ESP32 Dual H Bridge Breakout Board: 8 kroków

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-13 06:58

Ten projekt dotyczy płyty Breakout ESP32, która została zaprojektowana jako mózg twojego następnego robota. Cechy tej płyty to;

• Może pomieścić dowolny zestaw deweloperski ESP32, który ma dwa rzędy do dwudziestu pinów w rozstawie jednego cala.
• Miejsce do zamontowania płyty córki TB6612FNG z podwójnym mostkiem H DC kontrolera silnika.
• Blok z dwoma zaciskami śrubowymi dla każdego przyłącza silnika.
• Blok z dwoma zaciskami śrubowymi i zestaw pięciu pinów nagłówka dla Vin & Gnd
• Dwa rzędy dwudziestu pinów GPIO breakout.
• Złącza na dwa czujniki sonaru HC-SR04, z dzielnikami napięcia na wyjściu Echo.
• Nagłówek do podłączenia do trójkolorowej, wspólnej anody, diody LED z rezystorami ograniczającymi.
• Na płycie 5V, 1A regulator napięcia z pięcioma pinami nagłówka dla 5V i Gnd.
• Cztery zestawy nagłówków dla połączeń I2C z 3,3 V i Gnd dla każdego połączenia.
• Wszystkie komponenty są montowane po jednej stronie płytki drukowanej.

Fizyczny rozmiar planszy to 90mm x 56mm, dwustronnie. To plasuje go w granicach rozmiaru 100 mm x 100 mm dla większości tanich prototypów producentów płyt.

Wszystkie pliki wymagane do stworzenia jednej z tych tablic można znaleźć na githubie tutaj.

Płytka została zaprojektowana wokół DOIT ESP32 DEVKIT V1, który ma dwa rzędy po osiemnaście pinów każdy. Łatwe wycinanie ścieżek z tyłu płytki pozwala na oddzielenie dedykowanych pinów 5V, Gnd i 3,3V od odpowiednich szyn. Następnie możesz użyć pinów w tych lokalizacjach jako GPIO i za pomocą zworek podłączyć magistrale 5V, Gnd i 3,3V do odpowiednich pinów w zestawie deweloperskim ESP32, którego używasz.

Do montażu zestawu deweloperskiego ESP przewidziano dwa rzędy po dwadzieścia otworów. Polecam zakupić żeńskie listwy gniazdowe i wlutować je w otwory. W ten sposób możesz usunąć zestaw deweloperski ESP32 i zastąpić go innym w dowolnym momencie. Ponadto użycie listew zasilających zapewnia duży prześwit dla części montowanych pod zestawem deweloperskim. Lubię kupować czterdzieści pinów i listew gniazdowych, a następnie przycinać je na wymiar. Pomaga to obniżyć koszty. Nie możesz przeciąć żeńskich listew zasilających między dwoma gniazdami, musisz „spalić” gniazdo, aby je odciąć. Innymi słowy, czterdziestopinowej żeńskiej listwy gniazdowej nie można podzielić na dwie dwudziestopinowe listwy. Czterdziesto-pinową żeńską listwę gniazdową można przyciąć na dwudziesto-pinową i dziewiętnasto-pinową.

Krok 1: TB6612FNG podwójny mostek H

TB6612FNG to podwójny mostek H, sterownik silnika, który może napędzać jeden silnik krokowy lub dwa hobbystyczne silniki prądu stałego (nie silniki bezszczotkowe). Jest idealny do napędzania małych, niedrogich motoreduktorów, które są łatwo dostępne. Płytka zaciskowa ma miejsce do zamontowania płytki-córki, która ma TB6612FNG. Płyta TB6612FNG, którą wybrałem, jest dostępna w kilku miejscach; Sparkfun (p/n ROB-14451, Mouser i Digikey sprzedają również płytę Sparkfun), Pololu (p/n 713), EBay, Aliexpress i Gearbest. Ceny wahają się od około jednego dolara do pięciu dolarów.

Każdy sterownik silnika prądu stałego wykorzystuje trzy piny GPIO. Dwa piny GPIO określają stan silnika; do przodu, do tyłu, wybieg i hamulec. Trzeci pin GPIO to PWM do sterowania prędkością silnika. Siódmy pin GPIO steruje pinem STBY. Sygnały sterujące dla TB6612FNG są podłączone na stałe do pinów breakout ESP32 GPIO. To, które piny GPIO są używane, zależy od smaku używanego zestawu deweloperskiego ESP32. Okablowane piny zostały starannie dobrane, aby były zgodne z pinami GPIO PWM i Output w większości zestawów deweloperskich ESP32.

