ESP32 Dual H Bridge Breakout Board: 8 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

โปรเจ็กต์นี้มีไว้สำหรับบอร์ด ESP32 Breakout ที่ออกแบบมาให้เป็นสมองของหุ่นยนต์ตัวต่อไปของคุณ คุณสมบัติของบอร์ดนี้คือ

• สามารถรองรับชุดอุปกรณ์ ESP32 dev ที่มีสองแถวสูงสุดยี่สิบพินบนศูนย์ขนาด 1 นิ้ว
• สถานที่สำหรับติดตั้ง TB6612FNG dual H bridge DC motor controller daughter board.
• แผงขั้วต่อแบบสกรูสองตัวสำหรับการเชื่อมต่อมอเตอร์แต่ละตัว
• แผงขั้วต่อแบบสกรูสองตัวและชุดหมุดส่วนหัวห้าตัวสำหรับ Vin & Gnd
• หมุดฝ่าวงล้อม GPIO จำนวน 20 แถวสองแถว
• ส่วนหัวสำหรับเซ็นเซอร์โซนาร์ HC-SR04 สองตัว พร้อมตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุต Echo
• ส่วนหัวสำหรับเชื่อมต่อกับ LED สามสีซึ่งเป็นขั้วบวกทั่วไปที่มีตัวต้านทานจำกัด
• ออนบอร์ด 5V, 1A ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าพร้อมหมุดห้าหัวสำหรับ 5V & Gnd
• ส่วนหัวสี่ชุดสำหรับการเชื่อมต่อ I2C ที่มี 3.3V & Gnd สำหรับแต่ละการเชื่อมต่อ
• ส่วนประกอบทั้งหมดติดตั้งที่ด้านหนึ่งของแผงวงจร

ขนาดบอร์ด 90 มม. x 56 มม. แบบสองด้าน สิ่งนี้ทำให้อยู่ภายในขีดจำกัดขนาด 100 มม. x 100 มม. สำหรับผู้ผลิตบอร์ดส่วนใหญ่ที่มีต้นแบบต้นทุนต่ำ

ไฟล์ทั้งหมดที่จำเป็นในการสร้างบอร์ดเหล่านี้สามารถพบได้ใน github ที่นี่

บอร์ดได้รับการออกแบบโดยใช้ DOIT ESP32 DEVKIT V1 ซึ่งแต่ละแถวมีหมุดสองแถวสิบแปดพิน ตัดรอยที่ด้านหลังของบอร์ดได้อย่างง่ายดาย ช่วยให้คุณสามารถแยกพิน 5V, Gnd และ 3.3V เฉพาะจากบัสที่เกี่ยวข้อง จากนั้นคุณสามารถใช้พินในตำแหน่งเหล่านี้เป็น GPIO และใช้จัมเปอร์ เชื่อมต่อบัส 5V, Gnd และ 3.3V กับพินที่เหมาะสมบน ESP32 dev kit ที่คุณใช้อยู่

มีรู 20 แถวสองแถวสำหรับติดตั้งชุด ESP dev ฉันแนะนำให้คุณซื้อปลั๊กตัวเมียและบัดกรีเข้าไปในรู ด้วยวิธีนี้ คุณสามารถลบชุดอุปกรณ์ ESP32 dev และแทนที่ด้วยชุดอื่นได้ทุกเมื่อ นอกจากนี้ การใช้แถบซ็อกเก็ตยังช่วยให้มีช่องว่างสำหรับชิ้นส่วนที่ติดตั้งใต้ชุดอุปกรณ์สำหรับนักพัฒนาอีกด้วย ฉันชอบซื้อหัวเข็มและแถบซ็อกเก็ตสี่สิบอันแล้วตัดให้เหลือขนาด ซึ่งจะช่วยลดต้นทุน คุณไม่สามารถตัดแถบซ็อกเก็ตหญิงระหว่างสองซ็อกเก็ต คุณต้อง 'เผา' ซ็อกเก็ตเพื่อตัดออก กล่าวอีกนัยหนึ่ง แถบซ็อกเก็ตหญิงสี่สิบพินไม่สามารถตัดเป็นแถบยี่สิบพินสองอัน แถบเต้ารับตัวเมียสี่สิบพินสามารถตัดเป็นแถบยี่สิบพินและแถบพินสิบเก้าพินได้

