Bảng đột phá cầu kép ESP32 H: 8 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Dự án này dành cho bảng ESP32 Breakout được thiết kế để trở thành bộ não của robot tiếp theo của bạn. Các tính năng của bảng này là;

• Có thể chứa bất kỳ bộ công cụ phát triển ESP32 nào có hai hàng lên đến hai mươi chân trên tâm một inch.
• Nơi để gắn bo mạch con bộ điều khiển động cơ DC cầu kép TB6612FNG.
• Một khối đầu cuối hai vít cho mỗi kết nối động cơ.
• Một khối đầu cuối hai vít và một bộ năm chân tiêu đề cho Vin & Gnd
• Hai hàng 20 chân đột phá GPIO.
• Đầu cắm cho hai cảm biến Sonar HC-SR04, với bộ chia điện áp trên đầu ra Echo.
• Một đầu cắm để kết nối với một cực dương chung, ba màu, đèn LED có điện trở hạn chế.
• Trên bo mạch điều chỉnh điện áp 5V, 1A với năm chân tiêu đề cho 5V & Gnd.
• Bốn bộ tiêu đề cho các kết nối I2C với 3.3V & Gnd cho mỗi kết nối.
• Tất cả các thành phần gắn trên một mặt của bảng mạch.

Kích thước vật lý của bảng là 90mm x 56mm, hai mặt. Điều này đặt nó trong giới hạn kích thước 100mm x 100mm đối với hầu hết các nhà sản xuất bảng nguyên mẫu chi phí thấp.

Bạn có thể tìm thấy tất cả các tệp cần thiết để tạo một trong những bảng này trên github tại đây.

Bo mạch được thiết kế xung quanh DOIT ESP32 DEVKIT V1 có hai hàng mười tám chân mỗi hàng. Dễ dàng cắt các dấu vết ở mặt sau của bo mạch cho phép bạn tách các chân 5V, Gnd và 3.3V chuyên dụng khỏi các bus tương ứng của chúng. Sau đó, bạn có thể sử dụng các chân ở những vị trí này làm GPIO và sử dụng jumper, kết nối các bus 5V, Gnd và 3.3V với các chân thích hợp trên bộ ESP32 dev mà bạn đang sử dụng.

Hai hàng gồm hai mươi lỗ được cung cấp để gắn bộ ESP dev. Tôi khuyên bạn nên mua các dải ổ cắm nữ và hàn chúng vào các lỗ. Bằng cách này, bạn có thể gỡ bỏ bộ phát triển ESP32 và thay thế bằng bộ khác bất kỳ lúc nào. Ngoài ra, việc sử dụng các dải ổ cắm cung cấp nhiều khoảng trống cho các bộ phận được gắn dưới bộ công cụ phát triển. Tôi thích mua bốn mươi dải tiêu đề và ổ cắm pin và sau đó cắt chúng xuống theo kích thước. Điều này giúp giảm chi phí. Bạn không thể cắt các dải ổ cắm cái giữa hai ổ cắm, bạn phải 'đốt' một ổ cắm để cắt chúng. Nói cách khác, một dải ổ cắm cái bốn mươi chân không thể được cắt thành hai dải hai mươi chân. Một dải ổ cắm nữ bốn mươi chân có thể được cắt thành dải hai mươi chân và dải mười chín chân.

Bước 1: Cầu TB6612FNG Dual H

TB6612FNG là cầu H kép, bộ điều khiển động cơ có thể điều khiển một động cơ bước hoặc hai động cơ DC sở thích (không phải động cơ không chổi than). Nó lý tưởng để điều khiển các động cơ giảm tốc nhỏ, rẻ tiền, sẵn có. Bảng đột phá có chỗ để gắn bảng con có TB6612FNG. Bo mạch TB6612FNG mà tôi chọn sử dụng có sẵn từ một số nơi; Sparkfun (p / n ROB-14451, Mouser và Digikey cũng bán bảng Sparkfun), Pololu (p / n 713), EBay, Aliexpress và Gearbest. Giá cả khác nhau từ khoảng một đô la đến năm đô la.

Mỗi trình điều khiển động cơ DC sử dụng ba chân GPIO. Hai chân GPIO xác định trạng thái động cơ; chuyển tiếp, đảo ngược, bờ biển và phanh. Chân GPIO thứ ba là PWM để điều khiển tốc độ động cơ. Chân GPIO thứ bảy điều khiển chân STBY. Các tín hiệu điều khiển cho TB6612FNG được nối dây cứng đến các chân đột phá GPIO của ESP32. Chân GPIO nào được sử dụng được xác định bởi hương vị của Bộ công cụ phát triển ESP32 mà bạn sử dụng. Các chân có dây cứng đã được lựa chọn cẩn thận để chúng phù hợp với GPIO PWM và các chân Đầu ra trên hầu hết các Bộ dụng cụ nhà phát triển ESP32.

