ESP32 Dual H Bridge Breakout Board: 8 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Detta projekt är avsett för ett ESP32 Breakout -kort som var utformat för att vara hjärnan för din nästa robot. Funktionerna i denna tavla är;

• Kan rymma alla ESP32 dev -kit som har två rader med upp till tjugo stift på centimeter på en tum.
• En plats att montera ett TB6612FNG dual H bridge DC motor controller dotterkort.
• Ett plint med två skruvar för varje motoranslutning.
• Ett plint med två skruvar och en uppsättning med fem huvudstift för Vin & Gnd
• Två rader med tjugo GPIO breakout pins.
• Rubriker för två HC-SR04 ekolodsgivare, med spänningsdelare på Echo-utgången.
• En rubrik för anslutning till en trefärgad, vanlig anod, LED med begränsningsmotstånd.
• Ombord 5V, 1A spänningsregulator med fem huvudstift för 5V & Gnd.
• Fyra uppsättningar rubriker för I2C -anslutningar med 3.3V & Gnd för varje anslutning.
• Alla komponenter monteras på ena sidan av kretskortet.

Den fysiska storleken på brädet är 90 mm x 56 mm, dubbelsidig. Detta sätter den väl inom storleksgränserna på 100 mm x 100 mm för de flesta korttillverkare med låg kostnadsprototyper.

Alla filer som krävs för att göra en av dessa kort finns på github här.

Brädet designades runt DOIT ESP32 DEVKIT V1 som har två rader med arton stift vardera. Enkelt klippa spår på baksidan av brädet gör att du kan skilja de dedikerade 5V, Gnd och 3.3V stiften från sina respektive bussar. Sedan kan du använda stiften på dessa platser som GPIO och använda hoppare, ansluta 5V, Gnd och 3.3V bussarna till lämpliga stift på ESP32 dev kit som du använder.

Två rader med tjugo hål finns för montering av ESP dev kit. Jag rekommenderar att du köper hylsor för hona och lödder dem i hålen. På så sätt kan du ta bort ESP32 dev -satsen och ersätta den med en annan när som helst. Genom att använda hylsorna får du också gott om utrymme för de delar som är monterade under utrustningssatsen. Jag gillar att köpa fyrtio stifthuvud och hylsor och sedan klippa ner dem i storlek. Detta bidrar till att minska kostnaderna. Du kan inte klippa honkontaktremsorna mellan två uttag, du måste 'bränna' ett uttag för att klippa ner dem. Med andra ord kan en fyrtio -stifts honkontaktremsa inte skäras i två tjugotappar. En fyrtiostifts hylsa kan skäras i en tjugo stift remsa och en nitton stift remsa.

Steg 1: TB6612FNG Dual H -bro

TB6612FNG är en dubbel H -bryggmotorstyrenhet som kan driva en stegmotor eller två DC -hobbymotorer (inte borstlösa motorer). Den är idealisk för att köra små, billiga, växelmotorer som är lätt tillgängliga. Utbrottskortet har en plats att montera ett dotterkort som har TB6612FNG. TB6612FNG -kortet som jag valde att använda är tillgängligt från flera ställen; Sparkfun (p/n ROB-14451, Mouser och Digikey säljer också Sparkfun-kortet), Pololu (p/n 713), EBay, Aliexpress och Gearbest. Priserna varierar från ungefär en dollar till fem dollar.

Varje likströmsmotordrivrutin använder tre GPIO -stift. Två GPIO -stift bestämmer motortillståndet; framåt, bakåt, köra och bromsa. Den tredje GPIO -stiftet är PWM för att styra motorhastigheten. En sjunde GPIO -pin driver STBY -stiftet. Styrsignalerna för TB6612FNG är fastkopplade till ESP32 GPIO-brytstift. Vilka GPIO -stift som används bestäms av smaken av ESP32 Dev Kit som du använder. De trådbundna stiften valdes noggrant så att de skulle anpassas till GPIO PWM och Output-stiften på de flesta ESP32 Dev-kit.

Motorerna är anslutna med två, tvåpoliga skruvplintar märkta Motor A och Motor B. En på varje sida av brytkortet. Kraften till motorerna förs in antingen med en tvåpolig skruvplint eller en uppsättning hanrubriker i ena änden av brytkortet, märkt Vin. Vin kan vara vilken likspänning som helst från 6V till 12V. En 5V, 1A spänningsregulator omvandlar Vin -spänningen till 5V för att driva ekolodsgivarna.

DOIT Dev KIT finns i två storlekar, 30 stift (15 på en sida) och 36 stift (18 på en sida). Jag har listat anslutningarna för båda dev -kit nedan.

