ESP32 Dual H Bridge Breakout Board: 8 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Този проект е за ESP32 Breakout board, който е проектиран да бъде мозъкът на следващия ви робот. Характеристиките на тази дъска са;

• Може да побере всеки комплект за разработване на ESP32, който има два реда с до двадесет щифта върху центрове от един инч.
• Място за монтиране на дъщерна платка за контролер на DC мотор с двоен H мост TB6612FNG.
• Клемен блок с два винта за всяка връзка на двигателя.
• Клемен блок с два винта и комплект от пет щифта за заглавки за Vin & Gnd
• Два реда от двадесет GPIO пробивни щифта.
• Хедери за два HC-SR04 сонарни сензора, с разделители на напрежението на ехо изхода.
• Заглавка за свързване към трицветен, общ анод, LED с ограничаващи резистори.
• На борда 5V, 1A регулатор на напрежението с пет щифта за 5V и Gnd.
• Четири комплекта заглавки за I2C връзки с 3.3V & Gnd за всяка връзка.
• Всички компоненти се монтират от едната страна на платката.

Физическият размер на дъската е 90 мм х 56 мм, двустранен. Това го поставя в границите на размерите 100 мм х 100 мм за повечето производители на дъски прототипи.

Всички файлове, необходими за направата на една от тези дъски, могат да бъдат намерени на github тук.

Платката е проектирана около DOIT ESP32 DEVKIT V1, който има два реда по осемнадесет пина всеки. Лесно изрязаните следи от задната страна на платката ви позволяват да отделите специалните 5V, Gnd и 3.3V щифтове от съответните им шини. След това можете да използвате щифтовете на тези места като GPIO и като използвате джъмпери, свържете 5V, Gnd и 3.3V шините към съответните щифтове на комплекта за разработка на ESP32, който използвате.

За монтажа на комплекта за разработка на ESP са предвидени два реда с двадесет дупки. Препоръчвам ви да закупите женски гнезда и да ги запоите в отворите. По този начин можете да премахнете комплекта за разработка на ESP32 и да го замените с друг по всяко време. Също така, използването на гнездата осигурява много свободно пространство за частите, монтирани под комплекта за разработка. Харесва ми да купувам четиридесет пинови заглавни и гнездови ленти и след това да ги намаля до размера. Това помага за намаляване на разходите. Не можете да изрежете женските гнезда между две гнезда, трябва да „изгорите“гнездото, за да ги изрежете. С други думи, четиридесет -пинов женски гнездо на лента не може да бъде нарязано на две ивици с двадесет щифта. Женска гнездо за четиридесет пина може да бъде нарязано на лента с двайсет и деветнадесет щифта.

Стъпка 1: TB6612FNG двоен H мост

TB6612FNG е двоен H мост, моторен контролер, който може да задвижва един стъпков двигател или два постояннотокови хоби мотора (не безчетков двигател). Той е идеален за шофиране на малките, евтини двигатели с редуктор, които са лесно достъпни. Пробивната дъска има място за монтиране на дъщерна дъска, която има TB6612FNG. Платката TB6612FNG, която избрах да използвам, се предлага от няколко места; Sparkfun (p/n ROB-14451, Mouser и Digikey също продават дъската Sparkfun), Pololu (p/n 713), EBay, Aliexpress и Gearbest. Цените варират от около един долар до пет долара.

Всеки драйвер на DC двигател използва три GPIO пина. Два GPIO пина определят състоянието на двигателя; напред, назад, крайбрежие и спирачка. Третият GPIO щифт е PWM за контрол на скоростта на двигателя. Седми GPIO щифт задвижва STBY щифта. Управляващите сигнали за TB6612FNG са здраво свързани към прекъсващите щифтове ESP32 GPIO. Кои GPIO щифтове се използват се определя от вкуса на ESP32 Dev Kit, който използвате. Плътно свързаните щифтове бяха внимателно подбрани, така че да съответстват на GPIO PWM и изходните щифтове на повечето комплекти за разработчици на ESP32.

Двигателите се свързват с помощта на два, два щифтови клемни блока с етикет Мотор А и Двигател В. По един от всяка страна на прекъсващата платка. Захранването на двигателите се подава или чрез двужилен винтов клемен блок или набор от мъжки заглавки в единия край на пробивната платка, обозначен с Vin. Vin може да бъде всяко DC напрежение от 6V до 12V. Регулатор на напрежение 5V, 1A преобразува напрежението Vin в 5V, за да захранва сензорите на сонара.

Комплектът DOIT Dev KIT се предлага в два размера, 30 пина (15 отстрани) и 36 щифта (18 отстрани). Изброих връзките за двата комплекта разработчици по -долу.

