ESP32 Dual H Bridge Breakout Board: 8 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Proyek ini untuk papan Breakout ESP32 yang dirancang untuk menjadi otak robot Anda berikutnya. Fitur dari papan ini adalah;

• Dapat mengakomodasi kit dev ESP32 apa pun yang memiliki dua baris hingga dua puluh pin pada pusat satu inci.
• Tempat untuk memasang papan anak pengontrol motor DC jembatan ganda TB6612FNG.
• Blok terminal dua sekrup untuk setiap sambungan motor.
• Blok terminal dua sekrup dan satu set lima pin header untuk Vin & Gnd
• Dua baris dari dua puluh pin breakout GPIO.
• Header untuk dua sensor Sonar HC-SR04, dengan pembagi tegangan pada output Echo.
• Header untuk menghubungkan ke tri-warna, anoda umum, LED dengan resistor pembatas.
• Di papan 5V, regulator tegangan 1A dengan lima pin header untuk 5V & Gnd.
• Empat set header untuk koneksi I2C dengan 3.3V & Gnd untuk setiap koneksi.
• Semua komponen dipasang di satu sisi papan sirkuit.

Ukuran fisik papan adalah 90mm x 56mm, dua sisi. Ini menempatkannya dengan baik dalam batas ukuran 100mm x 100mm untuk sebagian besar pembuat papan prototipe berbiaya rendah.

Semua file yang diperlukan untuk membuat salah satu papan ini dapat ditemukan di github di sini.

Papan dirancang di sekitar DOIT ESP32 DEVKIT V1 yang masing-masing memiliki dua baris delapan belas pin. Memotong jejak dengan mudah di bagian belakang papan memungkinkan Anda untuk memisahkan pin 5V, Gnd, dan 3.3V khusus dari masing-masing bus. Kemudian Anda dapat menggunakan pin di lokasi tersebut sebagai GPIO dan menggunakan jumper, sambungkan bus 5V, Gnd dan 3.3V ke pin yang sesuai pada dev kit ESP32 yang Anda gunakan.

Dua baris dua puluh lubang disediakan untuk memasang kit pengembang ESP. Saya sarankan Anda membeli strip soket perempuan dan menyoldernya ke dalam lubang. Dengan cara ini Anda dapat menghapus kit dev ESP32 dan menggantinya dengan yang lain kapan saja. Selain itu, menggunakan soket strip memberikan banyak ruang untuk suku cadang yang dipasang di bawah dev kit. Saya suka membeli empat puluh pin header dan soket strip dan kemudian memotongnya sesuai ukuran. Ini membantu mengurangi biaya. Anda tidak dapat memotong soket perempuan di antara dua soket, Anda harus 'membakar' soket untuk memotongnya. Dengan kata lain, strip soket perempuan empat puluh pin tidak dapat dipotong menjadi dua strip dua puluh pin. Strip soket betina empat puluh pin dapat dipotong menjadi strip dua puluh pin dan strip sembilan belas pin.

Langkah 1: Jembatan H Ganda TB6612FNG

TB6612FNG adalah jembatan H ganda, pengontrol motor yang dapat menggerakkan satu motor stepper atau dua motor hobi DC (bukan motor brushless). Ini sangat ideal untuk mengendarai motor kecil, murah, dengan roda gigi yang sudah tersedia. Papan breakout memiliki tempat untuk memasang papan anak yang memiliki TB6612FNG. Papan TB6612FNG yang saya pilih untuk digunakan tersedia dari beberapa tempat; Sparkfun (p/n ROB-14451, Mouser dan Digikey juga menjual papan Sparkfun), Pololu (p/n 713), EBay, Aliexpress dan Gearbest. Harga bervariasi dari sekitar satu dolar hingga lima dolar.

Setiap driver motor DC menggunakan tiga pin GPIO. Dua pin GPIO menentukan status motor; maju, mundur, meluncur dan rem. Pin GPIO ketiga adalah PWM untuk mengontrol kecepatan motor. Pin GPIO ketujuh menggerakkan pin STBY. Sinyal kontrol untuk TB6612FNG disambungkan ke pin breakout ESP32 GPIO. Pin GPIO mana yang digunakan ditentukan oleh rasa ESP32 Dev Kit yang Anda gunakan. Pin terprogram dipilih dengan cermat sehingga harus sejajar dengan GPIO PWM dan pin Output pada sebagian besar ESP32 Dev Kits.

