Placa de conexión de puente ESP32 Dual H: 8 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Este proyecto es para una placa ESP32 Breakout que fue diseñada para ser el cerebro de su próximo robot. Las características de esta placa son;

• Puede acomodar cualquier kit de desarrollo ESP32 que tenga dos filas de hasta veinte pines en centros de una pulgada.
• Un lugar para montar una placa secundaria de controlador de motor de CC de puente H dual TB6612FNG.
• Un bloque de terminales de dos tornillos para cada conexión de motor.
• Un bloque de terminales de dos tornillos y un conjunto de cinco pines de cabecera para Vin & Gnd
• Dos filas de veinte pines GPIO.
• Encabezados para dos sensores de sonda HC-SR04, con divisores de voltaje en la salida de eco.
• Un cabezal para conectar a un LED de ánodo común tricolor con resistencias limitadoras.
• Regulador de voltaje integrado de 5 V, 1 A con cinco pines de cabezal para 5 V y tierra.
• Cuatro juegos de encabezados para conexiones I2C con 3.3V y Gnd para cada conexión.
• Todos los componentes se montan en un lado de la placa de circuito.

El tamaño físico de la placa es de 90 mm x 56 mm, de dos caras. Esto lo coloca dentro de los límites de tamaño de 100 mm x 100 mm para la mayoría de los prototipos de bajo costo de los fabricantes de tableros.

Todos los archivos necesarios para crear uno de estos tableros se pueden encontrar en github aquí.

La placa fue diseñada alrededor del DOIT ESP32 DEVKIT V1 que tiene dos filas de dieciocho pines cada una. Los rastros de fácil corte en la parte posterior de la placa le permiten separar los pines dedicados de 5V, Gnd y 3.3V de sus respectivos buses. Luego puede usar los pines en estas ubicaciones como GPIO y usando puentes, conecte los buses de 5V, Gnd y 3.3V a los pines apropiados en el kit de desarrollo ESP32 que está usando.

Se proporcionan dos filas de veinte orificios para montar el kit de desarrollo ESP. Le recomiendo que compre tiras de enchufe hembra y las suelde en los orificios. De esta manera, puede quitar el kit de desarrollo ESP32 y reemplazarlo por otro en cualquier momento. Además, el uso de las tiras de enchufes proporciona suficiente espacio para las piezas montadas debajo del kit de desarrollo. Me gusta comprar tiras de conectores y conectores de cuarenta pines y luego cortarlas a medida. Esto ayuda a reducir los costos. No puede cortar las tiras de enchufes hembra entre dos enchufes, debe 'quemar' un enchufe para cortarlos. En otras palabras, una regleta hembra de cuarenta clavijas no se puede cortar en dos tiras de veinte clavijas. Una tira hembra de cuarenta pines se puede cortar en una tira de veinte pines y una tira de diecinueve pines.

Paso 1: Puente TB6612FNG Dual H

El TB6612FNG es un controlador de motor de puente doble H que puede impulsar un motor paso a paso o dos motores de pasatiempo de CC (no motores sin escobillas). Es ideal para accionar los motores reductores pequeños y económicos que están fácilmente disponibles. La placa de conexión tiene un lugar para montar una placa secundaria que tiene el TB6612FNG. La placa TB6612FNG que elegí usar está disponible en varios lugares; Sparkfun (p / n ROB-14451, Mouser y Digikey también venden la placa Sparkfun), Pololu (p / n 713), EBay, Aliexpress y Gearbest. Los precios varían entre un dólar y cinco dólares.

Cada controlador de motor de CC utiliza tres pines GPIO. Dos pines GPIO determinan el estado del motor; avance, retroceso, inercia y freno. El tercer pin GPIO es PWM para controlar la velocidad del motor. Un séptimo pin GPIO controla el pin STBY. Las señales de control para el TB6612FNG están cableadas a los pines de ruptura ESP32 GPIO. Los pines GPIO que se utilizan están determinados por el tipo de ESP32 Dev Kit que utilice. Los pines cableados se seleccionaron cuidadosamente para que se alinearan con los pines GPIO PWM y de salida en la mayoría de los kits de desarrollo ESP32.

Los motores se conectan mediante dos bloques de terminales de tornillo de dos clavijas etiquetados como Motor A y Motor B. Uno a cada lado de la placa de conexiones. La energía para los motores se obtiene mediante un bloque de terminales de tornillo de dos clavijas o un conjunto de cabezales macho en un extremo de la placa de conexiones, con la etiqueta Vin. Vin puede ser cualquier voltaje de CC de 6 V a 12 V. Un regulador de voltaje de 5V, 1A convierte el voltaje de Vin en 5V para alimentar los sensores de Sonar.

El DOIT Dev KIT viene en dos tamaños, 30 pines (15 en un lado) y 36 pines (18 en un lado). He enumerado las conexiones para ambos kits de desarrollo a continuación.