ขั้นตอนที่ 1: สะพาน TB6612FNG Dual H

TB6612FNG เป็นสะพานคู่ H ซึ่งเป็นตัวควบคุมมอเตอร์ที่สามารถขับเคลื่อนมอเตอร์สเต็ปเปอร์หนึ่งตัวหรือมอเตอร์งานอดิเรก DC สองตัว (ไม่ใช่มอเตอร์แบบไม่มีแปรง) เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการขับมอเตอร์เกียร์ขนาดเล็ก ราคาไม่แพง ที่หาได้ง่าย กระดานฝ่าวงล้อมมีที่สำหรับติดตั้งกระดานลูกที่มี TB6612FNG บอร์ด TB6612FNG ที่ฉันเลือกใช้นั้นมีจำหน่ายจากหลายแห่ง Sparkfun (p/n ROB-14451, Mouser และ Digikey ยังขายบอร์ด Sparkfun), Pololu (p/n 713), EBay, Aliexpress และ Gearbest ราคาแตกต่างกันไปตั้งแต่ประมาณหนึ่งดอลลาร์ถึงห้าดอลลาร์

ไดรเวอร์ DC motor แต่ละตัวใช้พิน GPIO สามพิน หมุด GPIO สองตัวกำหนดสถานะของมอเตอร์ ไปข้างหน้า ถอยหลัง ชายฝั่งและเบรก พิน GPIO ที่สามคือ PWM เพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์ พิน GPIO ตัวที่เจ็ดขับพิน STBY สัญญาณควบคุมสำหรับ TB6612FNG นั้นต่อสายเข้ากับหมุดฝ่าวงล้อม ESP32 GPIO พิน GPIO ใดที่ใช้จะถูกกำหนดโดยรสชาติของ ESP32 Dev Kit ที่คุณใช้ หมุดแบบมีสายได้รับการคัดเลือกมาอย่างดีเพื่อให้สอดคล้องกับ GPIO PWM และหมุดเอาต์พุตใน ESP32 Dev Kits ส่วนใหญ่

มอเตอร์เชื่อมต่อกันโดยใช้เทอร์มินัลบล็อกแบบสกรูสองพิน 2 พินที่ระบุว่ามอเตอร์ A และมอเตอร์ B หนึ่งอันที่แต่ละด้านของบอร์ดฝ่าวงล้อม กำลังสำหรับมอเตอร์ถูกนำเข้ามาโดยแผงขั้วต่อแบบสกรูสองพินหรือชุดส่วนหัวของตัวผู้ที่ปลายด้านหนึ่งของบอร์ดฝ่าวงล้อมซึ่งมีข้อความว่า Vin Vin สามารถเป็นแรงดัน DC ใดก็ได้ตั้งแต่ 6V ถึง 12V ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า 5V, 1A จะแปลงแรงดันไฟฟ้า Vin เป็น 5V เพื่อจ่ายไฟให้กับเซ็นเซอร์ Sonar

DOIT Dev KIT มีสองขนาด 30 พิน (ด้านละ 15 อัน) และ 36 พิน (ด้านละ 18 อัน) ฉันได้ระบุการเชื่อมต่อสำหรับชุดพัฒนาทั้งสองด้านล่าง

30 พิน dev kit - 36 พิน dev kit

AIN1 - 25 - 14 - การควบคุมทิศทางสำหรับมอเตอร์ A

AIN2 - 26 - 12 - การควบคุมทิศทางสำหรับมอเตอร์ A

PWMA - 27 - 13 - การควบคุมความเร็วสำหรับมอเตอร์ A

STBY - 33 - 27 - หยุดมอเตอร์ทั้งสองตัว

BIN1 - 16 - 15 - การควบคุมทิศทางสำหรับมอเตอร์ B

BIN2 - 17 - 2 - การควบคุมทิศทางสำหรับมอเตอร์ B

PWMB - 5 - 4 - การควบคุมความเร็วสำหรับมอเตอร์ B

ขั้นตอนที่ 2: หมุด GPIO

บอร์ดมีส่วนหัว 20 พินสองชุดสำหรับการฝ่าวงล้อม GPIO ส่วนหัว GPIO แต่ละชุดประกอบด้วยพิน 20 พินสำหรับ 3.3V และ 20 พินสำหรับ Gnd หมุด 3.3V อยู่ระหว่างหมุด GPIO และหมุด Gnd การกำหนดค่านี้ช่วยลดความเป็นไปได้ที่จะมีบางอย่างระเบิดขึ้นหากเสียบปลั๊กกลับด้าน เกือบทุกอย่างที่คุณต้องการเชื่อมต่อกับพิน GPIO ต้องใช้การเชื่อมต่อ 3.3V หรือ Gnd หรือทั้งสองอย่าง การกำหนดค่าแบบสามแถวหมายความว่าคุณมีแหล่งจ่ายไฟและพิน Gnd เสมอสำหรับการเชื่อมต่อทุกครั้ง