Silniki są połączone za pomocą dwóch dwustykowych bloków zacisków śrubowych, oznaczonych Motor A i Motor B. Po jednym z każdej strony płytki zaciskowej. Zasilanie silników jest dostarczane przez dwupinowy blok zacisków śrubowych lub zestaw męskich złączy na jednym końcu płytki zaciskowej, oznaczony jako Vin. Vin może być dowolnym napięciem stałym od 6V do 12V. Regulator napięcia 5V, 1A przekształca napięcie Vin na 5V w celu zasilania czujników sonaru.

DOIT Dev KIT jest dostępny w dwóch rozmiarach, 30 pinów (15 z boku) i 36 pinów (18 z boku). Poniżej wymieniłem połączenia dla obu zestawów deweloperskich.

30-pinowy zestaw deweloperski - 36-pinowy zestaw deweloperski

AIN1 - 25 - 14 - sterowanie kierunkiem dla silnika A

AIN2 - 26 - 12 - sterowanie kierunkiem dla silnika A

PWMA - 27 - 13 - regulacja prędkości silnika A

STBY - 33 - 27 - zatrzymuje oba silniki

BIN1 - 16 - 15 - sterowanie kierunkiem silnika B

BIN2 - 17 - 2 - sterowanie kierunkiem dla silnika B

PWMB - 5 - 4 - regulacja prędkości silnika B

Krok 2: Piny GPIO

Płytka ma dwa zestawy dwudziestu pinów do wyłamywania GPIO. Każdy zestaw nagłówków GPIO zawiera dwadzieścia pinów dla 3.3V i dwadzieścia pinów dla Gnd. Piny 3.3V znajdują się między pinami GPIO a pinami Gnd. Ta konfiguracja zmniejsza prawdopodobieństwo, że coś wybuchnie, jeśli zostanie podłączone odwrotnie. Prawie każda rzecz, którą chcesz podłączyć do pinu GPIO, wymaga połączenia 3,3 V lub Gnd lub obu. Konfiguracja z trzema rzędami oznacza, że zawsze masz dostęp do zasilania i uziemienia dla każdego połączenia.

Jeśli używasz zestawu deweloperskiego ESP32 innego niż DOIT Dev Kit, może on mieć piny Vin, 3,3 V i Gnd w lokalizacjach innych niż zestaw DOIT Dev Kit. Płytka zaciskowa z łatwością wycina ślady z tyłu, które można wyciąć, aby odizolować piny Vin, 3.3V i Gnd od odpowiednich autobusów. Następnie możesz użyć przewodów połączeniowych, aby podłączyć piny Vin, 3.3V i Gnd zestawu deweloperskiego ESP32 do odpowiednich magistral. Piny 3.3V można podłączyć za pomocą standardowych dwupinowych wtyczek zwierających. W przypadku połączeń z pinem Gnd wykonałem kilka zworek, używając trzypinowych osłon DuPont, dwóch żeńskich pinów zaciskanych i krótkiego kawałka drutu. Po zaciśnięciu żeńskich pinów na każdym końcu drutu, włożyłem je w końcowe szczeliny trzypinowej osłony.

Jeśli kiedykolwiek będziesz chciał ponownie połączyć transy, które wyciąłeś, każdy z nich ma zestaw otworów przelotowych. W otworach można przylutować przewód połączeniowy w kształcie litery U lub dodać dwupinową listwę i użyć standardowej dwupinowej wtyczki zwierającej, aby wykonać zdejmowaną zworkę.

Słowo ostrzeżenia. Regulator 3,3 V w zestawie deweloperskim ESP32 służy do dostarczania 3,3 V dla ESP32 i wszelkich urządzeń peryferyjnych podłączonych do magistrali 3,3 V. Regulator ma limit 1A. Im wyższe napięcie Vin i większy pobór prądu spowoduje nagrzewanie się regulatora. Należy o tym pamiętać, próbując napędzać urządzenia wysokoprądowe, takie jak paski LED lub serwomotory z napięciem 3,3 V. Kilka urządzeń I2C, takich jak żyroskopy, akceleratory i przetworniki ADC nie powinno stanowić problemu.

