(CRC)bit, badge aperto simile a Microbit: 10 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Abbiamo usato il badge microbit circa 1 anno fa per insegnare la robotica. È uno strumento eccellente per l'istruzione.

Una delle sue caratteristiche più preziose è che si tiene in mano. E questa flessibilità gli consente di avere una grande visione della comunità educativa.

Quattro mesi fa abbiamo iniziato a progettare un modello per i makers. Pensare che se ha successo può diventare un prodotto aperto per gli insegnanti.

Quali caratteristiche vogliamo aggiungere al badge:

• Processore ESP32 (compatibile con Arduino)
• IMU 6 assi
• Matrice di Neopixel RGB, 8 x 5
• Altoparlante audio tramite DAC
• Due pulsanti
• Porta di espansione GPIO (tollerante 5V)

In questo tutorial spiegheremo i passaggi per costruirlo.

Passaggio 1: progettazione schematica

Alleghiamo lo schema della prima versione di crcbit. Abbiamo dovuto fare vari test sulla scheda prototipi per regolare i componenti.

Nello schema, possiamo apprezzare il cuore della scheda che è un ESP32. Vediamo anche l'IMU a 6 assi, un piccolo circuito amplificatore per altoparlanti e due schede di conversione del livello logico bidirezionali.

Infine c'è l'intero circuito di gestione dei Neopixel, che dispone di 6 strisce di neopixel da 8 LED ciascuna. Insieme a un circuito di alimentazione da 3V3 volt che ha un MOSFET per la connessione e la disconnessione tramite un GPIO controllato da software.

Per l'alimentazione abbiamo scelto un connettore JST più forte del connettore micro USB, se è in movimento.

Passaggio 2: sistema di alimentazione

Poiché la scheda ha 40 neopixel, un ESP32 e un altoparlante; Il consumo di amplificatori è molto alto.

Nel caso di accendere i 40 neopixel alla massima luminosità, saremmo vicini a 1,5 amp.

Abbiamo deciso di alimentare la scheda a 5V. È facile da usare qualsiasi power bank. I 5V sono usati per alimentare l'ESP32, che ha già un regolatore 3V3. Consente inoltre di realizzare segnali tolleranti a 5V, grazie al traslatore di livello bidirezionale.

Per i neopixel utilizziamo un circuito di interruzione dell'alimentazione e step-down a 3V3. In questo modo riduciamo il consumo a 250 milliampere e possiamo controllare la potenza dei neopixel tramite software.

Passaggio 3: di cosa abbiamo bisogno?

Prima prepariamo un po' di roba.

In tutti i casi, abbiamo cercato componenti facili da saldare e facili da acquistare nei negozi di elettronica locali.

Tuttavia, alcuni componenti non sono facili da trovare ed è meglio ordinarli pazientemente nel mercato cinese.

L'elenco dei componenti necessari è:

• 1 x mini formato ESP32
• 2 x convertitori di livello logico bidirezionale
• 1 x 6 assi IMU
• 1 x altoparlante
• 1 x MOSFET di potenza
• 1 x 3V3 caduta di tensione
• 2 x pulsanti
• 1 x LDR
• 6 x strisce da 8 Neopixel

… e alcuni tipici componenti discreti

Passaggio 4: hackerare le strisce di Neopixel per facilitare la saldatura (I)

La parte più difficile da assemblare e saldare sono le strisce Neopixels.

Per questo abbiamo creato uno strumento stampato in 3D che mantiene le 5 strisce di neopixel nella posizione corretta. In questo modo sono correttamente allineati.

Allo stesso tempo, lo strumento ci consente di saldare piccole strisce di metallo per facilitare la saldatura poiché le strisce sono invertite.

Si consiglia di esercitarsi prima poiché questo processo è difficile.

Passaggio 5: Hackin Neopixels Strips per facilitare la saldatura (II)

Alleghiamo i file in formato STL in modo da poter stampare lo strumento di riparazione.

Non è richiesta alcuna configurazione speciale per stampare le parti in 3D. Sono facili da stampare ma molto utili.

Passaggio 6: PCB personalizzato

A causa del numero di componenti e delle loro dimensioni, migriamo dal prototipo in un PCB universale, per creare un PCB personalizzato.

Abbiamo caricato il design del PCB su PCBWay per condividerlo con la community e i produttori che desiderano assemblarne uno.

Alleghiamo anche i file Gerber per una maggiore flessibilità.

Passaggio 7: connessione hardware (PCB personalizzato)

Se abbiamo il PCB personalizzato, il resto dei componenti è facilmente saldabile poiché sono tutti dotati di pin strip da 2,54 mm.

Le immagini allegate hanno una buona risoluzione per vedere la posizione dei componenti.

Passaggio 8: software e firmware

La scheda non richiede alcun software specifico poiché funziona direttamente con l'IDE Arduino. Non ci resta che configurare l'IDE Arduino per funzionare con ESP32, un buon tutorial da seguire passo passo è:

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

E per far funzionare le periferiche dobbiamo aggiungere queste librerie Arduino:

github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

github.com/adafruit/Adafruit_NeoMatrix

github.com/sparkfun/MPU-9250_Breakout

Il primo test che abbiamo fatto per vedere che tutto funzioni correttamente è il cuore del pixel microbit.

Passaggio 9: divertiti

Passaggio 10: Avanti…

È un progetto aperto.

Finora (CRC)bit è ancora semplice e grezzo. Crediamo che crescerà sempre meglio con l'aiuto della comunità.

Ed è per questo che alla gente piace l'open source e la community.

Se hai un'idea migliore, o se hai apportato qualche miglioramento, condividila!

Saluti