ESP32 Dual H Bridge Breakout Board: 8 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Questo progetto è per una scheda Breakout ESP32 progettata per essere il cervello del tuo prossimo robot. Le caratteristiche di questa scheda sono;

• Può ospitare qualsiasi kit di sviluppo ESP32 con due file di un massimo di venti pin su centri di un pollice.
• Un posto dove montare una scheda figlia del controller del motore CC a doppio ponte H TB6612FNG.
• Una morsettiera a due viti per ogni connessione del motore.
• Una morsettiera a due viti e un set di cinque pin di intestazione per Vin & Gnd
• Due file di venti pin di breakout GPIO.
• Basette per due sensori Sonar HC-SR04, con divisori di tensione sull'uscita Echo.
• Un'intestazione per il collegamento a un LED a tre colori, anodo comune con resistori di limitazione.
• Regolatore di tensione a bordo 5V, 1A con cinque pin di intestazione per 5V e Gnd.
• Quattro set di intestazioni per connessioni I2C con 3,3 V e Gnd per ogni connessione.
• Tutti i componenti si montano su un lato del circuito.

La dimensione fisica della scheda è 90 mm x 56 mm, su due lati. Ciò lo colloca ampiamente entro i limiti di dimensione di 100 mm x 100 mm per la maggior parte dei prototipi a basso costo dei produttori di schede.

Tutti i file necessari per creare una di queste schede possono essere trovati su github qui.

La scheda è stata progettata attorno al DOIT ESP32 DEVKIT V1 che ha due file di diciotto pin ciascuna. Tracce di facile taglio sul retro della scheda consentono di separare i pin dedicati 5V, Gnd e 3.3V dai rispettivi bus. Quindi è possibile utilizzare i pin in queste posizioni come GPIO e, utilizzando i ponticelli, collegare i bus 5V, Gnd e 3.3V ai pin appropriati sul kit di sviluppo ESP32 che si sta utilizzando.

Sono previste due file di venti fori per il montaggio del kit di sviluppo ESP. Ti consiglio di acquistare delle prese multiple femmina e di saldarle nei fori. In questo modo puoi rimuovere il kit di sviluppo ESP32 e sostituirlo con un altro in qualsiasi momento. Inoltre, l'utilizzo delle prese multiple fornisce molto spazio per le parti montate sotto il kit di sviluppo. Mi piace comprare quaranta pin header e prese multiple e poi tagliarle a misura. Questo aiuta a ridurre i costi. Non puoi tagliare le prese multiple femmina tra due prese, devi "bruciare" una presa per tagliarle. In altre parole, una presa femmina a quaranta pin non può essere tagliata in due strisce da venti pin. Una striscia femmina da quaranta pin può essere tagliata in una striscia da venti pin e una striscia da diciannove pin.

Passaggio 1: ponte doppio H TB6612FNG

Il TB6612FNG è un doppio ponte H, controller del motore che può pilotare un motore passo-passo o due motori hobby DC (non motori brushless). È ideale per azionare i motoriduttori piccoli, economici e facilmente disponibili. La scheda breakout ha un posto per montare una scheda figlia che ha il TB6612FNG. La scheda TB6612FNG che ho scelto di utilizzare è disponibile da diversi posti; Sparkfun (codice ROB-14451, Mouser e Digikey vendono anche la scheda Sparkfun), Pololu (codice 713), eBay, Aliexpress e Gearbest. I prezzi variano da circa un dollaro a cinque dollari.

Ciascun driver del motore CC utilizza tre pin GPIO. Due pin GPIO determinano lo stato del motore; avanti, indietro, per inerzia e frenare. Il terzo pin GPIO è PWM per controllare la velocità del motore. Un settimo pin GPIO guida il pin STBY. I segnali di controllo per il TB6612FNG sono cablati ai pin di breakout GPIO ESP32. I pin GPIO utilizzati sono determinati dal tipo di kit di sviluppo ESP32 che utilizzi. I pin cablati sono stati accuratamente selezionati in modo che si allineassero con GPIO PWM e pin di output sulla maggior parte dei kit di sviluppo ESP32.