Các động cơ được kết nối bằng cách sử dụng hai, hai khối đầu cuối vít chốt có nhãn Động cơ A và Động cơ B. Một ở mỗi bên của bảng ngắt. Nguồn điện cho động cơ được cung cấp bởi một khối đầu cuối vít hai chốt hoặc một bộ đầu nối đực trên một đầu của bảng ngắt điện, có nhãn Vin. Vin có thể là bất kỳ điện áp DC nào từ 6V đến 12V. Bộ điều chỉnh điện áp 5V, 1A chuyển đổi điện áp Vin thành 5V để cấp nguồn cho các cảm biến Sonar.

DOIT Dev KIT có hai kích cỡ, 30 chân (15 chân trên một mặt) và 36 chân (18 chân trên một mặt). Tôi đã liệt kê các kết nối cho cả hai bộ dụng cụ nhà phát triển bên dưới.

Bộ dev 30 pin - 36 pin dev kit

AIN1 - 25 - 14 - điều khiển hướng cho động cơ A

AIN2 - 26 - 12 - điều khiển hướng cho động cơ A

PWMA - 27 - 13 - điều khiển tốc độ cho động cơ A

STBY - 33 - 27 - dừng cả hai động cơ

BIN1 - 16 - 15 - điều khiển hướng cho động cơ B

BIN2 - 17 - 2 - điều khiển hướng cho động cơ B

PWMB - 5 - 4 - điều khiển tốc độ cho động cơ B

Bước 2: Ghim GPIO

Bảng có hai bộ 20 tiêu đề pin cho GPIO breakout. Mỗi bộ tiêu đề GPIO bao gồm 20 chân cho 3.3V và 20 chân cho Gnd. Các chân 3.3V nằm giữa các chân GPIO và các chân Gnd. Cấu hình này giúp giảm khả năng có thứ gì đó nổ tung nếu nó được cắm ngược. Hầu hết mọi thứ bạn muốn kết nối với chân GPIO đều yêu cầu kết nối 3.3V hoặc Gnd hoặc cả hai. Cấu hình hàng ba có nghĩa là bạn luôn có nguồn và chân Gnd cho mọi kết nối.

Nếu bạn sử dụng bộ công cụ dành cho nhà phát triển ESP32 khác với bộ công cụ DOIT Dev thì nó có thể có các chân Vin, 3,3V và Gnd ở các vị trí khác với bộ công cụ DOIT Dev. Bảng đột phá có các dấu vết dễ dàng cắt ở mặt sau có thể được cắt để cách ly các chân Vin, 3.3V và Gnd khỏi các xe buýt tương ứng. Sau đó, bạn có thể sử dụng dây nhảy để kết nối các chân Vin, 3.3V và Gnd của Bộ công cụ phát triển ESP32 của bạn với các xe buýt thích hợp. Các chân 3.3V có thể được kết nối bằng cách sử dụng phích cắm rút ngắn hai chân tiêu chuẩn. Đối với kết nối chân Gnd, tôi đã tạo một vài jumper bằng cách sử dụng ba vỏ pin DuPont, hai chân uốn cái và một đoạn dây ngắn. Sau khi uốn các ghim cái vào mỗi đầu dây, tôi luồn chúng vào các khe cuối của vỏ ba ghim.

Nếu bạn muốn nối lại các đường rãnh mà bạn đã cắt, mỗi đường có một bộ lỗ xuyên qua. Bạn có thể hàn dây jumper hình chữ U vào các lỗ hoặc thêm đầu cắm hai chân và sử dụng phích cắm rút ngắn hai pin tiêu chuẩn để tạo một dây nhảy có thể tháo rời.

Một lời cảnh báo. Bộ điều chỉnh 3.3V trên bộ phát triển ESP32 được sử dụng để cung cấp 3.3V cho ESP32 và bất kỳ thiết bị ngoại vi nào mà bạn gắn vào bus 3.3V. Bộ điều chỉnh có giới hạn 1A. Điện áp Vin càng cao và dòng điện bạn rút ra càng nhiều sẽ khiến điều hòa nóng lên. Hãy ghi nhớ điều này khi cố gắng điều khiển các thiết bị có dòng điện cao như dải LED hoặc động cơ servo có 3.3V. Một vài thiết bị I2C như con quay hồi chuyển, máy gia tốc và bộ chuyển đổi ADC sẽ không thành vấn đề.