Kit de desarrollo de 30 pines - Kit de desarrollo de 36 pines

AIN1 - 25-14 - control de dirección para motor A

AIN2 - 26 - 12 - control de dirección para motor A

PWMA - 27 - 13 - control de velocidad para motor A

STBY - 33 - 27 - detiene ambos motores

BIN1 - 16 - 15 - control de dirección para motor B

BIN2 - 17 - 2 - control de dirección para motor B

PWMB - 5-4 - control de velocidad para motor B

Paso 2: Pines GPIO

La placa tiene dos juegos de encabezados de veinte pines para la ruptura de GPIO. Cada conjunto de encabezados GPIO incluye veinte pines para 3.3V y veinte pines para Gnd. Los pines de 3.3V están ubicados entre los pines GPIO y los pines Gnd. Esta configuración reduce la posibilidad de que algo explote si se conecta al revés. Casi todo lo que desea conectar a un pin GPIO requiere una conexión de 3.3V o Gnd o ambas. La configuración de triple fila significa que siempre tiene un pin de alimentación y Gnd para cada conexión.

Si usa un kit de desarrollo ESP32 que no sea el kit de desarrollo DOIT, puede tener pines Vin, 3.3V y Gnd en ubicaciones diferentes al kit de desarrollo DOIT. La placa de conexión ha cortado fácilmente rastros en la parte posterior que se pueden cortar para aislar los pines Vin, 3.3V y Gnd de los respectivos buses. Luego, puede usar cables de puente para conectar los pines Vin, 3.3V y Gnd de su Kit de desarrollo ESP32 a los buses adecuados. Los pines de 3.3V se pueden conectar usando enchufes de cortocircuito estándar de dos pines. Para las conexiones de clavijas Gnd, hice algunos puentes usando carcasas DuPont de tres clavijas, dos clavijas de crimpado hembra y un trozo corto de cable. Después de engarzar las clavijas hembra a cada extremo del cable, las inserté en las ranuras de los extremos de la carcasa de tres clavijas.

Si alguna vez desea volver a conectar los trances que cortó, cada uno tiene un conjunto de orificios pasantes. Puede soldar un cable de puente en forma de U en los orificios o agregar un cabezal de dos clavijas y usar un enchufe de cortocircuito estándar de dos clavijas para hacer un puente extraíble.

Una palabra de precaución. El regulador de 3.3V en el kit de desarrollo ESP32 se usa para proporcionar 3.3V para el ESP32 y cualquier periférico que conecte al bus de 3.3V. El regulador tiene un límite de 1A. Cuanto más alto sea el voltaje de Vin y más corriente extraiga, el regulador se calentará. Tenga esto en cuenta cuando intente conducir dispositivos de alta corriente como tiras de LED o servomotores con 3.3V. Algunos dispositivos I2C como giroscopios, aceleradores y convertidores ADC no deberían ser un problema.

Paso 3: Vin

Vin es el voltaje de entrada para los motores y el regulador de 5V. Vin puede tener cualquier voltaje de 5 V a 12 V. Si está utilizando 5 V para Vin, el voltaje de salida del regulador de 5 V incorporado no será de 5 V. Esto se debe a que el regulador de 5 V debe tener un voltaje superior a 5 V para regularlo a 5 V.

El Vin también se usa como voltaje de entrada al regulador de 3.3V en el kit de desarrollo ESP32.

El diseño de referencia del kit de desarrollo ESP tiene un diodo para aislar el voltaje USB del voltaje en el pin Vin del kit de desarrollo. El diodo garantiza que el voltaje Vin no intente controlar el voltaje USB y que el chip puente USB a serie en el kit de desarrollo ESP32 solo esté alimentado por el voltaje USB. Esto significa que es seguro conectar una fuente de voltaje superior a 5 V al Vin de la placa de conexión y usar la conexión USB al mismo tiempo, sin temor a destruir nada. El regulador de voltaje del kit de desarrollo ESP32 pertenece a la misma familia que el regulador de voltaje utilizado en la placa de conexión. Esto significa que pueden manejar el mismo rango de voltajes de entrada.

Conecte el paquete de baterías que impulsa los motores a los terminales Vin y también alimentará el ESP32 y cualquier periférico que haya conectado.

Paso 4: Sensores de sonda HC-SR04

Se proporcionan dos cabezales de cuatro clavijas para la conexión del popular sensor de sonda HC-SR04. Los cabezales están ubicados en lados opuestos de la placa de conexiones, cerca de los bloques de terminales de tornillos del motor. Los encabezados están configurados para una conexión uno a uno con el HC-SR04.

El HC-SR04 es un dispositivo de 5V. Está alimentado por 5V y su señal de salida (Eco) está en niveles de 5V. El ESP32 tiene 3.3V GPIO y no es tolerante a 5V. Por lo tanto, necesita algún tipo de convertidor de nivel de voltaje para reducir la salida de 5V del HC-SR04 al nivel de 3.3V del ESP32. La placa de conexión tiene un divisor de voltaje simple para cada una de las señales de eco del HC-SR04 para realizar la conversión de nivel. No se requiere conversión de nivel para que un pin GPIO ESP32 conduzca la señal de disparo del HC-SR04.

El cabezal de cuatro pines para el HC-SR04 proporciona las conexiones de 5V y Gnd para el sensor. Los 5V son proporcionados por el regulador de 5V en la placa de conexiones.