I motori sono collegati utilizzando due morsettiere a vite a due piedini etichettati Motore A e Motore B. Uno su ciascun lato della scheda di sblocco. L'alimentazione per i motori viene fornita da una morsettiera a vite a due pin o da una serie di connettori maschio su un'estremità della scheda di sblocco, etichettati Vin. Vin può essere qualsiasi tensione CC da 6V a 12V. Un regolatore di tensione 5V, 1A converte la tensione Vin a 5V per alimentare i sensori Sonar.

Il DOIT Dev KIT è disponibile in due dimensioni, 30 pin (15 su un lato) e 36 pin (18 su un lato). Di seguito ho elencato le connessioni per entrambi i kit di sviluppo.

Kit di sviluppo a 30 pin - Kit di sviluppo a 36 pin

AIN1 - 25 - 14 - controllo direzione motore A

AIN2 - 26 - 12 - comando di direzione per motore A

PWMA - 27 - 13 - controllo velocità per motore A

STBY - 33 - 27 - ferma entrambi i motori

BIN1 - 16 - 15 - controllo direzione motore B

BIN2 - 17 - 2 - comando di direzione per motore B

PWMB - 5 - 4 - controllo velocità per motore B

Passaggio 2: pin GPIO

La scheda ha due set di venti intestazioni pin per il breakout GPIO. Ogni set di intestazioni GPIO include venti pin per 3,3 V e venti pin per Gnd. I pin da 3,3 V si trovano tra i pin GPIO e i pin Gnd. Questa configurazione riduce la possibilità che qualcosa esploda se è collegato al contrario. Quasi ogni cosa che si desidera collegare a un pin GPIO richiede una connessione a 3,3 V o Gnd o entrambe. La configurazione a tripla fila significa che hai sempre un pin di alimentazione e Gnd per ogni connessione.

Se usi un kit di sviluppo ESP32 diverso dal kit di sviluppo DOIT, potrebbe avere pin Vin, 3.3V e Gnd in posizioni diverse dal kit di sviluppo DOIT. La breakout board ha tracce facili da tagliare sul retro che possono essere tagliate per isolare i pin Vin, 3.3V e Gnd dai rispettivi bus. È quindi possibile utilizzare i cavi dei ponticelli per collegare i pin Vin, 3,3 V e Gnd del kit di sviluppo ESP32 ai bus appropriati. I pin da 3,3 V possono essere collegati utilizzando spine di cortocircuito standard a due pin. Per le connessioni dei pin Gnd, ho realizzato alcuni ponticelli utilizzando gusci DuPont a tre pin, due pin femmina a crimpare e un breve pezzo di filo. Dopo aver crimpato i pin femmina a ciascuna estremità del filo, li ho inseriti nelle fessure terminali del guscio a tre pin.

Se vuoi ricollegare le trance che hai tagliato, ognuna ha una serie di fori passanti. È possibile saldare un ponticello a forma di U nei fori o aggiungere un'intestazione a due pin e utilizzare una spina di cortocircuito standard a due pin per creare un ponticello rimovibile.

Una parola di cautela. Il regolatore da 3,3 V sul kit di sviluppo ESP32 viene utilizzato per fornire 3,3 V per ESP32 e qualsiasi periferica collegata al bus da 3,3 V. Il regolatore ha un limite di 1A. Più alta è la tensione Vin e più corrente assorbirai farà riscaldare il regolatore. Tienilo a mente quando cerchi di pilotare dispositivi ad alta corrente come strisce LED o servomotori con 3,3 V. Alcuni dispositivi I2C come giroscopi, acceleratori e convertitori ADC non dovrebbero essere un problema.

