(CRC) bit, insignia abierta tipo microbit: 10 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Usamos la placa de microbit hace aproximadamente 1 año para enseñar robótica. Es una excelente herramienta para la educación.

Una de sus características más valiosas es que se sostiene en la mano. Y esta flexibilidad hace que tenga una gran visión de la comunidad educativa.

Hace cuatro meses comenzamos a diseñar un modelo para fabricantes. Pensando que si tiene éxito puede convertirse en un producto abierto para los profesores.

Qué características queremos agregar a la insignia:

• Procesador ESP32 (compatible con Arduino)
• IMU de 6 ejes
• Matriz de Neopixels RGB, 8 x 5
• Altavoz de audio a través de DAC
• Dos pulsadores
• Puerto de expansión GPIO (tolerante a 5V)

A lo largo de este instructivo, explicaremos los pasos para construirlo.

Paso 1: diseño esquemático

Adjuntamos el esquema de la primera versión de crcbit. Tuvimos que hacer varias pruebas en el protoboard para ajustar los componentes.

En el esquema, podemos apreciar el corazón de la placa que es un ESP32. También vemos la IMU de 6 ejes, un pequeño circuito amplificador de altavoz y dos placas convertidoras de nivel lógico bidireccional.

Por último, está todo el circuito de gestión de Neopixels, que cuenta con 6 tiras de neopixels de 8 LED cada una. Junto con un circuito de potencia de 3V3 voltios que tiene un MOSFET para conexión y desconexión a través de un GPIO controlado por software.

Para la fuente de alimentación, hemos elegido un conector JST que es más fuerte que el conector micro USB, si se está moviendo.

Paso 2: sistema de energía

Como la placa tiene 40 neopíxeles, un ESP32 y un altavoz; El consumo de amplificador es muy alto.

En el caso de encender los 40 neopíxeles al máximo de brillo, estaríamos cerca de los 1,5 amperios.

Decidimos alimentar la placa a 5V. Es fácil de usar cualquier banco de energía. Los 5V se utilizan para alimentar el ESP32, que ya tiene un regulador 3V3. También permite realizar señales tolerantes a 5V, gracias al cambiador de nivel bidireccional.

Para los neopíxeles utilizamos un circuito de corte y reducción de potencia a 3V3. Así reducimos el consumo a 250 miliamperios y podemos controlar la potencia de los neopíxeles por software.

Paso 3: ¿Qué necesitamos?

Preparemos algunas cosas primero.

En todos los casos, hemos buscado componentes que sean fáciles de soldar y fáciles de comprar en las tiendas de electrónica locales.

Aun así, algunos componentes no son fáciles de encontrar y es mejor pedirlos con paciencia en el mercado chino.

La lista de componentes necesarios es:

• 1 x formato mini ESP32
• 2 x convertidores de nivel lógico bidireccional
• 1 x IMU de 6 ejes
• 1 x altavoz
• 1 x MOSFET de potencia
• Caída de tensión 1 x 3V3
• 2 x pulsadores
• 1 x LDR
• 6 x tiras de 8 Neopixels

… y algunos componentes discretos típicos

Paso 4: Hackear las tiras de Neopixels para facilitar la soldadura (I)

La parte más difícil de ensamblar y soldar son las tiras de Neopixels.

Para ello hemos creado una herramienta impresa en 3D que mantiene las 5 tiras de neopíxeles en la posición correcta. De esta forma, quedan correctamente alineados.

Al mismo tiempo, la herramienta nos permite soldar pequeñas tiras de metal para facilitar la soldadura ya que las tiras están invertidas.

Se recomienda practicar antes ya que este proceso es difícil.

Paso 5: Hackin Neopixels Strips para facilitar la soldadura (II)

Adjuntamos los archivos en formato STL para que podamos imprimir la herramienta de fijación.

No se requiere ninguna configuración especial para imprimir las piezas en 3D. Son fáciles de imprimir pero muy útiles.

Paso 6: PCB personalizado

Debido a la cantidad de componentes y su tamaño, migramos del prototipo en un PCB universal, para crear un PCB personalizado.

Hemos subido el diseño del PCB a PCBWay para compartirlo con la comunidad y con aquellos fabricantes que quieran montar uno.

También adjuntamos los archivos Gerber para una mayor flexibilidad.

Paso 7: Conexión de hardware (PCB personalizado)

Si tenemos la PCB personalizada, el resto de los componentes se sueldan fácilmente ya que todos vienen con tiras de clavijas de 2,54 mm.

Las imágenes adjuntas tienen una buena resolución para ver la posición de los componentes.

Paso 8: software y firmware

La placa no requiere ningún software específico ya que funciona directamente con el IDE de Arduino. Solo tenemos que configurar el IDE de Arduino para que funcione con ESP32, un buen tutorial a seguir paso a paso es:

www.instructables.com/id/ESP32-With-Arduin…

Y para que los periféricos funcionen debemos agregar estas bibliotecas Arduino:

github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

github.com/adafruit/Adafruit_NeoMatrix

github.com/sparkfun/MPU-9250_Breakout

La primera prueba que hemos hecho para comprobar que todo funciona correctamente es el corazón de microbits de píxeles.

Paso 9: ¡Diviértete

Paso 10: Siguiente…

Es un proyecto abierto.

Hasta ahora, el bit (CRC) sigue siendo simple y tosco. Creemos que crecerá cada vez mejor con la ayuda de la comunidad.

Y es por eso que a la gente le gusta el código abierto y la comunidad.

Si tiene una mejor idea o ha realizado alguna mejora, ¡compártala!

Salud