Bước 3: Vin

Vin là điện áp đầu vào cho động cơ và bộ điều chỉnh 5V. Vin có thể là bất kỳ điện áp nào từ 5V đến 12V. Nếu bạn đang sử dụng 5V cho Vin, điện áp đầu ra của bộ điều chỉnh 5V trên bo mạch sẽ không phải là 5V. Điều này là do bộ điều chỉnh 5V phải có điện áp cao hơn 5V để điều chỉnh thành 5V.

Vin cũng được sử dụng làm điện áp đầu vào cho bộ điều chỉnh 3.3V trên bộ phát triển ESP32.

Thiết kế tham chiếu của bộ dev dev ESP có một diode để cách ly điện áp USB khỏi điện áp trên chân Vin của dev kit. Diode đảm bảo rằng điện áp Vin không cố gắng điều khiển điện áp USB và chip cầu nối USB-to-Serial trên bộ thiết bị phát triển ESP32 chỉ được cấp nguồn bằng điện áp USB. Điều này có nghĩa là bạn có thể an toàn khi kết nối nguồn điện áp cao hơn 5V với Vin của board breakout và sử dụng kết nối USB cùng lúc mà không sợ bị phá hủy bất cứ thứ gì. Bộ điều chỉnh điện áp trên bộ công cụ ESP32 thuộc cùng họ với bộ điều chỉnh điện áp được sử dụng trên bảng ngắt. Điều này có nghĩa là chúng có thể xử lý cùng một dải điện áp đầu vào.

Kết nối bộ pin điều khiển động cơ với các thiết bị đầu cuối Vin và nó cũng sẽ cung cấp năng lượng cho ESP32 và bất kỳ thiết bị ngoại vi nào mà bạn đã kết nối.

Bước 4: Cảm biến sonar HC-SR04

Hai đầu cắm bốn chân được cung cấp để kết nối với cảm biến Sonar HC-SR04 phổ biến. Các tiêu đề nằm ở các mặt đối diện của bảng ngắt, gần các khối đầu cuối vít động cơ. Các tiêu đề được thiết lập cho kết nối 1-1 với HC-SR04.

HC-SR04 là thiết bị 5V. Nó được cung cấp bởi 5V và tín hiệu đầu ra (Echo) của nó ở mức 5V. ESP32 có GPIO 3.3V và không dung nạp 5V. Do đó, bạn cần một số loại bộ chuyển đổi mức điện áp để đưa đầu ra 5V của HC-SR04 xuống mức 3,3V của ESP32. Bo mạch phá vỡ có một bộ chia điện áp đơn giản cho mỗi tín hiệu Echo HC-SR04 để thực hiện chuyển đổi mức. Không cần chuyển đổi mức cho chân GPIO của ESP32 để điều khiển tín hiệu Trig của HC-SR04.

Đầu cắm bốn chân cho HC-SR04 cung cấp kết nối 5V và Gnd cho cảm biến. 5V được cung cấp bởi bộ điều chỉnh 5V trên bảng đột phá.

Trong khi một tiêu đề bốn chân được cung cấp để kết nối với HC-SRO4, một tiêu đề hai chân được cung cấp để kết nối tín hiệu Echo và Trig của HC-SR04 với ESP32. Bằng cách này, bạn có thể chọn chân GPIO sẽ sử dụng. Sử dụng dây nhảy từ nữ sang nữ để kết nối. T là đầu vào Trig và E là mức điện áp chuyển đổi tín hiệu đầu ra Echo.

Có thể sử dụng tiêu đề HC-SR04 để kết nối một số cảm biến 5V khác. Kết nối đầu ra của cảm biến 5V với đầu vào Echo và sử dụng bộ chia điện áp để chuyển nó thành tín hiệu 3.3V. Bộ phân áp sẽ xử lý các tín hiệu có quá trình chuyển đổi chậm. Đối với quá trình chuyển đổi tốc độ cao, bạn nên sử dụng bộ chuyển đổi mức điện áp hoạt động. Nếu bạn kết nối tín hiệu tương tự với bộ chia điện áp và sau đó với đầu vào tương tự trên ESP32, bạn nên lưu ý rằng dao động điện áp sẽ từ 0 đến 3,3V, không phải từ 0 đến 5V khi tính toán vôn trên mỗi lần đếm.

Ví dụ: bạn có thể đấu dây cảm biến Vishay TSOP34838 IR vào chân 5V, Gnd và Echo của tiêu đề HC-SR04 (Echo được nối với chân đầu ra của cảm biến). Sau đó, bạn sẽ có thể nhận lệnh IR từ bất kỳ điều khiển từ xa IR nào sử dụng sóng mang 38KHz.