30 pin dev kit - 36 pin dev kit

AIN1 - 25 - 14 - контрол на посоката на мотор A

AIN2 - 26 - 12 - контрол на посоката на мотор A

PWMA - 27 - 13 - контрол на скоростта за мотор А

STBY - 33 - 27 - спира двата двигателя

BIN1 - 16 - 15 - контрол на посоката на мотор B

BIN2 - 17 - 2 - управление на посоката на мотор B

PWMB - 5 - 4 - контрол на скоростта за мотор B

Стъпка 2: GPIO щифтове

Платката има два комплекта от двадесет пинови заглавия за GPIO пробив. Всеки комплект GPIO заглавия включва двадесет пина за 3.3V и двадесет пина за Gnd. 3.3V щифтовете са разположени между щифтовете GPIO и Gnd. Тази конфигурация намалява възможността нещо да се взриви, ако е включено обратно. Почти всяко нещо, което искате да свържете към GPIO щифт, изисква или 3.3V или Gnd връзка, или и двете. Конфигурацията с три реда означава, че винаги имате захранване и Gnd щифт за всяка връзка.

Ако използвате комплект за разработка на ESP32, различен от комплекта за разработване на DOIT, той може да има щифтове Vin, 3.3V и Gnd на места, различни от комплекта за разработване на DOIT. Пробивната платка е лесно изрязала следи от задната страна, които могат да бъдат изрязани, за да изолират щифтовете Vin, 3.3V и Gnd от съответните шини. След това можете да използвате джъмперни проводници, за да свържете Vin, 3.3V и Gnd щифтовете на вашия ESP32 Dev Kit към подходящите шини. 3.3V щифтовете могат да бъдат свързани чрез стандартни два щифта за късо съединение. За свързване на Gnd щифтове направих няколко джъмпера, използвайки три щифта DuPont черупки, два женски щифта и късо парче тел. След като притиснах женските щифтове към всеки край на проводника, ги вмъкнах в крайните слотове на триконтактната обвивка.

Ако някога искате отново да свържете трансовете, които сте изрязали, всеки от тях има набор от проходни дупки. Можете или да запоите U -образна джъмперна жица в отворите, или да добавите двуконтактна заглавка и да използвате стандартен двужилен къс щепсел, за да направите подвижен джъмпер.

Дума на предпазливост. 3.3V регулаторът в комплекта за разработка на ESP32 се използва за осигуряване на 3.3V за ESP32 и всички периферни устройства, които свържете към 3.3V шината. Регулаторът има ограничение от 1А. Колкото по -високо е напрежението Vin и толкова по -голям ток ще накарате регулатора да се нагрее. Имайте това предвид, когато се опитвате да управлявате устройства с висок ток като LED ленти или серво мотори с 3.3V. Няколко I2C устройства като жироскопи, ускорители и ADC конвертори не би трябвало да са проблем.

Стъпка 3: Вин

Vin е входното напрежение за двигателите и 5V регулатора. Vin може да бъде всяко напрежение от 5V до 12V. Ако използвате 5V за Vin, изходното напрежение на бордовия 5V регулатор няма да бъде 5V. Това се дължи на това, че регулаторът 5V трябва да има напрежение по -високо от 5V, за да регулира до 5V.

Vin също се използва като входно напрежение към 3.3V регулатора на комплекта за разработка на ESP32.

Референтният дизайн на комплекта за разработчици на ESP има диод за изолиране на USB напрежението от напрежението на Vin щифта на комплекта за разработчици. Диодът гарантира, че напрежението Vin не се опитва да задвижва USB напрежението и че чипът USB-към-сериен мост в комплекта за разработка на ESP32 се захранва само от USB напрежението. Това означава, че можете безопасно да свържете източник на напрежение по -висок от 5V към Vin на пробивната платка и да използвате USB връзката едновременно, без да се страхувате да унищожите нещо. Регулаторът на напрежение в комплекта за разработка на ESP32 е в същото семейство като регулатора на напрежението, използван на пробивната платка. Това означава, че те могат да обработват същия диапазон от входни напрежения.

Свържете батерията, която задвижва двигателите, към терминалите Vin и той също ще захранва ESP32 и всички периферни устройства, които сте свързали.

Стъпка 4: Сонарни сензори HC-SR04

За свързване на популярния сензор за HC-SR04 сонар са предвидени два четири пинови заглавия. Заглавките са разположени от противоположните страни на пробивната платка, близо до клемните блокове на винта на двигателя. Заглавките са настроени за връзка един към един с HC-SR04.

HC-SR04 е 5V устройство. Захранва се от 5V и изходният му (ехо) сигнал е на 5V нива. ESP32 има 3.3V GPIO и не е 5V толерантен. Следователно имате нужда от някакъв преобразувател на ниво на напрежение, за да намалите 5V изхода на HC-SR04 до нивото 3.3V на ESP32. Пробивната платка има прост делител на напрежение за всеки от HC-SR04 ехо сигналите за извършване на преобразуване на нивото. Не е необходимо преобразуване на ниво, за да може ESP32 GPIO щифт да задейства тригерния сигнал на HC-SR04.

Четирипиновият хедър за HC-SR04 осигурява 5V и Gnd връзки за сензора. 5V се осигурява от 5V регулатора на платката за пробив.