Passaggio 3: Vin

Vin è la tensione di ingresso per i motori e il regolatore 5V. Vin può essere qualsiasi tensione da 5V a 12V. Se stai usando 5V per Vin, la tensione di uscita del regolatore 5V a bordo non sarà 5V. Ciò è dovuto al fatto che il regolatore 5V deve avere una tensione superiore a 5V per regolare a 5V.

Il Vin viene anche utilizzato come tensione di ingresso al regolatore da 3,3 V sul kit di sviluppo ESP32.

Il progetto di riferimento del kit di sviluppo ESP ha un diodo per isolare la tensione USB dalla tensione sul pin Vin del kit di sviluppo. Il diodo assicura che la tensione Vin non tenti di pilotare la tensione USB e che il chip bridge da USB a seriale sul kit di sviluppo ESP32 sia alimentato solo dalla tensione USB. Ciò significa che sei sicuro di collegare una sorgente di tensione superiore a 5V al Vin della scheda breakout e utilizzare la connessione USB allo stesso tempo, senza timore di distruggere nulla. Il regolatore di tensione sul kit di sviluppo ESP32 è della stessa famiglia del regolatore di tensione utilizzato sulla scheda breakout. Ciò significa che possono gestire la stessa gamma di tensioni di ingresso.

Collega il pacco batteria che aziona i motori ai terminali Vin e alimenterà anche ESP32 e tutte le periferiche che hai collegato.

Passaggio 4: sensori sonar HC-SR04

Sono forniti due connettori a quattro pin per il collegamento del popolare sensore sonar HC-SR04. I collettori si trovano sui lati opposti della scheda breakout, vicino alle morsettiere a vite del motore. Le intestazioni sono configurate per la connessione uno a uno con l'HC-SR04.

L'HC-SR04 è un dispositivo 5V. È alimentato da 5V e il suo segnale di uscita (Echo) è a livelli di 5V. L'ESP32 ha un GPIO da 3,3 V e non è tollerante a 5 V. Pertanto è necessario un qualche tipo di convertitore di livello di tensione per portare l'uscita a 5 V dell'HC-SR04 al livello di 3,3 V dell'ESP32. La scheda breakout ha un semplice divisore di tensione per ciascuno dei segnali Echo HC-SR04 per eseguire la conversione del livello. Non è necessaria alcuna conversione di livello per un pin GPIO ESP32 per pilotare il segnale Trig dell'HC-SR04.

L'intestazione a quattro pin per l'HC-SR04 fornisce le connessioni 5V e Gnd per il sensore. Il 5V è fornito dal regolatore 5V sulla breakout board.

Mentre viene fornita un'intestazione a quattro pin per il collegamento all'HC-SRO4, viene fornita un'intestazione a due pin per collegare i segnali Echo e Trig dell'HC-SR04 all'ESP32. In questo modo puoi scegliere quali pin GPIO utilizzare. Utilizzare cavi jumper femmina-femmina per effettuare i collegamenti. T è l'ingresso Trig ed E è il segnale di uscita Echo convertito a livello di tensione.

Dovrebbe essere possibile utilizzare l'intestazione HC-SR04 per collegare un altro sensore da 5 V. Collegare l'uscita del sensore 5V all'ingresso Echo e utilizzare il partitore di tensione per convertirlo in un segnale da 3,3V. Il partitore di tensione gestirà i segnali che hanno transizioni lente. Per le transizioni ad alta velocità dovresti usare un convertitore di livello di tensione attivo. Se si collega un segnale analogico al partitore di tensione e quindi a un ingresso analogico sull'ESP32, è necessario considerare che l'oscillazione di tensione sarà da zero a 3,3 V, non da zero a 5 V quando si calcolano i volt per conteggio.

Ad esempio, è possibile collegare un sensore IR Vishay TSOP34838 ai pin 5V, Gnd ed Echo dell'intestazione HC-SR04 (l'eco è collegato al pin di uscita del sensore). Quindi dovresti essere in grado di ricevere comandi IR da qualsiasi telecomando IR che utilizza una portante a 38 KHz.

