ESP32 Dual H Bridge Breakout Board: 8 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

این پروژه برای یک برد ESP32 Breakout است که به عنوان مغز ربات بعدی شما طراحی شده است. ویژگی های این برد عبارتند از ؛

• می تواند هر کیت dev ESP32 را که دارای دو ردیف تا بیست پین در مراکز یک اینچی است ، در خود جای دهد.
• مکانی برای نصب برد برد دختر کنترل کننده موتور DC TB6612FNG dual H Bridge.
• یک بلوک ترمینال دو پیچ برای هر اتصال موتور.
• یک بلوک ترمینال دو پیچ و مجموعه ای از پنج پین هدر برای Vin & Gnd
• دو ردیف از بیست پین بریکت GPIO.
• هدر برای دو سنسور سونار HC-SR04 ، با تقسیم ولتاژ در خروجی اکو.
• یک سربرگ برای اتصال به یک آند سه رنگ معمولی ، LED با مقاومت های محدود کننده.
• روی برد 5V ، تنظیم کننده ولتاژ 1A با پنج پین هدر برای 5V & Gnd.
• چهار مجموعه سربرگ برای اتصالات I2C با 3.3V & Gnd برای هر اتصال.
• همه قطعات در یک طرف برد مدار نصب می شوند.

اندازه فیزیکی تخته 90 میلی متر در 56 میلی متر ، دو طرفه است. این امر به خوبی در محدوده اندازه 100 میلی متر در 100 میلی متر برای اکثر نمونه های اولیه سازندگان کم هزینه قرار می دهد.

همه فایلهای مورد نیاز برای ساخت یکی از این تابلوها را می توانید در github در اینجا پیدا کنید.

این برد در اطراف DOIT ESP32 DEVKIT V1 طراحی شده است که هر کدام دو ردیف هجده پین دارد. برش هایی که به راحتی در پشت تخته بریده می شود به شما امکان می دهد پین های اختصاصی 5V ، Gnd و 3.3V را از گذرگاه مربوطه جدا کنید. سپس می توانید از پین های این مکان ها به عنوان GPIO استفاده کنید و با استفاده از بلوز ، گذرگاه 5V ، Gnd و 3.3V را به پین های مناسب در کیت ESP32 dev که استفاده می کنید ، وصل کنید.

دو ردیف بیست حفره برای نصب کیت ESP dev در نظر گرفته شده است. توصیه می کنم نوارهای سوکت زن را خریداری کرده و آنها را در سوراخ ها لحیم کنید. به این ترتیب می توانید کیت ESP32 dev را بردارید و در هر زمان آن را با دیگری جایگزین کنید. همچنین ، استفاده از نوارهای سوکت فاصله زیادی را برای قطعات نصب شده در زیر کیت dev فراهم می کند. من دوست دارم هدر و نوارهای سوکت چهل پین بخرم و سپس آنها را به اندازه کاهش دهم. این به کاهش هزینه ها کمک می کند. شما نمی توانید نوارهای سوکت زن را بین دو پریز برش دهید ، برای قطع آنها باید یک سوکت را "بسوزانید". به عبارت دیگر ، یک نوار سوکت زن چهل پین را نمی توان به دو نوار بیست پین برش داد. یک نوار سوکت زن چهل پین را می توان به یک نوار بیست پین و یک نوار پین نوزده برش داد.

مرحله 1: TB6612FNG Dual H Bridge

TB6612FNG یک پل کنترلر دو پل H است که می تواند یک موتور پله ای یا دو موتور DC سرگرمی (نه موتورهای بدون برس) را هدایت کند. این موتور برای رانندگی موتورهای کوچک ، ارزان و دنده ای که به راحتی در دسترس هستند ایده آل است. برد برک آوت دارای مکانی برای نصب تخته دختر است که دارای TB6612FNG است. تخته TB6612FNG که من استفاده از آن را انتخاب کردم از چندین مکان موجود است. Sparkfun (p/n ROB-14451 ، Mouser و Digikey همچنین تخته Sparkfun را می فروشند) ، Pololu (p/n 713) ، EBay ، Aliexpress و Gearbest. قیمت ها از حدود یک دلار تا پنج دلار متغیر است.

هر درایور موتور DC از سه پین GPIO استفاده می کند. دو پین GPIO وضعیت موتور را تعیین می کند. جلو ، عقب ، ساحل و ترمز. سومین پین GPIO PWM است که سرعت موتور را کنترل می کند. هفتمین پین GPIO پین STBY را هدایت می کند. سیگنال های کنترل TB6612FNG به پین های شکست ESP32 GPIO متصل می شوند. کدام پین GPIO استفاده می شود ، با طعم ESP32 Dev Kit که استفاده می کنید تعیین می شود. پین های سیمی سخت به دقت انتخاب شده اند به طوری که باید با GPIO PWM و پین های خروجی در اکثر کیت های ESP32 Dev مطابقت داشته باشند.