Krok 3: Vin

Vin to napięcie wejściowe dla silników i regulatora 5V. Vin może mieć dowolne napięcie od 5V do 12V. Jeśli używasz 5V dla Vin, napięcie wyjściowe wbudowanego regulatora 5V nie będzie wynosić 5V. Wynika to z tego, że regulator 5V musi mieć napięcie wyższe niż 5V, aby wyregulować do 5V.

Vin jest również używany jako napięcie wejściowe do regulatora 3.3V w zestawie deweloperskim ESP32.

Projekt referencyjny zestawu deweloperskiego ESP ma diodę izolującą napięcie USB od napięcia na pinie Vin zestawu deweloperskiego. Dioda zapewnia, że napięcie Vin nie próbuje sterować napięciem USB i że układ mostka USB-to-Serial w zestawie deweloperskim ESP32 jest zasilany tylko napięciem USB. Oznacza to, że możesz bezpiecznie podłączyć źródło napięcia wyższe niż 5V do Vin płytki zaciskowej i jednocześnie korzystać z połączenia USB, bez obawy, że cokolwiek zniszczysz. Regulator napięcia w zestawie deweloperskim ESP32 należy do tej samej rodziny, co regulator napięcia używany na płytce zaciskowej. Oznacza to, że mogą obsługiwać ten sam zakres napięć wejściowych.

Podłącz akumulator, który napędza silniki do zacisków Vin, a będzie on również zasilał ESP32 i wszelkie podłączone urządzenia peryferyjne.

Krok 4: Czujniki sonaru HC-SR04

Do podłączenia popularnego czujnika sonaru HC-SR04 przewidziano dwa 4-pinowe złącza. Złącza znajdują się po przeciwnych stronach płytki zaciskowej, w pobliżu bloków zacisków śrubowych silnika. Nagłówki są skonfigurowane do połączenia jeden do jednego z HC-SR04.

HC-SR04 to urządzenie 5V. Zasilany jest napięciem 5V, a jego sygnał wyjściowy (echo) ma poziom 5V. ESP32 ma 3.3V GPIO i nie toleruje 5V. Dlatego potrzebujesz pewnego rodzaju konwertera poziomu napięcia, aby sprowadzić napięcie 5V HC-SR04 do poziomu 3,3V ESP32. Płytka zaciskowa ma prosty dzielnik napięcia dla każdego z sygnałów echa HC-SR04 w celu przeprowadzenia konwersji poziomu. Nie jest wymagana konwersja poziomu dla pinu GPIO ESP32 do sterowania sygnałem Trig HC-SR04.

Czteropinowa listwa dla HC-SR04 zapewnia połączenia 5V i Gnd dla czujnika. Napięcie 5 V jest dostarczane przez regulator 5 V na tablicy zaciskowej.

Podczas gdy do podłączenia HC-SRO4 dostarczono czteropinową listwę, a do podłączenia sygnałów Echo i Trig z HC-SR04 do ESP32 dostarczono dwupinową listwę. W ten sposób możesz wybrać, których pinów GPIO użyć. Do wykonania połączeń należy użyć przewodów połączeniowych żeńskich do żeńskich. T to wejście Trig, a E to przekonwertowany poziom napięcia sygnału wyjściowego Echo.

Powinno być możliwe użycie złącza HC-SR04 do podłączenia innego czujnika 5V. Podłącz wyjście czujnika 5V do wejścia Echo i użyj dzielnika napięcia, aby przekonwertować je na sygnał 3,3V. Dzielnik napięcia obsługuje sygnały o wolnych przejściach. W przypadku szybkich przejść należy użyć aktywnego konwertera poziomów napięcia. Jeśli podłączysz sygnał analogowy do dzielnika napięcia, a następnie do wejścia analogowego w ESP32, powinieneś wziąć pod uwagę, że przy obliczaniu woltów na zliczanie wahania napięcia będą wynosić od zera do 3,3 V, a nie od zera do 5 V.

Na przykład, można podłączyć czujnik podczerwieni Vishay TSOP34838 do pinów 5V, Gnd i Echo złącza HC-SR04 (echo jest podłączone do pinu wyjściowego czujnika). Wtedy powinieneś być w stanie odbierać polecenia IR z dowolnego pilota na podczerwień, który korzysta z nośnej 38 KHz.

