Mod 3.3V per sensori a ultrasuoni (preparare HC-SR04 per logica 3.3V su ESP32/ESP8266, Particle Photon, ecc.): 4 passaggi

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

TL;DR: Sul sensore, taglia la traccia al pin Echo, quindi ricollegalo usando un partitore di tensione (Echo trace -> 2.7kΩ -> Echo pin -> 4.7kΩ -> GND). Modifica: C'è stato alcuni dibattiti sul fatto che ESP8266 sia effettivamente tollerante a 5 V sugli ingressi GPIO. Espressif afferma sia che lo sia sia che non lo sia. Personalmente, correrei il rischio solo se avessi ESP8266 "avanti".

Se sei come me, hai imparato a conoscere e ad apprezzare l'HC-SR04 come lo standard di fatto per il rilevamento della distanza a ultrasuoni a basso costo per i progetti Arduino basati su 5V. Ecco perché ne ho parecchi qui in giro.

Ma il mondo dell'elettronica per hobby si è spostato costantemente da 5V a 3,3V. La Raspberry Pie e molte altre schede, come quelle basate su ESP8266, ESP32 o schede come Particle Photon, funzionano con logica a 3,3 V sui loro pin di input/output.

Se colleghiamo il sensore all'alimentazione a 5 V e contemporaneamente ai pin da 3,3 V, anche l'uscita del pin Echo sarà a 5 V e molto probabilmente distruggerà i pin da 3,3 V della nostra scheda del microcontrollore. Potremmo provare a collegare un HC-SR04 così com'è a una potenza di 3,3 V e saremo in grado di ottenere misurazioni, ma sfortunatamente queste saranno spesso molto meno accurate.

La soluzione è quella di collegare ancora il sensore a 5V VCC, ma per fare in modo che il segnale Echo che arriva al microcontrollore abbia solo 3,3V creando un partitore di tensione utilizzando due resistori. Fortunatamente per noi, il pin Trigger dell'HC-SR04 non ha bisogno di 5V e accetta anche i 3,3V che otteniamo dai pin del nostro microcontrollore.

Con la descrizione e i collegamenti sopra, molto probabilmente hai già abbastanza informazioni per creare un partitore di tensione come parte del tuo circuito su una breadboard e collegare correttamente un sensore a ultrasuoni.

Se vuoi imparare come modificare uno o più HC-SR04 in modo che siano pronti per 3,3 V come unità autonome, senza circuiti aggiuntivi, leggi di seguito.

Passaggio 1: cosa ti serve

1. Sensore a ultrasuoni HC-SR04
2. Un resistore da 4,7 kΩ e uno da 2,7 kΩ (o qualsiasi combinazione di resistori nell'intervallo 1-50 kΩ con R1/(R1+R2) = circa 0,66)
3. Attrezzatura per saldatura
4. Coltello X-Acto (o qualsiasi coltello altrettanto affilato e appuntito)
5. Abilità di saldatura accettabili o la volontà di distruggere un HC-SR04 mentre si prova qualcosa di nuovo:)
6. Optional: lente d'ingrandimento, multimetro, oscilloscopio, collisore di particelle, …

Passaggio 2: trova la traccia per il pin dell'eco e tagliala

Guarda attentamente la scheda del sensore (possibilmente usando una lente d'ingrandimento) e trova la traccia che porta al pin Echo.

Nota: il tuo HC-SR04 potrebbe avere un layout del circuito stampato (PCB) diverso da quello mostrato qui! La traccia potrebbe anche trovarsi dall'altra parte (quando una traccia termina in un cerchio rotondo, di solito si tratta di una connessione al lato opposto del PCB).

Opzionale: prendi il tuo multimetro e verifica di aver identificato la traccia corretta testando la continuità tra il pin Echo e il giunto di saldatura in cui la traccia si collega a qualcosa sul PCB. Dovrebbe mostrare zero ohm.

Usando il coltello, tagliare con cura la traccia più volte nello stesso punto. Fare attenzione a non tagliare le tracce vicine. Quindi, raschia via la traccia finché non vedi prima il suo metallo, poi lo vedi scomparire e sei sicuro che non ci sia più alcun collegamento.

Nota: se non si interrompe completamente la traccia, il pin Echo fornirà comunque tutti i 5 volt al pin del microcontrollore.

Facoltativo: con il multimetro, verifica di aver interrotto completamente la stessa traccia testando nuovamente la continuità tra il pin Echo e il giunto di saldatura in cui la traccia si collega a qualcosa sul PCB. Dovrebbe mostrare ohm infiniti (se mostra qualcosa nella gamma dei mega-ohm, va bene anche questo).

Passaggio 3: saldare 2,7 kΩ tra il pin dell'eco e l'estremità della sua traccia

Se non l'hai già fatto, trova dove la traccia del pin Echo (che hai tagliato) conduce direttamente a un altro elemento, come un IC.

Nel mio esempio, è collegato al pin 2 di quel chip nel mezzo del PCB.

Taglia e piega le gambe del resistore da 2,7 kΩ per adattarlo esattamente tra il pin Echo e l'altra connessione.

Quindi saldare il resistore in posizione (pulire le parti da saldare e applicare il flusso probabilmente non farà male).

Passaggio 4: saldare il resistore da 4,7 kΩ tra il pin Echo e il pin GND

Tagliare e piegare le gambe del resistore da 4,7 kΩ per adattarle tra il pin Echo e il pin GND (o i loro punti di saldatura sul PCB) e saldarli lì.

Opzionale: utilizzare un multimetro per controllare la resistenza tra i collegamenti per assicurarsi che non vi siano cortocircuiti.

Estremamente facoltativo: collega il pin trigger all'MCU programmato, non collegare ancora il pin Echo e assicurati che il segnale Echo sia 3,3 V e non 5 V utilizzando il tuo oscilloscopio preferito. Ok, sto scherzando all'85% su quello.:)

Ora dovresti essere in grado di collegare il tuo sensore modificato a qualsiasi microcontrollore da 3,3 V. Hai ancora bisogno di alimentarlo con 5 volt, ma molte schede microcontrollore (che hanno un regolatore di tensione) accettano anche 5 volt, quindi dovrebbe funzionare bene in molti progetti.

Bonus aggiuntivo: questo sensore modificato sarà retrocompatibile con i progetti a 5 V, perché la maggior parte dei microcontrollori a 5 V (come Arduino/ATMEGA) può interpretare i segnali a 3,3 V allo stesso modo dei 5 V.