موتورها با استفاده از دو بلوک ترمینال دو ، دو پین پیچ دار که دارای برچسب Motor A و Motor B. هستند ، یکی در هر طرف تخته شکستن متصل می شوند. نیرو برای موتورها توسط یک بلوک ترمینال دو پیچ و یا مجموعه ای از سربرگ های مردانه در یک انتهای تخته شکست ، با برچسب Vin وارد می شود. Vin می تواند هر ولتاژ DC از 6V تا 12V باشد. یک تنظیم کننده ولتاژ 5V ، 1A ولتاژ Vin را برای تغذیه سنسورهای Sonar به 5V تبدیل می کند.

DOIT Dev KIT در دو اندازه ، 30 پین (15 در یک طرف) و 36 پین (18 در یک طرف) عرضه می شود. من اتصالات هر دو کیت توسعه را در زیر لیست کرده ام.

کیت توسعه 30 پین - کیت توسعه 36 پین

AIN1 - 25 - 14 - کنترل جهت موتور A

AIN2 - 26 - 12 - کنترل جهت موتور A

PWMA - 27 - 13 - کنترل سرعت موتور A

STBY - 33 - 27 - هر دو موتور را متوقف می کند

BIN1 - 16 - 15 - کنترل جهت موتور B

BIN2 - 17 - 2 - کنترل جهت موتور B

PWMB - 5 - 4 - کنترل سرعت موتور B

مرحله 2: پین های GPIO

این برد دارای دو مجموعه بیست سرصفحه برای شکست GPIO است. هر مجموعه سرصفحه GPIO شامل بیست پین برای 3.3V و بیست پین برای Gnd است. پین های 3.3 ولت بین پین های GPIO و پایه های Gnd قرار دارند. این پیکربندی احتمال منفجر شدن چیزی را در صورت وصل شدن به عقب کاهش می دهد. تقریباً هر چیزی که می خواهید به پین GPIO متصل شود نیاز به اتصال 3.3V یا Gnd یا هر دو دارد. پیکربندی ردیف سه گانه به این معنی است که شما همیشه برای هر اتصال یک پاور و Gnd دارید.

اگر از کیت توسعه ESP32 غیر از DOIT Dev Kit استفاده می کنید ، ممکن است دارای پین Vin ، 3.3V و Gnd در مکان های متفاوت از DOIT Dev Kit باشد. تخته شکست به راحتی آثاری را در قسمت پشتی بریده است که می توان آنها را جدا کرد تا پین های Vin ، 3.3V و Gnd را از گذرگاه های مربوط جدا کند. سپس می توانید از سیم های جامپر برای اتصال پین های Vin ، 3.3V و Gnd از ESP32 Dev Kit خود به گذرگاه های مناسب استفاده کنید. پین های 3.3 ولت را می توان با استفاده از دو شاخه استاندارد کوتاه کننده دو پین متصل کرد. برای اتصالات پین Gnd ، من چند پرش با استفاده از سه پوسته DuPont ، دو پین چنگال زن و یک قطعه کوتاه سیم ایجاد کردم. پس از سفت کردن سنجاق های ماده به هر سر سیم ، آنها را در شکاف انتهایی پوسته سه پین وارد کردم.

اگر می خواهید ترانس هایی را که بریده اید دوباره وصل کنید ، هر کدام دارای مجموعه ای از سوراخ ها هستند. می توانید یک سیم جامپر شکل U را در سوراخ ها لحیم کنید یا یک سربرگ دو پین به آن اضافه کنید و از یک دوشاخه اتصال کوتاه استاندارد دو پین برای ساختن یک جامپر قابل جابجایی استفاده کنید.

یک کلمه احتیاط. تنظیم کننده 3.3V روی کیت ESP32 dev برای ارائه 3.3V برای ESP32 و سایر لوازم جانبی که به گذرگاه 3.3V متصل می کنید استفاده می شود. تنظیم کننده محدودیت 1A دارد. هرچه ولتاژ Vin بیشتر باشد و جریان بیشتری بکشید باعث گرم شدن تنظیم کننده می شود. هنگام تلاش برای رانندگی دستگاههای با جریان بالا مانند نوارهای LED یا سروو موتورها با 3.3 ولت این نکته را در نظر داشته باشید. چند دستگاه I2C مانند ژیروسکوپ ، شتاب دهنده و مبدل ADC نباید مشکلی داشته باشند.