Passaggio 5: LED a tre colori

Il LED tricolore è un LED RGB da 5 mm, anodo comune, foro passante. Sono forniti resistori di limitazione della corrente e l'anodo comune è collegato al bus da 3,3 V. Per l'utilizzo del LED viene fornita un'intestazione a tre pin etichettata come RGB. Un segnale di basso livello su uno dei pin RGB illuminerà il LED con quel colore. L'attivazione simultanea di più ingressi RGB comporterà l'accensione di più LED con il mix di colori risultante. È possibile utilizzare i ponticelli da femmina a femmina per collegare i pin dell'intestazione RGB ai pin GPIO di tua scelta. Se colleghi il LED a un pin GPIO che ha funzionalità PWM, puoi variare la luminosità del LED variando il tempo minimo di PWM. Mi piace usare i LED per aiutarmi a eseguire il debug del codice su cui sto lavorando.

Passaggio 6: breakout I2C

La breakout board ha quattro file di pin di intestazione per l'interfaccia I2C. Due delle file sono quattro pin ciascuna e sono 3.3V e Gnd. Le altre due file sono cinque pin ciascuna e sono per SDA e SCL. Il pin extra in ciascuna di queste righe è in modo da poter utilizzare due cavi jumper femmina-femmina per collegare le righe ai pin GPIO di tua scelta. L'ESP32 può avere i segnali SDA e SCL su diversi pin GPIO. È possibile collegare e alimentare fino a quattro dispositivi I2C da 3,3 V senza ricorrere a cavi di collegamento a margherita. Non ci sono resistori di pullup sui segnali SDA e SCL sulla scheda breakout. I resistori di pullup dovrebbero trovarsi sui dispositivi collegati al bus I2C.

Nota: per coloro che non hanno familiarità con I2C, sono necessari resistori di pullup poiché i pin SDA e SCL sono pin open drain, tri-state e bidirezionali. Il valore dei resistori di pullup influisce sulla velocità di risposta e sulla suoneria sul bus.

Passaggio 7: Distinta base

Tutti i resistori sono SMT 1206.

Tutti i condensatori sono SMT, custodia A, EIA 3216.

Tutte le intestazioni e le prese multiple hanno un passo di 0,1 pollici (2,54 mm).

6 - 20 pin maschio intestazioni

6 - connettori maschio a cinque pin

4 - connettori maschio a quattro pin

1 - connettore maschio a tre pin

2 - connettori maschio a due pin

2 - 20 pin femmina prese multiple

1 - Scheda TB6612FNG, viene fornita con due connettori maschio a otto pin

3 - Condensatori al tantalio da 10 uf

1 - Resistenza da 10K

2 - 2,2 K resistori

5 - Resistori da 1K

1 - AMS1117, 5V

1 - 5mm, LED RGB ad anodo comune

Passo 3 - 3 mm, due pin, terminali a vite

Opzionale

3 - connettori maschio a due pin - per ricollegare le tracce Vin, 3.3V e Gnd cut

Passaggio 8: concludere tutto

Questa è una breakout board ESP32 molto versatile con le caratteristiche più comuni richieste da semplici robot integrati nella breakout board.

La breakout board non è limitata ai kit di sviluppo ESP32. È possibile utilizzare qualsiasi scheda microcontrollore con due file di fino a venti pin con spaziatura di un pollice. Una scheda ESP8266 o LPC1768 andrebbe bene. Puoi assemblare la scheda senza la scheda figlia TB6612FNG e usarla per rompere solo il GPIO. La scheda offre molte opzioni su come utilizzarla.

Se hai realizzato alcune di queste schede, non rimuovere il nome "Macedon Engineering" dalle schede. Puoi utilizzare liberamente queste schede per qualsiasi applicazione non commerciale. Se realizzi e usi la tavola, apprezzerei un grido di ciò per cui l'hai usata. Spero che trovi utile la scheda.