Oddeľujúca doska mosta ESP32 Dual H Bridge: 8 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Tento projekt je pre dosku ESP32 Breakout, ktorá bola navrhnutá ako mozog vášho ďalšieho robota. Vlastnosti tejto dosky sú;

• Je možné umiestniť akúkoľvek súpravu ESP32 pre vývojárov, ktorá má dva rady až dvadsať kolíkov na stredy jeden palec.
• Miesto na montáž dcérskej dosky radiča jednosmerného motora motora s dvojitým H TB6612FNG.
• Dvojskrutková svorkovnica pre každé pripojenie motora.
• Dvojskrutková svorkovnica a sada piatich kolíkových konektorov pre spoločnosť Vin & Gnd
• Dva rady dvadsiatich oddeľovacích kolíkov GPIO.
• Hlavičky pre dva sonarové snímače HC-SR04 s deličmi napätia na výstupe Echo.
• Záhlavie na pripojenie k trojfarebnej spoločnej anóde LED s obmedzovacími odpormi.
• Integrovaný regulátor napätia 5 V, 1 A s piatimi kolíkovými konektormi pre 5 V a GND.
• Štyri sady záhlaví pre pripojenia I2C s 3,3 V a Gnd pre každé pripojenie.
• Všetky komponenty sú namontované na jednej strane dosky plošných spojov.

Fyzický rozmer dosky je 90 mm x 56 mm, obojstranný. Vďaka tomu sa dobre pohybuje v medziach veľkosti 100 mm x 100 mm pre väčšinu lacných prototypov výrobcov dosiek.

Všetky súbory potrebné na výrobu jednej z týchto dosiek nájdete na github tu.

Doska bola navrhnutá okolo DOIT ESP32 DEVKIT V1, ktorý má dva rady po osemnástich kolíkoch. Ľahko vystrihnuté stopy na zadnej strane dosky vám umožňujú oddeliť vyhradené piny 5 V, Gnd a 3,3 V od príslušných autobusov. Potom môžete piny v týchto lokalitách použiť ako GPIO a pomocou prepojok prepojiť zbernice 5V, Gnd a 3,3V s príslušnými kolíkmi na vývojovej súprave ESP32, ktorú používate.

Na montáž súpravy ESP dev sú k dispozícii dva rady po dvadsiatich otvoroch. Odporúčam vám, aby ste si kúpili ženské zásuvkové lišty a zapájali ich do otvorov. Týmto spôsobom môžete kedykoľvek odstrániť súpravu ESP32 pre vývojárov a nahradiť ju inou. Použitie zásuvkových pásikov tiež poskytuje dostatok priestoru pre diely namontované pod súpravou pre vývojárov. Rád si kúpim štyridsať kolíkových lišt a zásuviek a potom ich rozrežem na veľkosť. To pomáha znižovať náklady. Ženské zásuvkové lišty nemôžete prestrihnúť medzi dvoma zásuvkami, musíte ich „vypáliť“, aby ste ich skrátili. Inými slovami, štyridsaťpólový zásuvkový pásik nemožno rozdeliť na dva dvadsaťpólové pásy. Štyridsaťpólový pásik zásuvky môže byť rozrezaný na dvadsaťpólový pás a devätnásť kolíkový pásik.

Krok 1: Most TB6612FNG Dual H

TB6612FNG je dvojitý mostík H, motorový regulátor, ktorý môže poháňať jeden krokový motor alebo dva jednosmerné hobby motory (nie striedavé motory). Je ideálny pre pohon malých, lacných a prevodovo dostupných motorov. Odlomová doska má miesto na montáž dcérskej dosky s TB6612FNG. Doska TB6612FNG, ktorú som sa rozhodol použiť, je k dispozícii z niekoľkých miest; Sparkfun (p/n ROB-14451, Mouser a Digikey tiež predávajú dosku Sparkfun), Pololu (p/n 713), EBay, Aliexpress a Gearbest. Ceny sa pohybujú od jedného dolára do piatich dolárov.