مرحله 3: وین

Vin ولتاژ ورودی موتورها و تنظیم کننده 5V است. وین می تواند هر ولتاژی از 5V تا 12V باشد. اگر از 5 ولت برای وین استفاده می کنید ، ولتاژ خروجی تنظیم کننده 5 ولت روی برد 5 ولت نخواهد بود. این به این دلیل است که رگولاتور 5 ولت باید دارای ولتاژ بالاتر از 5 ولت باشد تا به 5 ولت تنظیم شود.

Vin همچنین به عنوان ولتاژ ورودی تنظیم کننده 3.3V در کیت ESP32 dev استفاده می شود.

طرح مرجع کیت ESP dev دارای یک دیود برای جداسازی ولتاژ USB از ولتاژ پین Vin کیت dev است. دیود اطمینان می دهد که ولتاژ Vin سعی نمی کند ولتاژ USB را هدایت کند و تراشه پل USB-to-Serial در کیت ESP32 dev فقط از ولتاژ USB تغذیه می کند. این بدان معناست که شما می توانید منبع ولتاژ بالاتر از 5 ولت را به Vin برد بریکت متصل کرده و همزمان از اتصال USB بدون ترس از خرابی چیزی استفاده کنید. تنظیم کننده ولتاژ در کیت ESP32 dev در یک خانواده با تنظیم کننده ولتاژ استفاده شده در برد شکست است. این بدان معناست که آنها می توانند محدوده یکسانی از ولتاژهای ورودی را کنترل کنند.

بسته باتری را که موتورها را به پایانه های Vin هدایت می کند وصل کنید و همچنین ESP32 و سایر لوازم جانبی را که وصل کرده اید تغذیه می کند.

مرحله 4: سنسورهای سونار HC-SR04

دو سربرگ چهار پین برای اتصال سنسور سونار HC-SR04 محبوب ارائه شده است. هدرها در طرفین مقابل تخته شکست ، نزدیک بلوک های ترمینال پیچ موتور قرار دارند. هدرها برای اتصال یک به یک با HC-SR04 تنظیم شده اند.

HC-SR04 یک دستگاه 5 ولت است. منبع تغذیه آن 5 ولت است و سیگنال خروجی (اکو) آن در سطح 5 ولت است. ESP32 دارای GPIO 3.3V است و 5 ولت را تحمل نمی کند. بنابراین شما به نوعی مبدل سطح ولتاژ نیاز دارید تا خروجی 5 ولت HC-SR04 را به سطح 3.3 ولت ESP32 برساند. برد شکست دارای یک تقسیم کننده ولتاژ ساده برای هر یک از سیگنال های اکو HC-SR04 برای انجام تبدیل سطح است. برای هدایت سیگنال Trig از HC-SR04 برای پین ESP32 GPIO نیاز به تبدیل سطح نیست.

هدر چهار پین برای HC-SR04 اتصالات 5V و Gnd را برای سنسور فراهم می کند. 5V توسط تنظیم کننده 5V بر روی برد برک آوت ارائه می شود.

در حالی که یک سربرگ چهار پین برای اتصال به HC-SRO4 ارائه شده است ، یک هدر دو پین برای اتصال سیگنال های Echo و Trig از HC-SR04 به ESP32 ارائه شده است. به این ترتیب شما می توانید از کدام پین GPIO استفاده کنید. برای ایجاد اتصالات از سیم های جهنده زن به زن استفاده کنید. T ورودی Trig و E سیگنال خروجی اکو تبدیل شده به سطح ولتاژ است.

باید بتوان از سرصفحه HC-SR04 برای اتصال برخی دیگر از سنسورهای 5 ولت استفاده کرد. خروجی سنسور 5 ولت را به ورودی اکو وصل کرده و از تقسیم ولتاژ برای تبدیل آن به سیگنال 3.3 ولت استفاده کنید. تقسیم ولتاژ سیگنال هایی را که دارای انتقال آهسته هستند ، کنترل می کند. برای انتقال سریع باید از مبدل سطح ولتاژ فعال استفاده کنید. اگر یک سیگنال آنالوگ را به تقسیم ولتاژ و سپس به یک ورودی آنالوگ در ESP32 متصل می کنید ، باید در نظر بگیرید که نوسان ولتاژ در هنگام محاسبه ولت بر شمارش صفر تا 3.3 ولت خواهد بود ، نه صفر تا 5 ولت.

به عنوان مثال ، می توانید یک سنسور IR Vishay TSOP34838 IR را به پایه های 5V ، Gnd و Echo سربرگ HC-SR04 وصل کنید (اکو به پین خروجی سنسور متصل می شود). سپس باید بتوانید دستورات IR را از راه دور IR که از حامل 38KHz استفاده می کند دریافت کنید.