Докато за свързване към HC-SRO4 е предвиден четири-пинов хедър, има два пинов хедъра за свързване на ехо и триг сигнали на HC-SR04 към ESP32. По този начин можете да изберете кои GPIO щифтове да използвате. Използвайте джъмперни проводници от женски към женски, за да осъществите връзките. T е входът на Trig и E е нивото на напрежение, преобразувано в ехо изходния сигнал.

Трябва да е възможно да се използва заглавката HC-SR04 за свързване на друг 5V сензор. Свържете изхода на 5V сензора към Echo входа и използвайте делителя на напрежението, за да го преобразувате в 3.3V сигнал. Делителят на напрежението ще обработва сигнали, които имат бавни преходи. За високоскоростни преходи трябва да използвате преобразувател на ниво на активно напрежение. Ако свържете аналогов сигнал към делителя на напрежението и след това към аналогов вход на ESP32, трябва да вземете предвид, че при изчисляване на волта на брой колебанието на напрежението ще бъде от нула до 3.3V, а не от нула до 5V.

Например, можете да свържете IR сензор Vishay TSOP34838 към 5V, Gnd и Echo щифтове на заглавката HC-SR04 (Echo е свързано към изходния щифт на сензора). След това трябва да можете да получавате IR команди от всяко IR дистанционно управление, което използва 38KHz носител.

Стъпка 5: Трицветен светодиод

Трицветният светодиод е 5 мм, общ анод, през отвор, RGB светодиод. Осигурени са резистори за ограничаване на тока и общият анод е свързан към шината 3.3V. За използване на светодиода е предвиден три пинов заглавие, обозначен като RGB. Сигнал на ниско ниво на един от RGB щифтовете ще светне светодиода с този цвят. Задвижването на няколко RGB входа едновременно ще доведе до осветяване на множество светодиоди с получената цветова комбинация. Можете да използвате джъмпери от женски към женски, за да свържете щифтовете на RGB заглавката към изводите GPIO по ваш избор. Ако свържете светодиода към GPIO щифт, който има PWM възможности, тогава можете да промените яркостта на светодиода, като промените PWM ниското време. Обичам да използвам светодиодите, за да ми помогне да отстраня грешките в кода, върху който работя.

Стъпка 6: Пробив на I2C

Пробивната платка има четири реда щифтове за заглавки за интерфейса I2C. Два от редовете са с по четири пина всеки и са 3.3V и Gnd. Другите два реда са по пет пина всеки и са за SDA и SCL. Допълнителният щифт във всеки от тези редове е така, че можете да използвате два кабела от женски към женски джъмпер, за да свържете редовете към изводите GPIO по ваш избор. ESP32 може да има SDA и SCL сигнали на няколко от GPIO пиновете. До четири 3.3V, I2C устройства могат да бъдат свързани и захранвани, без да се прибягва до верижни кабели. На SDA и SCL сигналите на пробивната платка няма издърпващи резистори. Издърпващите резистори трябва да са на устройствата, които свързвате към I2C шината.

Забележка: За тези, които не са запознати с I2C, са необходими издърпващи се резистори, тъй като щифтовете SDA и SCL са с отворен дренаж, тристепенни, двупосочни щифтове. Стойността на издърпващите резистори влияе на скоростта на нарастване и звъненето в шината.

Стъпка 7: Сметка на материалите

Всички резистори са SMT 1206.

Всички кондензатори са SMT, случай A, EIA 3216.

Всички хедери и гнезда са с наклон 0,1 инча (2,54 мм).

6 - двадесет пинови мъжки заглавки

6 - пет пинови мъжки заглавки

4 - четири пинови мъжки заглавки

1 - три пинов мъжки заглавие

2 - два щифта мъжки заглавки

2 - двадесет пинови женски гнездови ленти

1 - TB6612FNG платка, идва с два, осем щифта мъжки заглавки

3 - 10uf танталови кондензатори

1 - 10K резистор

2 - 2.2K резистори

5 - 1K резистори

1 - AMS1117, 5V

1 - 5 мм, общ анод RGB LED

3 - 3 мм стъпка, два щифта, винтови клеми

По избор

3 - два щифта мъжки заглавки - за повторно свързване на изрязани Vin, 3.3V и Gnd следи

Стъпка 8: Завършете всичко

Това е много гъвкава ESP32 пробивна платка с най -често срещаните функции, изисквани от прости роботи, вградени в пробивната платка.

Пробивната платка не се ограничава до комплекти за разработчици ESP32. Може да се използва всяка платка за микроконтролер, която има двойни редове с до двадесет пина на разстояние един инч. Платформата ESP8266 или LPC1768 би била подходяща. Можете да сглобите платката без дъщерната платка TB6612FNG и да използвате, за да пробиете само GPIO. Дъската ви дава много възможности как да я използвате.

Ако сте направили някои от тези дъски, не премахвайте името „Macedon Engineering“от дъските. Можете свободно да използвате тези дъски за всяко нетърговско приложение. Ако все пак направите и използвате дъската, ще съм благодарен да извикате за какво сте я използвали. Надявам се, че ще намерите полезна дъската.