30 -stifts dev -kit - 36 -pins -dev -kit

AIN1 - 25 - 14 - riktningsreglering för motor A

AIN2 - 26 - 12 - riktningsreglering för motor A

PWMA - 27 - 13 - varvtalsreglering för motor A

STBY - 33 - 27 - stoppar båda motorerna

BIN1 - 16 - 15 - riktningsreglering för motor B

BIN2 - 17 - 2 - riktningsreglering för motor B

PWMB - 5 - 4 - varvtalsreglering för motor B

Steg 2: GPIO -stift

Kortet har två uppsättningar med tjugo stifthuvuden för GPIO -utbrott. Varje uppsättning GPIO -rubriker innehåller tjugo stift för 3,3V och tjugo stift för Gnd. 3.3V -stiften är placerade mellan GPIO -stiften och Gnd -stiften. Denna konfiguration minskar möjligheten att något blåser upp om det ansluts bakåt. Nästan varje sak som du vill ansluta till en GPIO -pin kräver antingen en 3.3V- eller Gnd -anslutning eller båda. Den tredubbla radkonfigurationen innebär att du alltid har en ström och Gnd -stift för varje anslutning.

Om du använder ett annat ESP32 dev kit än DOIT Dev Kit kan det ha Vin, 3.3V och Gnd pins på andra platser än DOIT Dev Kit. Breakout -brädan har enkelt kapat spår på baksidan som kan skäras för att isolera Vin-, 3.3V- och Gnd -stiften från respektive bussar. Du kan sedan använda bygelkablar för att ansluta Vin, 3.3V och Gnd -stiften på ditt ESP32 Dev Kit till rätt bussar. 3.3V -stiften kan anslutas med vanliga tvåstifts kortpluggar. För Gnd -stiftanslutningar hittade jag några hoppare med hjälp av tre stift DuPont -skal, två hona -krimpstift och en kort tråd. Efter att ha pressat honstiften i varje ände av tråden satte jag in dem i ändspåren på det trepinnade skalet.

Om du någonsin vill återansluta de transer som du skär, har alla en uppsättning genomgående hål. Du kan antingen lödda en U -formad bygelkabel i hålen eller lägga till en tvåstiftshuvud och använda en standard tvåstifts kortplugg för att göra en avtagbar bygel.

Ett ord av försiktighet. 3.3V -regulatorn på ESP32 dev -kit används för att tillhandahålla 3.3V för ESP32 och alla kringutrustning som du ansluter till 3.3V -bussen. Regulatorn har en gräns på 1A. Ju högre Vin -spänning och mer ström du drar kommer att få regulatorn att värmas upp. Tänk på detta när du försöker driva högströmsenheter som LED -remsor eller servomotorer med 3,3V. Några I2C -enheter som gyros, acceleratorer och ADC -omvandlare bör inte vara ett problem.

Steg 3: Vin

Vin är ingångsspänningen för motorerna och 5V -regulatorn. Vin kan vara vilken spänning som helst från 5V till 12V. Om du använder 5V för Vin är utspänningen för 5V -regulatorn ombord inte 5V. Detta beror på att 5V -regulatorn måste ha en spänning högre än 5V för att reglera till 5V.

Vin används också som ingångsspänning till 3.3V regulatorn på ESP32 dev kit.

ESP dev kit -referensdesignen har en diod för att isolera USB -spänningen från spänningen på Vin -stiftet på dev -kit. Dioden ser till att Vin-spänningen inte försöker driva USB-spänningen och att USB-till-seriellt bryggchip på ESP32 dev-kit bara drivs av USB-spänningen. Detta innebär att du är säker att ansluta en spänningskälla högre än 5V till Vin på brytkortet och använda USB -anslutningen samtidigt, utan rädsla för att förstöra någonting. Spänningsregulatorn på ESP32 dev kit är i samma familj som spänningsregulatorn som används på breakout -kortet. Det betyder att de kan hantera samma intervall av ingångsspänningar.

Anslut batteripaketet som driver motorerna till Vin -terminalerna och det kommer också att driva ESP32 och alla kringutrustning som du har anslutit.

Steg 4: HC-SR04 ekolodsgivare

Två fyrstiftshuvuden finns för anslutning av den populära HC-SR04 ekolodsgivaren. Sidhuvudena är placerade på motsatta sidor av utbrottskortet, nära motorns skruvplintar. Rubrikerna är inställda för en-till-en-anslutning med HC-SR04.

HC-SR04 är en 5V-enhet. Den drivs av 5V och dess utsignal (Echo) är på 5V -nivåer. ESP32 har 3,3V GPIO och är inte 5V tolerant. Därför behöver du någon form av spänningsnivåomvandlare för att få 5V-utgången från HC-SR04 ner till 3,3V-nivån på ESP32. Breakout-kortet har en enkel spänningsdelare för var och en av HC-SR04 Echo-signalerna för att utföra nivåomvandlingen. Ingen nivåkonvertering krävs för en ESP32 GPIO-pin för att driva triggsignalen för HC-SR04.

Fyrstiftshuvudet för HC-SR04 ger 5V- och Gnd-anslutningarna för sensorn. 5V tillhandahålls av 5V -regulatorn på brytbordet.