Motor dihubungkan menggunakan dua, dua blok terminal sekrup pin berlabel Motor A dan Motor B. Satu di setiap sisi papan breakout. Daya untuk motor dibawa oleh salah satu blok terminal sekrup dua pin atau satu set header laki-laki di salah satu ujung papan breakout, berlabel Vin. Vin dapat berupa tegangan DC apa saja dari 6V hingga 12V. Regulator tegangan 5V, 1A mengubah tegangan Vin menjadi 5V untuk memberi daya pada sensor Sonar.

DOIT Dev KIT hadir dalam dua ukuran, 30 pin (15 di samping) dan 36 pin (18 di samping). Saya telah mencantumkan koneksi untuk kedua kit dev di bawah ini.

30 pin dev kit - 36 pin dev kit

AIN1 - 25 - 14 - kontrol arah untuk motor A

AIN2 - 26 - 12 - kontrol arah untuk motor A

PWMA - 27 - 13 - kontrol kecepatan untuk motor A

STBY - 33 - 27 - menghentikan kedua motor

BIN1 - 16 - 15 - kontrol arah untuk motor B

BIN2 - 17 - 2 - kontrol arah untuk motor B

PWMB - 5 - 4 - kontrol kecepatan untuk motor B

Langkah 2: Pin GPIO

Papan memiliki dua set dua puluh pin header untuk breakout GPIO. Setiap set header GPIO mencakup dua puluh pin untuk 3.3V dan dua puluh pin untuk Gnd. Pin 3.3V terletak di antara pin GPIO dan pin Gnd. Konfigurasi ini mengurangi kemungkinan sesuatu meledak jika dicolokkan ke belakang. Hampir setiap hal yang ingin Anda sambungkan ke pin GPIO memerlukan koneksi 3.3V atau Gnd atau keduanya. Konfigurasi tiga baris berarti Anda selalu memiliki power dan pin Gnd untuk setiap koneksi.

Jika Anda menggunakan kit dev ESP32 selain Kit Dev DOIT, itu mungkin memiliki pin Vin, 3.3V, dan Gnd di lokasi yang berbeda dari Kit Dev DOIT. Papan breakout dengan mudah memotong jejak di bagian belakang yang dapat dipotong untuk mengisolasi pin Vin, 3.3V dan Gnd dari masing-masing bus. Anda kemudian dapat menggunakan kabel jumper untuk menghubungkan pin Vin, 3.3V dan Gnd dari Kit Dev ESP32 Anda ke bus yang tepat. Pin 3.3V dapat dihubungkan menggunakan colokan korslet dua pin standar. Untuk koneksi pin Gnd, saya membuat beberapa jumper menggunakan cangkang DuPont tiga pin, dua pin crimp betina dan sepotong kawat pendek. Setelah mengeriting pin betina ke setiap ujung kabel, saya memasukkannya ke slot ujung cangkang tiga pin.

Jika Anda ingin menyambungkan kembali trans yang Anda potong, masing-masing memiliki serangkaian lubang tembus. Anda dapat menyolder kabel jumper berbentuk U di lubang atau menambahkan header dua pin dan menggunakan steker korslet dua pin standar untuk membuat jumper yang dapat dilepas.

Sebuah kata hati-hati. Regulator 3.3V pada kit dev ESP32 digunakan untuk menyediakan 3.3V untuk ESP32 dan periferal apa pun yang Anda pasang ke bus 3.3V. Regulator memiliki batas 1A. Semakin tinggi tegangan Vin dan semakin banyak arus yang Anda tarik akan menyebabkan regulator memanas. Ingatlah hal ini saat mencoba menggerakkan perangkat arus tinggi seperti strip LED atau motor servo dengan 3.3V. Beberapa perangkat I2C seperti gyros, akselerator, dan konverter ADC seharusnya tidak menjadi masalah.