Každý ovládač jednosmerného motora používa tri piny GPIO. Dva GPIO piny určujú stav motora; vpred, vzad, dobeh a brzda. Tretí pin GPIO je PWM na ovládanie otáčok motora. Siedmy GPIO pin poháňa STBY pin. Riadiace signály pre TB6612FNG sú pevne prepojené s oddeľovacími kolíkmi ESP32 GPIO. Aké piny GPIO sa používajú, je určené chuťou používanej súpravy ESP32 Dev Kit. Pevne zapojené piny boli starostlivo vybrané tak, aby zodpovedali GPIO PWM a výstupným kolíkom na väčšine vývojových súprav ESP32.

Motory sú pripojené pomocou dvoch, dvoch kolíkových skrutkových svorkovníc označených Motor A a Motor B. Jeden na každej strane oddeľovacej dosky. Napájanie motorov je dodávané buď dvojpólovou skrutkovou svorkovnicou, alebo sadou zásuvkových konektorov na jednom konci oddeľovacej dosky s označením Vin. Vin môže byť akékoľvek jednosmerné napätie od 6 V do 12 V. Regulátor napätia 5 V, 1 A prevádza napätie Vin na 5 V na napájanie senzorov Sonar.

DOIT Dev KIT sa dodáva v dvoch veľkostiach, 30 kolíkov (15 na boku) a 36 kolíkov (18 na boku). Nasleduje zoznam pripojení pre obe súpravy pre vývojárov.

30 -kolíková súprava pre vývojárov - 36 -pólová súprava pre vývoj

AIN1 - 25 - 14 - smerové ovládanie motora A

AIN2 - 26 - 12 - smerové ovládanie motora A

PWMA - 27 - 13 - regulátor otáčok motora A

STBY - 33 - 27 - zastaví oba motory

BIN1 - 16 - 15 - smerové ovládanie motora B

BIN2 - 17 - 2 - smerové ovládanie motora B

PWMB - 5 - 4 - ovládanie rýchlosti motora B

Krok 2: GPIO piny

Doska má dve sady dvadsaťpinových záhlaví pre GPIO breakout. Každá sada hlavičiek GPIO obsahuje dvadsať pinov pre 3,3 V a dvadsať pinov pre GND. Kolíky 3,3 V sú umiestnené medzi kolíkmi GPIO a Gnd. Táto konfigurácia znižuje možnosť, že niečo vybuchne, ak je zapojené dozadu. Takmer každá vec, ktorú chcete pripojiť ku kolíku GPIO, vyžaduje pripojenie 3,3 V alebo Gnd alebo oboje. Konfigurácia s tromi radmi znamená, že pre každé pripojenie máte vždy napájací a Gnd pin.

Ak používate inú súpravu ESP32 ako súpravu DOIT Dev, môže mať kolíky Vin, 3,3 V a Gnd na iných miestach, ako je súprava DOIT pre vývojárov. Odlamovacia doska má ľahko vystrihnuté stopy na zadnej strane, ktoré je možné odrezať, aby sa izolovali kolíky Vin, 3,3 V a Gnd od príslušných autobusov. Potom môžete prepojovacími káblami prepojiť piny Vin, 3,3 V a Gnd vašej súpravy ESP32 Dev Kit so správnymi zbernicami. Kolíky 3,3 V je možné pripojiť pomocou štandardných dvoch kolíkových skratovacích zástrčiek. Pre pinové pripojenia Gnd som vytvoril niekoľko prepojok pomocou troch kolíkových puzdier DuPont, dvoch krimpovacích kolíkov a krátkeho drôtu. Po zalisovaní kolíkov samice na každý koniec drôtu som ich vložil do koncových štrbín plášťa troch kolíkov.

Ak chcete niekedy znova prepojiť tranže, ktoré ste prerezali, každý z nich má sadu priechodných otvorov. Buď môžete do otvorov spájkovať prepojovací vodič v tvare U alebo pridať dvojkolíkový konektor a pomocou štandardného dvojkolíkového skratovacieho konektora vytvorte odnímateľný prepojovací kábel.

Slovo opatrnosti. Regulátor 3,3 V na súprave ESP32 dev slúži na zaistenie 3,3 V pre ESP32 a všetky periférne zariadenia, ktoré pripojíte k zbernici 3,3 V. Regulátor má limit 1A. Čím vyššie je napätie Vin a čím väčší prúd odoberáte, tým sa regulátor zahreje. Majte to na pamäti, keď sa pokúšate poháňať silnoprúdové zariadenia, ako sú LED pásy alebo servomotory, s napätím 3,3 V. Niekoľko zariadení I2C, ako sú gyroskopy, akcelerátory a prevodníky ADC, by nemalo byť problémom.