Medan det finns en fyra-stifts rubrik för anslutning till HC-SRO4, tillhandahålls en två-stifts rubrik för att ansluta Echo- och Trig-signalerna från HC-SR04 till ESP32. På så sätt kan du välja vilka GPIO -stift som ska användas. Använd hona-till-hona-bygelkablar för att göra anslutningarna. T är Trig -ingången och E är den spänningsnivåomvandlade Echo -utsignalen.

Det bör vara möjligt att använda HC-SR04-rubriken för att ansluta någon annan 5V-sensor. Anslut utgången från 5V -sensorn till Echo -ingången och använd spänningsdelaren för att omvandla den till en 3.3V -signal. Spänningsdelaren hanterar signaler som har långsamma övergångar. För höghastighetsövergångar bör du använda en aktiv spänningsnivåomvandlare. Om du ansluter en analog signal till spänningsdelaren och sedan till en analog ingång på ESP32, bör du ta hänsyn till att spänningssvängningen kommer att vara noll till 3,3V, inte noll till 5V vid beräkning av volt-per-count.

Till exempel kan du koppla en Vishay TSOP34838 IR-sensor till 5V-, Gnd- och Echo-stiften på HC-SR04-rubriken (Echo är anslutet till sensorns utgångsstift). Då borde du kunna ta emot IR -kommandon från valfri IR -fjärrkontroll som använder en 38 KHz bärare.

Steg 5: Tri-Color LED

Trefärgad LED är en 5 mm, vanlig anod, genomgående hål, RGB LED. Strömbegränsande motstånd tillhandahålls och den gemensamma anoden är ansluten till 3.3V -bussen. En tre -stifts rubrik märkt som RGB tillhandahålls för användning av lysdioden. En lågnivåsignal på en av RGB -stiften tänder lysdioden med den färgen. Att köra flera RGB -ingångar samtidigt resulterar i att flera lysdioder lyser med den resulterande färgmixen. Du kan använda kvinnliga till kvinnliga hoppare för att ansluta RGB-huvudstiften till de valda GPIO-stiften. Om du kopplar lysdioden till en GPIO -stift som har PWM -funktioner kan du variera ljusstyrkan på lysdioden genom att variera PWM -lågtiden. Jag gillar att använda lysdioderna för att hjälpa mig att felsöka koden jag arbetar med.

Steg 6: I2C Breakout

Utbrottskortet har fyra rader med rubrikstift för I2C -gränssnittet. Två av raderna är fyra stift var och är 3.3V och Gnd. De andra två raderna är fem stift vardera och är för SDA och SCL. Den extra stiftet i var och en av dessa rader är så att du kan använda två hona-till-hona-bygelkablar för att ansluta raderna till GPIO-stiften du väljer. ESP32 kan ha SDA- och SCL -signaler på flera av GPIO -stiften. Upp till fyra 3,3V, I2C -enheter kan anslutas och drivas utan att använda kedjekablar. Det finns inga pullup -motstånd på SDA- och SCL -signaler på brytkortet. Pullup -motstånden ska finnas på de enheter som du ansluter till I2C -bussen.

Obs! För dem som inte är bekanta med I2C krävs pullup-motstånd på grund av att SDA- och SCL-stiften är öppna dränering, tri-state, dubbelriktade stift. Värdet på pullup -motstånden påverkar svänghastigheten och ringen på bussen.

Steg 7: Materialförteckning

Alla motstånd är SMT 1206.

Alla kondensatorer är SMT, fodral A, EIA 3216.

Alla sidhuvuden och hylsor har en delning på 0,1 tum (2,54 mm).

6 - tjugo stift manliga rubriker

6 - femstifts hanrubriker

4 - fyra -stifts hanrubrik

1 - tre -stifts hanrubrik

2 - tvåstifts hanrubriker

2 - tjugo stifts hylsor

1 - TB6612FNG -kort, levereras med två, åtta stifts hanrubriker

3 - 10uf Tantal kondensatorer

1 - 10K motstånd

2 - 2.2K motstånd

5 - 1K motstånd

1 - AMS1117, 5V

1 - 5 mm, vanlig anod RGB LED

3 - 3 mm delning, två stift, skruvplintar

Frivillig

3 - tvåstifts hanhuvud - för återanslutning av snitt Vin, 3.3V och Gnd -spår

Steg 8: Slå in allt

Detta är en mycket mångsidig ESP32 breakout board med de vanligaste funktionerna som krävs av enkla robotar inbyggda i breakout board.

Breakout -kortet är inte begränsat till ESP32 dev -kit. Vilken mikrokontrollerkort som helst som har dubbla rader med upp till tjugo stift på ett tumavstånd kan användas. En ESP8266 eller en LPC1768 -skiva skulle passa. Du kan montera kortet utan TB6612FNG -dotterkortet och använda för att bryta bara GPIO. Styrelsen ger dig många alternativ för hur du använder den.

Om du har några av dessa brädor, ta inte bort namnet 'Macedon Engineering' från korten. Du kan fritt använda dessa kort för alla icke-kommersiella applikationer. Om du gör och använder tavlan skulle jag uppskatta ett skrik av vad du använde det till. Jag hoppas att du tycker att tavlan är användbar.