Langkah 3: Vin

Vin adalah tegangan input untuk motor dan regulator 5V. Vin dapat berupa tegangan dari 5V hingga 12V. Jika Anda menggunakan 5V untuk Vin, tegangan output dari regulator 5V on board tidak akan menjadi 5V. Hal ini disebabkan regulator 5V harus memiliki tegangan lebih tinggi dari 5V untuk mengatur ke 5V.

Vin juga digunakan sebagai tegangan input ke regulator 3.3V pada dev kit ESP32.

Desain referensi kit dev ESP memiliki dioda untuk mengisolasi tegangan USB dari tegangan pada pin Vin kit dev. Dioda memastikan bahwa tegangan Vin tidak mencoba untuk menggerakkan tegangan USB dan bahwa chip jembatan USB-ke-Serial pada kit dev ESP32 hanya ditenagai oleh tegangan USB. Ini berarti Anda aman untuk menyambungkan sumber tegangan yang lebih tinggi dari 5V ke Vin papan breakout dan menggunakan sambungan USB pada saat yang sama, tanpa takut merusak apa pun. Regulator tegangan pada kit dev ESP32 berada dalam keluarga yang sama dengan regulator tegangan yang digunakan pada papan breakout. Ini berarti bahwa mereka dapat menangani rentang tegangan input yang sama.

Hubungkan paket baterai yang menggerakkan motor ke terminal Vin dan juga akan memberi daya pada ESP32 dan periferal apa pun yang telah Anda sambungkan.

Langkah 4: Sensor Sonar HC-SR04

Dua header empat pin disediakan untuk koneksi sensor Sonar HC-SR04 yang populer. Header terletak di sisi berlawanan dari papan breakout, di dekat blok terminal sekrup motor. Header diatur untuk koneksi satu-ke-satu dengan HC-SR04.

HC-SR04 adalah perangkat 5V. Ini didukung oleh 5V dan sinyal keluarannya (Echo) berada pada level 5V. ESP32 memiliki GPIO 3.3V dan tidak toleran 5V. Oleh karena itu Anda memerlukan semacam konverter level tegangan untuk membawa output 5V dari HC-SR04 ke level 3.3V dari ESP32. Papan breakout memiliki pembagi tegangan sederhana untuk setiap sinyal HC-SR04 Echo untuk melakukan konversi level. Tidak diperlukan konversi level untuk pin ESP32 GPIO untuk menggerakkan sinyal Trigonometri HC-SR04.

Header empat pin untuk HC-SR04 menyediakan koneksi 5V dan Gnd untuk sensor. 5V disediakan oleh regulator 5V di papan breakout.

Sementara header empat pin disediakan untuk terhubung ke HC-SRO4, header dua pin disediakan untuk menghubungkan sinyal Echo dan Trig dari HC-SR04 ke ESP32. Dengan cara ini Anda dapat memilih pin GPIO yang akan digunakan. Gunakan kabel jumper perempuan-ke-perempuan untuk membuat sambungan. T adalah input Trig dan E adalah level tegangan yang dikonversi sinyal output Echo.

Seharusnya dimungkinkan untuk menggunakan header HC-SR04 untuk menghubungkan beberapa sensor 5V lainnya. Hubungkan output sensor 5V ke input Echo dan gunakan pembagi tegangan untuk mengubahnya menjadi sinyal 3.3V. Pembagi tegangan akan menangani sinyal yang memiliki transisi lambat. Untuk transisi kecepatan tinggi, Anda harus menggunakan konverter level tegangan aktif. Jika Anda menghubungkan sinyal analog ke pembagi tegangan dan kemudian ke input analog pada ESP32, Anda harus memperhitungkan bahwa ayunan tegangan akan menjadi nol hingga 3,3V, bukan nol hingga 5V saat menghitung volt per hitungan.

Misalnya, Anda dapat menyambungkan sensor IR Vishay TSOP34838 ke pin 5V, Gnd, dan Echo dari header HC-SR04 (Echo disambungkan ke pin output sensor). Maka Anda harus dapat menerima perintah IR dari remote IR mana pun yang menggunakan operator 38KHz.

