριστή τάσης και στη συνέχεια σε μια αναλογική είσοδο στο ESP32, θα πρέπει να λάβετε υπόψη ότι η ταλάντωση της τάσης θα είναι μηδέν στα 3,3V και όχι μηδενικά στα 5V κατά τον υπολογισμό των βολτ ανά μέτρηση.

Για παράδειγμα, μπορείτε να συνδέσετε έναν αισθητήρα IR Vishay TSOP34838 στις ακίδες 5V, Gnd και Echo της κεφαλίδας HC-SR04 (το Echo είναι συνδεδεμένο στον πείρο εξόδου του αισθητήρα). Στη συνέχεια, θα πρέπει να μπορείτε να λαμβάνετε εντολές IR από οποιοδήποτε τηλεχειριστήριο IR που χρησιμοποιεί φορέα 38KHz.

Βήμα 5: LED Tri-Color

Το LED τριών χρωμάτων είναι μια κοινή άνοδος 5 mm, μέσω οπής, RGB LED. Παρέχονται αντιστάσεις περιορισμού ρεύματος και η κοινή άνοδος συνδέεται με το δίαυλο 3.3V. Για τη χρήση του LED παρέχεται μια κεφαλίδα τριών ακίδων με την ένδειξη RGB. Ένα σήμα χαμηλού επιπέδου σε μία από τις ακίδες RGB θα ανάψει το LED με αυτό το χρώμα. Η ταυτόχρονη οδήγηση πολλαπλών εισόδων RGB θα έχει ως αποτέλεσμα πολλαπλές λυχνίες LED να ανάβουν με το προκύπτον μείγμα χρωμάτων. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε άλματα από γυναίκα σε γυναίκα για να συνδέσετε τις καρφίτσες κεφαλίδας RGB στις καρφίτσες GPIO της επιλογής σας. Εάν συνδέσετε τη λυχνία LED σε καρφίτσα GPIO που διαθέτει δυνατότητες PWM, τότε μπορείτε να αλλάξετε τη φωτεινότητα της λυχνίας μεταβάλλοντας τον χαμηλό χρόνο PWM. Μου αρέσει να χρησιμοποιώ τα LED για να με βοηθήσω να διορθώσω τον κωδικό στον οποίο δουλεύω.

Βήμα 6: I2C Breakout

Ο πίνακας ξεμπλοκαρίσματος έχει τέσσερις σειρές καρφίτσες κεφαλίδας για τη διεπαφή I2C. Δύο από τις σειρές είναι τέσσερις ακίδες η κάθε μία και είναι 3,3V και Gnd. Οι άλλες δύο σειρές είναι πέντε καρφίτσες η κάθε μία και προορίζονται για SDA και SCL. Ο επιπλέον πείρος σε κάθε μία από αυτές τις σειρές είναι έτσι ώστε να μπορείτε να χρησιμοποιήσετε δύο καλώδια άλματος από γυναίκα σε γυναίκα για να συνδέσετε τις σειρές με τις καρφίτσες GPIO της επιλογής σας. Το ESP32 μπορεί να έχει σήματα SDA και SCL σε αρκετές από τις ακίδες GPIO. Μέχρι τέσσερις συσκευές 3.3V, I2C μπορούν να συνδεθούν και να τροφοδοτηθούν χωρίς να καταφεύγετε σε καλώδια αλυσίδας μαργαρίτας. Δεν υπάρχουν αντιστάσεις έλξης σε σήματα SDA και SCL στον πίνακα διαρροής. Οι αντιστάσεις έλξης πρέπει να βρίσκονται στις συσκευές που συνδέετε στο δίαυλο I2C.

Σημείωση: Για όσους δεν είναι εξοικειωμένοι με το I2C, απαιτούνται αντιστάσεις έλξης λόγω του ότι οι καρφίτσες SDA και SCL είναι ανοικτές απολήξεις, ακίδες τριών καταστάσεων, διπλής κατεύθυνσης. Η τιμή των αντιστάσεων έλξης επηρεάζει τον ρυθμό πτώσης και τον ήχο στο δίαυλο.

Βήμα 7: Λογαριασμός Υλικών

Όλες οι αντιστάσεις είναι SMT 1206.

Όλοι οι πυκνωτές είναι SMT, υπόθεση A, EIA 3216.

Όλες οι κεφαλίδες και οι ταινίες υποδοχής έχουν κλίση 0,1 ιντσών (2,54 mm).

6 - είκοσι αρσενικές κεφαλίδες

6 - πέντε αρσενικές κεφαλίδες

4 - αρσενικές κεφαλίδες τεσσάρων ακίδων

Αρσενική κεφαλίδα 1 - τριών ακίδων

2 - δύο αρσενικές κεφαλίδες δύο ακίδων

2 - είκοσι θηλυκές λωρίδες υποδοχής

1 - πλακέτα TB6612FNG, έρχεται με δύο, οκτώ ακίδες αρσενικές κεφαλίδες

3 - 10uf πυκνωτές τανταλίου

Αντίσταση 1 - 10K

2 - 2.2K αντιστάσεις

5 - 1K αντιστάσεις

1 - AMS1117, 5V

1 - 5mm, κοινή άνοδος RGB LED

Πίσσα 3 - 3mm, δύο ακροδέκτες, ακροδέκτες βίδας

Προαιρετικός

3 - αρσενικές κεφαλίδες δύο ακίδων - για επανασύνδεση ίχνων κοπής Vin, 3.3V και Gnd

Βήμα 8: Περιτυλίξτε τα όλα

Αυτός είναι ένας πολύ ευέλικτος πίνακας διαρροής ESP32 με τις πιο συνηθισμένες δυνατότητες που απαιτούν τα απλά ρομπότ ενσωματωμένα στον πίνακα ανάρτησης.

Ο πίνακας breakout δεν περιορίζεται στα κιτ ESP32 dev. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιαδήποτε πλακέτα μικροελεγκτή που έχει διπλές σειρές έως και είκοσι ακίδες σε απόσταση μιας ίντσας. Θα ταιριάζει ένας πίνακας ESP8266 ή ένας πίνακας LPC1768. Μπορείτε να συναρμολογήσετε τον πίνακα χωρίς τον θυγατρικό πίνακα TB6612FNG και να τον χρησιμοποιήσετε για να ξεμπλοκάρετε μόνο το GPIO. Ο πίνακας σας δίνει πολλές επιλογές για τον τρόπο χρήσης του.

Εάν έχετε φτιάξει μερικούς από αυτούς τους πίνακες, μην αφαιρέσετε το όνομα "Macedonian Engineering" από τους πίνακες. Μπορείτε ελεύθερα να χρησιμοποιήσετε αυτούς τους πίνακες για οποιαδήποτε μη εμπορική εφαρμογή. Αν φτιάξετε και χρησιμοποιήσετε τον πίνακα, θα εκτιμούσα μια κραυγή από αυτό για το οποίο το χρησιμοποιήσατε. Ελπίζω να βρείτε χρήσιμο τον πίνακα.