Krok 3: Vin

Vin je vstupné napätie pre motory a 5V regulátor. Vin môže byť akékoľvek napätie od 5V do 12V. Ak pre Vin používate 5 V, výstupné napätie palubného 5 V regulátora nebude 5 V. Je to spôsobené tým, že 5V regulátor musí mať napätie vyššie ako 5 V, aby sa mohol regulovať na 5 V.

Vin sa používa aj ako vstupné napätie do 3,3 V regulátora na súprave ESP32.

Referenčný dizajn súpravy ESP dev má diódu na izoláciu napätia USB od napätia na kolíku Vin súpravy pre vývojárov. Dióda zaisťuje, že napätie Vin sa nepokúša napájať napätie USB a že mostíkový čip USB-Serial na súprave ESP32 dev je napájaný iba napätím USB. To znamená, že môžete bezpečne pripojiť zdroj napätia vyšší ako 5 V k Vin na breakout doske a súčasne používať pripojenie USB, bez strachu, že čokoľvek zničíte. Regulátor napätia na súprave ESP32 pre vývojárov je v rovnakej rodine ako regulátor napätia použitý na oddeľovacej doske. To znamená, že zvládnu rovnaký rozsah vstupných napätí.

Pripojte batériu, ktorá poháňa motory, k terminálom Vin a bude tiež napájať ESP32 a všetky periférie, ktoré ste pripojili.

Krok 4: Sonarové senzory HC-SR04

Dva štyri kolíkové záhlavia slúžia na pripojenie obľúbeného senzora HC-SR04 Sonar. Záhlavia sú umiestnené na opačných stranách oddeľovacej dosky, v blízkosti svoriek skrutiek motora. Záhlavia sú nakonfigurované na individuálne prepojenie s HC-SR04.

HC-SR04 je 5V zariadenie. Je napájaný 5V a jeho výstupný (Echo) signál je na 5V úrovniach. ESP32 má 3,3 V GPIO a nie je odolný voči 5 V. Preto potrebujete nejaký druh prevodníka úrovne napätia, ktorý zníži výstup 5 V HC-SR04 na úroveň 3,3 V ESP32. Oddeľovacia doska má jednoduchý delič napätia pre každý zo signálov ozveny HC-SR04 na vykonanie prevodu úrovne. Na zapojenie signálu Trig HC-SR04 do pinu ESP32 GPIO nie je potrebná žiadna konverzia úrovne.

Štyrkolíkový konektor pre HC-SR04 poskytuje 5V a Gnd pripojenie pre snímač. Napájanie 5V poskytuje 5V regulátor na oddeľovacej doske.

Zatiaľ čo na pripojenie k HC-SRO4 je poskytnutý štvorpólový konektor, na pripojenie signálov ozveny a spustenia HC-SR04 k ESP32 je k dispozícii dvojpólový konektor. Týmto spôsobom si môžete vybrať, ktoré piny GPIO použijete. Na prepojenie použite prepojovacie vodiče žena-žena. T je vstup Trig a E je výstupný signál Echo prepočítaný na úroveň napätia.

Malo by byť možné použiť hlavičku HC-SR04 na pripojenie ďalšieho 5V snímača. Pripojte výstup 5V snímača k vstupu Echo a pomocou rozdeľovača napätia ho preveďte na signál 3,3V. Delič napätia zvládne signály, ktoré majú pomalé prechody. Na vysokorýchlostné prechody by ste mali použiť aktívny menič úrovne napätia. Ak pripojíte analógový signál k deliču napätia a potom k analógovému vstupu na ESP32, mali by ste vziať do úvahy, že kolísanie napätia bude pri výpočte voltov na počet nulové až 3,3V, nie nulové až 5V.

Môžete napríklad pripojiť infračervený snímač Vishay TSOP34838 k kolíkom 5V, Gnd a Echo v záhlaví HC-SR04 (Echo je zapojené do výstupného kolíka snímača). Potom by ste mali byť schopní prijímať IR príkazy z akéhokoľvek IR diaľkového ovládača, ktorý používa 38KHz nosič.