Si bien se proporciona un encabezado de cuatro clavijas para conectar al HC-SRO4, se proporciona un encabezado de dos clavijas para conectar las señales de eco y disparo del HC-SR04 al ESP32. De esta manera puede elegir qué pines GPIO usar. Utilice cables de puente de hembra a hembra para realizar las conexiones. T es la entrada Trig y E es el nivel de voltaje convertido en la señal de salida Echo.

Debería ser posible utilizar el cabezal HC-SR04 para conectar algún otro sensor de 5V. Conecte la salida del sensor de 5V a la entrada Echo y use el divisor de voltaje para convertirlo en una señal de 3.3V. El divisor de voltaje manejará señales que tengan transiciones lentas. Para transiciones de alta velocidad, debe usar un convertidor de nivel de voltaje activo. Si conecta una señal analógica al divisor de voltaje y luego a una entrada analógica en el ESP32, debe tener en cuenta que la oscilación de voltaje será de cero a 3.3V, no de cero a 5V al calcular los voltios por conteo.

Por ejemplo, puede conectar un sensor IR Vishay TSOP34838 a los pines 5V, Gnd y Echo del cabezal HC-SR04 (el eco está conectado al pin de salida del sensor). Entonces debería poder recibir comandos de infrarrojos desde cualquier control remoto de infrarrojos que utilice una portadora de 38 kHz.

Paso 5: LED tricolor

El LED tricolor es un LED RGB de 5 mm, ánodo común, orificio pasante. Se proporcionan resistencias limitadoras de corriente y el ánodo común está conectado al bus de 3.3V. Se proporciona un encabezado de tres clavijas etiquetado como RGB para usar el LED. Una señal de bajo nivel en uno de los pines RGB iluminará el LED con ese color. La activación de varias entradas RGB al mismo tiempo dará como resultado que varios LED se iluminen con la mezcla de colores resultante. Puede usar puentes de hembra a hembra para conectar los pines del cabezal RGB a los pines GPIO de su elección. Si conecta el LED a un pin GPIO que tiene capacidades PWM, entonces puede variar el brillo del LED variando el tiempo bajo de PWM. Me gusta usar los LED para ayudarme a depurar el código en el que estoy trabajando.

Paso 6: Ruptura de I2C

La placa de conexión tiene cuatro filas de pines de encabezado para la interfaz I2C. Dos de las filas tienen cuatro pines cada una y son 3.3V y Gnd. Las otras dos filas son de cinco pines cada una y son para SDA y SCL. El pin adicional en cada una de estas filas es para que pueda usar dos cables de puente hembra a hembra para conectar las filas a los pines GPIO de su elección. El ESP32 puede tener las señales SDA y SCL en varios de los pines GPIO. Se pueden conectar y alimentar hasta cuatro dispositivos I2C de 3,3 V sin tener que recurrir a cables de conexión en cadena. No hay resistencias pullup en las señales SDA y SCL en la placa de conexión. Las resistencias pullup deben estar en los dispositivos que conecte al bus I2C.

Nota: Para aquellos que no están familiarizados con I2C, se requieren resistencias pullup debido a que los pines SDA y SCL son pines bidireccionales de tres estados y drenaje abierto. El valor de las resistencias pullup afecta la velocidad de respuesta y el timbre en el bus.

Paso 7: Lista de materiales

Todas las resistencias son SMT 1206.

Todos los condensadores son SMT, caso A, EIA 3216.

Todos los cabezales y regletas de enchufes tienen un paso de 0,1 pulgadas (2,54 mm).

6 - encabezados macho de veinte pines

6 - conectores macho de cinco pines

4 - cabezales macho de cuatro pines

1 - cabezal macho de tres clavijas

2 - cabezales macho de dos pines

2 - tiras de enchufe hembra de veinte pines

1 - Placa TB6612FNG, viene con dos cabezales macho de ocho pines

3 - condensadores de tantalio de 10 uf

1 - resistencia de 10K

2 - resistencias de 2.2K

5 - resistencias de 1K

1 - AMS1117, 5V

1 - LED RGB de ánodo común de 5 mm

Paso de 3 a 3 mm, dos clavijas, terminales de tornillo

Opcional

3 - cabezales macho de dos clavijas - para reconectar las trazas de Vin, 3.3V y Gnd cortadas

Paso 8: Resumiendo todo

Esta es una placa de conexión ESP32 muy versátil con las características más comunes requeridas por robots simples integrados en la placa de conexión.

La placa de conexión no se limita a los kits de desarrollo ESP32. Se puede utilizar cualquier placa de microcontrolador que tenga filas dobles de hasta veinte pines en un espacio de una pulgada. Una placa ESP8266 o LPC1768 encajaría. Puede ensamblar la placa sin la placa secundaria TB6612FNG y utilizar para romper solo el GPIO. El tablero te ofrece muchas opciones sobre cómo usarlo.

Si ha hecho algunos de estos tableros, no elimine el nombre 'Macedon Engineering' de los tableros. Puede utilizar libremente estos tableros para cualquier aplicación no comercial. Si crea y usa el tablero, agradecería que mencione para qué lo usó. Espero que la placa le resulte útil.