Bước 5: Đèn LED ba màu

Đèn LED ba màu là một cực dương chung 5mm, xuyên qua lỗ, LED RGB. Các điện trở hạn chế hiện tại được cung cấp và cực dương chung được nối với bus 3.3V. Một đầu cắm ba chân có nhãn là RGB được cung cấp để sử dụng đèn LED. Tín hiệu mức thấp trên một trong các chân RGB sẽ làm sáng đèn LED với màu đó. Việc điều khiển nhiều đầu vào RGB cùng lúc sẽ dẫn đến nhiều đèn LED sáng lên với sự kết hợp màu sắc. Bạn có thể sử dụng jumper từ nữ sang nữ để kết nối các chân cắm tiêu đề RGB với các chân GPIO mà bạn chọn. Nếu bạn nối đèn LED vào chân GPIO có khả năng PWM thì bạn có thể thay đổi độ sáng của đèn LED bằng cách thay đổi thời gian thấp của PWM. Tôi thích sử dụng đèn LED để giúp tôi gỡ lỗi mã mà tôi đang làm việc.

Bước 6: Đột phá I2C

Bảng đột phá có bốn hàng chân cắm tiêu đề cho giao diện I2C. Hai trong số các hàng có bốn chân, mỗi chân là 3,3V và Gnd. Hai hàng còn lại là năm chân, mỗi hàng dành cho SDA và SCL. Chốt phụ trong mỗi hàng này để bạn có thể sử dụng hai cáp jumper từ nữ sang nữ để kết nối các hàng với chân GPIO mà bạn chọn. ESP32 có thể có tín hiệu SDA và SCL trên một số chân GPIO. Có thể kết nối và cấp nguồn lên đến bốn thiết bị I2C 3.3V mà không cần dùng đến cáp nối chuỗi. Không có điện trở kéo lên trên tín hiệu SDA và SCL trên bảng đột phá. Các điện trở kéo lên phải nằm trên các thiết bị mà bạn gắn vào bus I2C.

Lưu ý: Đối với những người không quen với I2C, cần có điện trở pullup do các chân SDA và SCL là chân thoát, chân ba trạng thái, hai chiều. Giá trị của điện trở pullup ảnh hưởng đến tốc độ quay và đổ chuông trên bus.

Bước 7: Hóa đơn nguyên vật liệu

Tất cả các điện trở là SMT 1206.

Tất cả các tụ điện là SMT, trường hợp A, EIA 3216.

Tất cả các tiêu đề và dải ổ cắm đều có độ cao 0,1 inch (2,54mm).

6 - 20 tiêu đề nam ghim

6 - tiêu đề nam năm pin

4 - tiêu đề nam bốn pin

1 - tiêu đề nam ba pin

2 - hai đầu ghim đực

Dải ổ cắm 2 - 20 chân cái

1 - Bảng TB6612FNG, đi kèm với hai, tám đầu cắm nam pin

Tụ điện Tantali 3 - 10uf

Điện trở 1 - 10K

Điện trở 2 - 2,2K

Điện trở 5 - 1K

1 - AMS1117, 5V

1 - 5mm, đèn LED RGB cực dương chung

Bước 3 - 3mm, hai đầu nối pin, vít

Không bắt buộc

3 - đầu cắm nam hai pin - để kết nối lại các vết cắt Vin, 3.3V và Gnd

Bước 8: Kết thúc tất cả

Đây là một bảng đột phá ESP32 rất linh hoạt với các tính năng phổ biến nhất được yêu cầu bởi các rô bốt đơn giản được tích hợp sẵn trong bảng đột phá.

Bảng đột phá không giới hạn ở bộ dụng cụ nhà phát triển ESP32. Có thể sử dụng bất kỳ bảng vi điều khiển nào có hàng kép lên đến hai mươi chân trên khoảng cách một inch. ESP8266 hoặc bo mạch LPC1768 sẽ phù hợp. Bạn có thể lắp ráp bảng mà không cần bảng con TB6612FNG và chỉ sử dụng để đột phá GPIO. Bảng cung cấp cho bạn rất nhiều lựa chọn về cách sử dụng nó.

Nếu bạn đã tạo một số bảng này, đừng xóa tên 'Kỹ thuật Macedon' khỏi bảng. Bạn có thể tự do sử dụng các bảng này cho bất kỳ ứng dụng phi thương mại nào. Nếu bạn thực hiện và sử dụng bảng, tôi sẽ đánh giá cao những gì bạn đã sử dụng nó. Tôi hy vọng rằng bạn thấy bảng hữu ích.