Langkah 5: LED Tiga Warna

LED tri-warna adalah anoda umum 5mm, melalui lubang, LED RGB. Resistor pembatas arus disediakan dan anoda umum dihubungkan ke bus 3.3V. Header tiga pin berlabel RGB disediakan untuk menggunakan LED. Sinyal level rendah pada salah satu pin RGB akan menyalakan LED dengan warna tersebut. Mengemudikan beberapa input RGB secara bersamaan akan menghasilkan beberapa LED menyala dengan campuran warna yang dihasilkan. Anda dapat menggunakan jumper female-to-female untuk menghubungkan pin header RGB ke pin GPIO pilihan Anda. Jika Anda menghubungkan LED ke pin GPIO yang memiliki kemampuan PWM maka Anda dapat memvariasikan kecerahan LED dengan memvariasikan waktu rendah PWM. Saya suka menggunakan LED untuk membantu saya men-debug kode yang sedang saya kerjakan.

Langkah 6: I2C Breakout

Papan breakout memiliki empat baris pin header untuk antarmuka I2C. Dua baris masing-masing empat pin dan 3.3V dan Gnd. Dua baris lainnya masing-masing lima pin dan untuk SDA dan SCL. Pin tambahan di setiap baris ini adalah agar Anda dapat menggunakan dua kabel jumper female-to-female untuk menghubungkan baris ke pin GPIO pilihan Anda. ESP32 dapat memiliki sinyal SDA dan SCL pada beberapa pin GPIO. Hingga empat perangkat 3.3V, I2C dapat dihubungkan dan diberi daya tanpa menggunakan kabel daisy chain. Tidak ada resistor pullup pada sinyal SDA dan SCL pada papan breakout. Resistor pullup harus ada di perangkat yang Anda pasang ke bus I2C.

Catatan: Bagi mereka yang tidak terbiasa dengan I2C, resistor pull-up diperlukan karena pin SDA dan SCL adalah pin open drain, tri-state, bi-directional. Nilai resistor pullup mempengaruhi laju perubahan tegangan dan dering di bus.

Langkah 7: Daftar Bahan

Semua resistor adalah SMT 1206.

Semua kapasitor adalah SMT, case A, EIA 3216.

Semua header dan soket strip memiliki pitch 0,1 inci (2,54mm).

6 - dua puluh pin header pria

6 - lima pin header laki-laki

4 - empat pin header laki-laki

1 - tiga pin header laki-laki

2 - dua pin header pria

2 - dua puluh pin strip soket perempuan

1 - papan TB6612FNG, dilengkapi dengan dua, delapan pin header laki-laki

3 - kapasitor Tantalum 10uf

1 - 10K resistor

2 - resistor 2.2K

5 - 1K resistor

1 - AMS1117, 5V

1 - 5mm, LED RGB anoda umum

3 - 3mm pitch, dua pin, terminal sekrup

Opsional

3 - header jantan dua pin - untuk menyambungkan kembali jejak Vin, 3.3V, dan Gnd yang dipotong

Langkah 8: Membungkus Semuanya

Ini adalah papan breakout ESP32 yang sangat serbaguna dengan fitur paling umum yang dibutuhkan oleh robot sederhana yang terpasang di papan breakout.

Papan breakout tidak terbatas pada kit dev ESP32. Setiap papan mikrokontroler yang memiliki baris ganda hingga dua puluh pin pada jarak satu inci dapat digunakan. Papan ESP8266 atau LPC1768 akan cocok. Anda dapat merakit papan tanpa papan anak TB6612FNG dan hanya menggunakan GPIO untuk breakout. Papan memberi Anda banyak pilihan tentang cara menggunakannya.

Jika Anda memiliki beberapa papan ini, jangan hapus nama 'Teknik Makedonia' dari papan. Anda dapat dengan bebas menggunakan papan ini untuk aplikasi non-komersial apa pun. Jika Anda benar-benar membuat dan menggunakan papan, saya akan sangat menghargai apa yang Anda gunakan untuk itu. Saya harap Anda menemukan papan itu berguna.