Krok 5: Trójkolorowa dioda LED

Trójkolorowa dioda LED to wspólna anoda o średnicy 5 mm, przelotowa, dioda LED RGB. Dostarczone są rezystory ograniczające prąd, a wspólna anoda jest podłączona do magistrali 3,3V. Do korzystania z diody LED służy trójpinowy nagłówek oznaczony jako RGB. Niski poziom sygnału na jednym z pinów RGB zaświeci diodę LED w tym kolorze. Sterowanie wieloma wejściami RGB w tym samym czasie spowoduje zaświecenie wielu diod LED z uzyskaną mieszanką kolorów. Możesz użyć zworek żeńskich do żeńskich, aby połączyć piny nagłówka RGB z wybranymi pinami GPIO. Jeśli podłączysz diodę LED do pinu GPIO, który ma możliwości PWM, możesz zmieniać jasność diody LED, zmieniając niski czas PWM. Lubię używać diod LED, aby pomóc mi debugować kod, nad którym pracuję.

Krok 6: Wybuch I2C

Płytka zaciskowa ma cztery rzędy pinów nagłówka dla interfejsu I2C. Dwa z rzędów mają po cztery styki i mają napięcie 3,3 V i Gnd. Pozostałe dwa rzędy mają po pięć pinów i są przeznaczone dla SDA i SCL. Dodatkowy pin w każdym z tych rzędów umożliwia użycie dwóch kabli połączeniowych żeńsko-żeńskich do połączenia rzędów z wybranymi pinami GPIO. ESP32 może mieć sygnały SDA i SCL na kilku pinach GPIO. Do czterech urządzeń I2C o napięciu 3,3 V można podłączyć i zasilać bez konieczności stosowania kabli szeregowych. Na płytce zaciskowej nie ma rezystorów podciągających na sygnałach SDA i SCL. Rezystory pullup powinny znajdować się na urządzeniach, które podłączasz do magistrali I2C.

Uwaga: Dla tych, którzy nie są zaznajomieni z I2C, wymagane są rezystory podciągające, ponieważ piny SDA i SCL są otwartymi, trójstanowymi, dwukierunkowymi pinami. Wartość rezystorów pullup wpływa na szybkość narastania i dzwonienie na magistrali.

Krok 7: Zestawienie materiałów

Wszystkie rezystory to SMT 1206.

Wszystkie kondensatory to SMT, obudowa A, EIA 3216.

Wszystkie gniazda i listwy gniazd mają raster 0,1 cala (2,54 mm).

6-dwudziestopinowe męskie nagłówki

6-pięciopinowe męskie nagłówki

4-pinowe męskie nagłówki

1-trzy pinowy męski nagłówek

2 - dwupinowe złącza męskie

2 - dwudziestopinowe żeńskie listwy gniazdowe

1 - Płytka TB6612FNG, jest dostarczana z dwoma ośmiopinowymi męskimi nagłówkami

Kondensatory tantalowe 3 - 10 uf

Rezystor 1 - 10K

Rezystory 2 - 2,2K

Rezystory 5 - 1K

1 - AMS1117, 5V

1-5mm, wspólna anoda LED RGB

raster 3 - 3mm, dwupinowe, zaciski śrubowe

Opcjonalny

3 - dwa pinowe złącza męskie - do ponownego połączenia odciętych ścieżek Vin, 3,3V i Gnd

Krok 8: Zawijanie wszystkiego

Jest to bardzo wszechstronna tablica zaciskowa ESP32 z najbardziej typowymi funkcjami wymaganymi przez proste roboty wbudowane w tablicę zaciskową.

Tablica zaciskowa nie ogranicza się do zestawów deweloperskich ESP32. Można użyć dowolnej płytki mikrokontrolera, która ma dwa rzędy do dwudziestu pinów w odstępie jednego cala. Pasowałaby płyta ESP8266 lub LPC1768. Możesz zmontować płytkę bez karty rozszerzenia TB6612FNG i użyć do wyłamania tylko GPIO. Tablica daje Ci wiele opcji, jak z niej korzystać.

Jeśli masz wykonane niektóre z tych płyt, nie usuwaj z nich nazwy „Macedon Engineering”. Możesz swobodnie używać tych tablic do dowolnych zastosowań niekomercyjnych. Jeśli zrobisz i użyjesz tablicy, byłbym wdzięczny za krzyk z powodu tego, do czego jej użyłeś. Mam nadzieję, że tablica okaże się przydatna.