مرحله 5: LED سه رنگ

LED سه رنگ یک آند معمولی 5 میلی متری ، از طریق سوراخ ، LED RGB است. مقاومتهای محدودکننده فعلی ارائه شده و آند معمولی به گذرگاه 3.3V متصل می شود. برای استفاده از LED یک هدر سه پین با برچسب RGB ارائه شده است. یک سیگنال سطح پایین در یکی از پایه های RGB LED را با آن رنگ روشن می کند. رانندگی چند ورودی RGB به طور همزمان منجر به روشن شدن چندین LED با ترکیب رنگ حاصل می شود. برای اتصال پین هدر RGB به پین های GPIO انتخابی خود می توانید از پرش کننده زن به زن استفاده کنید. اگر LED را به پین GPIO متصل کنید که دارای قابلیت PWM است ، می توانید با تغییر زمان کم PWM میزان روشنایی LED را تغییر دهید. من دوست دارم از LED ها برای کمک به اشکال زدایی در کدی که روی آن کار می کنم کمک کنم.

مرحله 6: برک آوت I2C

صفحه شکست دارای چهار ردیف پین هدر برای رابط I2C است. دو ردیف هر کدام چهار پین هستند و 3.3V و Gnd هستند. دو ردیف دیگر هر کدام پنج پین هستند و برای SDA و SCL هستند. پین اضافی در هر یک از این ردیف ها به گونه ای است که می توانید از دو کابل جهنده زن به زن برای اتصال سطرها به پین های GPIO دلخواه خود استفاده کنید. ESP32 می تواند سیگنال های SDA و SCL را در چندین پین GPIO داشته باشد. حداکثر چهار دستگاه 3.3V ، I2C را می توان بدون استفاده از کابل های زنجیره ای دیزی متصل و تغذیه کرد. هیچ مقاومت کششی روی سیگنال های SDA و SCL روی برد شکست وجود ندارد. مقاومتهای کششی باید روی دستگاههایی باشد که به گذرگاه I2C وصل می کنید.

توجه: برای کسانی که با I2C آشنا نیستند ، به دلیل باز بودن پین های SDA و SCL ، پین های سه حالته ، دو جهته ، مقاومت های کششی مورد نیاز است. مقدار مقاومت های کششی بر سرعت حرکت و زنگ در گذرگاه تأثیر می گذارد.

مرحله 7: صورتحساب مواد

همه مقاومت ها SMT 1206 هستند.

همه خازن ها SMT هستند ، مورد A ، EIA 3216.

تمام سربرگ ها و نوارهای سوکت دارای گام 0.1 اینچی (2.54 میلی متر) هستند.

6 - هدرهای مردانه بیست پین

6 - هدرهای مردانه پنج پین

4 - هدرهای مردانه چهار پین

1 - هدر مردانه سه پین

2 - هدرهای مردانه دو پین

2 - نوار سوکت زن بیست پین

1 - تخته TB6612FNG ، همراه با هدرهای نر دو ، هشت پین

3 - 10uf خازن های تانتالوم

مقاومت 1 - 10K

2 - مقاومت 2.2K

5 - مقاومت 1K

1 - AMS1117 ، 5V

1 - 5 میلی متر ، LED RGB آند معمولی

پایانه 3 - 3 میلی متری ، دو پین ، پایانه های پیچ

اختیاری

3 - هدرهای مردانه دو پین - برای اتصال مجدد آثار بریده شده Vin ، 3.3V و Gnd

مرحله 8: همه چیز را جمع کنید

این یک بریکت برد همه کاره ESP32 با رایج ترین ویژگی های مورد نیاز روبات های ساده است که در برد برک آوت تعبیه شده است.

برد بریکت محدود به کیت های توسعه ESP32 نیست. از هر برد میکروکنترلری که دارای دو ردیف تا بیست پین در فاصله یک اینچی باشد می توان استفاده کرد. یک ESP8266 یا یک برد LPC1768 مناسب است. شما می توانید تخته را بدون برد دختر TB6612FNG مونتاژ کرده و از آن برای شکستن فقط GPIO استفاده کنید. این صفحه گزینه های زیادی برای نحوه استفاده از آن در اختیار شما قرار می دهد.

اگر تعدادی از این تخته ها را تهیه کرده اید ، نام "مهندسی مقدونیه" را از روی تخته ها حذف نکنید. شما می توانید آزادانه از این تابلوها برای هر برنامه غیر تجاری استفاده کنید. اگر شما تخته را بسازید و از آن استفاده کنید من از فریادی که برای آن استفاده کرده اید قدردانی می کنم. امیدوارم تابلوی مورد استفاده شما مفید واقع شده باشد.