Krok 5: Trojfarebná LED dióda

Trojfarebná LED dióda je 5 mm spoločná anóda s priechodnými dierami, RGB LED. K dispozícii sú odpory obmedzujúce prúd a spoločná anóda je zapojená do zbernice 3,3 V. Na používanie LED diódy je k dispozícii trojpólová hlavička označená ako RGB. Nízkoúrovňový signál na jednom z pinov RGB rozsvieti LED danou farbou. Ovládanie viacerých RGB vstupov súčasne spôsobí rozsvietenie viacerých LED diód s výsledným mixom farieb. Na prepojenie pinov záhlavia RGB s kolíkmi GPIO podľa vlastného výberu môžete použiť prepojky žena-žena. Ak zapojíte diódu LED na kolík GPIO, ktorý má schopnosti PWM, môžete zmeniť jas diódy LED zmenou PWM nízkeho času. Rád používam diódy LED, ktoré mi pomáhajú ladiť kód, na ktorom pracujem.

Krok 6: I2C Breakout

Oddeľovacia doska má štyri rady kolíkov záhlavia pre rozhranie I2C. Dva z riadkov sú každý so štyrmi kolíkmi a majú napätie 3,3 V a GND. Ďalšie dva riadky sú každý s piatimi kolíkmi a sú určené pre SDA a SCL. Extra pin v každom z týchto radov je taký, že môžete použiť dva prepojovacie káble medzi ženami a ženami na pripojenie radov k pinom GPIO podľa vášho výberu. ESP32 môže mať signály SDA a SCL na niekoľkých kolíkoch GPIO. Je možné pripojiť a napájať až štyri zariadenia I2C s napätím 3,3 V bez toho, aby ste sa museli uchyľovať k reťazovým káblom. Na oddeľovacej doske nie sú žiadne pullup rezistory na signáloch SDA a SCL. Vyťahovacie odpory by mali byť na zariadeniach, ktoré pripojíte k zbernici I2C.

Poznámka: Pre tých, ktorí nie sú oboznámení s I2C, sú potrebné pullup rezistory, pretože piny SDA a SCL sú otvorenými drenážnymi, trojstavovými, obojsmernými kolíkmi. Hodnota vyťahovacích odporov ovplyvňuje rýchlosť prehrávania a zvonenie v zbernici.

Krok 7: Kusovník

Všetky odpory sú SMT 1206.

Všetky kondenzátory sú SMT, prípad A, EIA 3216.

Všetky záhlavia a zásuvkové lišty majú rozstup 2,54 mm (0,1 palca).

6 - dvadsať kolíkových hlavičiek

6 - päťpólové hlavičky

4 - štyri kolíkové hlavičky

1 - trojpólová hlavička

2 - dve kolíkové hlavičky

2 - dvadsaťpólové zásuvkové lišty

1 - doska TB6612FNG, dodáva sa s dvoma, osempólovými konektormi typu male

3 - 10uf tantalových kondenzátorov

1 - 10K odpor

2 - 2,2K odpory

5 - 1K odpory

1 - AMS1117, 5V

1 - 5 mm, spoločná anóda RGB LED

Rozstup 3 - 3 mm, dva kolíky, skrutkové svorky

Voliteľné

3 - dve kolíkové zástrčky - na opätovné pripojenie rezaných stôp Vin, 3,3 V a Gnd

Krok 8: Zabaľte to všetko

Jedná sa o veľmi univerzálnu oddeľovaciu dosku ESP32 s najbežnejšími funkciami, ktorú vyžadujú jednoduchí roboti zabudovaní do oddeľovacej dosky.

Oddeľovacia doska sa neobmedzuje iba na súpravy ESP32 pre vývojárov. Je možné použiť akúkoľvek dosku mikrokontroléra, ktorá má dva rady až dvadsať pinov s rozstupom jedného palca. Hodila by sa doska ESP8266 alebo LPC1768. Dosku môžete zostaviť bez dcérskej dosky TB6612FNG a použiť na prelomenie iba GPIO. Doska vám ponúka veľa možností, ako ju používať.

Ak si necháte vyrobiť niektoré z týchto dosiek, neodstraňujte z nich názov „Macedon Engineering“. Tieto dosky môžete voľne používať na akékoľvek nekomerčné použitie. Ak robíte a používate dosku, ocenil by som výkrik, na čo ste ju použili. Dúfam, že vám doska bude užitočná.