หากคุณใช้ชุดอุปกรณ์ ESP32 dev นอกเหนือจาก DOIT Dev Kit อาจมีพิน Vin, 3.3V และ Gnd ในตำแหน่งที่แตกต่างจาก DOIT Dev Kit กระดานฝ่าวงล้อมสามารถตัดรอยด้านหลังได้อย่างง่ายดายซึ่งสามารถตัดเพื่อแยกพิน Vin, 3.3V และ Gnd ออกจากบัสที่เกี่ยวข้อง จากนั้นคุณสามารถใช้สายจัมเปอร์เพื่อเชื่อมต่อพิน Vin, 3.3V และ Gnd ของ ESP32 Dev Kit ของคุณกับบัสที่เหมาะสม พิน 3.3V สามารถเชื่อมต่อได้โดยใช้ปลั๊กชอร์ตติ้งสองพินมาตรฐาน สำหรับการเชื่อมต่อพิน Gnd ฉันสร้างจัมเปอร์สองสามตัวโดยใช้เปลือกหอยดูปองท์สามพิน หมุดย้ำตัวเมียสองตัว และลวดเส้นสั้น หลังจากจีบหมุดตัวเมียที่ปลายแต่ละด้านของลวดแล้ว ฉันก็เสียบมันเข้าไปในช่องท้ายของเปลือกสามพิน

หากคุณต้องการเชื่อมต่อภวังค์ที่คุณตัดอีกครั้ง แต่ละอันมีรูทะลุหนึ่งชุด คุณสามารถบัดกรีสายจัมเปอร์รูปตัวยูในรูหรือเพิ่มส่วนหัวแบบสองพิน และใช้ปลั๊กแบบสั้นสองพินแบบมาตรฐานเพื่อสร้างจัมเปอร์แบบถอดได้

คำเตือน ตัวควบคุม 3.3V ในชุดอุปกรณ์ ESP32 dev ใช้สำหรับจ่ายไฟ 3.3V สำหรับ ESP32 และอุปกรณ์ต่อพ่วงใดๆ ที่คุณต่อเข้ากับบัส 3.3V ตัวควบคุมมีขีด จำกัด 1A ยิ่งแรงดันวินสูงขึ้นและกระแสไฟมากขึ้นจะทำให้ตัวควบคุมร้อนขึ้น โปรดคำนึงถึงสิ่งนี้เมื่อพยายามขับเคลื่อนอุปกรณ์ที่มีกระแสไฟสูง เช่น แถบ LED หรือเซอร์โวมอเตอร์ที่มี 3.3V อุปกรณ์ I2C บางตัว เช่น ไจโร คันเร่ง และตัวแปลง ADC ไม่น่าจะมีปัญหา

ขั้นตอนที่ 3: Vin

Vin คือแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสำหรับมอเตอร์และตัวควบคุม 5V Vin สามารถเป็นแรงดันไฟฟ้าใดก็ได้ตั้งแต่ 5V ถึง 12V หากคุณใช้ 5V สำหรับ Vin แรงดันเอาต์พุตของตัวควบคุม 5V บนบอร์ดจะไม่เป็น 5V นี่เป็นเพราะตัวควบคุม 5V ต้องมีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 5V เพื่อควบคุมเป็น 5V

Vin ยังใช้เป็นแรงดันไฟฟ้าขาเข้าไปยังตัวควบคุม 3.3V ในชุดอุปกรณ์ ESP32 dev

การออกแบบอ้างอิงชุดอุปกรณ์ ESP dev มีไดโอดเพื่อแยกแรงดันไฟฟ้า USB ออกจากแรงดันไฟฟ้าบนพิน Vin ของชุดอุปกรณ์พัฒนา ไดโอดช่วยให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้า Vin ไม่ได้พยายามขับแรงดัน USB และชิปบริดจ์ USB-to-Serial บนชุดอุปกรณ์ ESP32 dev นั้นใช้พลังงานจากแรงดันไฟฟ้า USB เท่านั้น ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถเชื่อมต่อแหล่งจ่ายแรงดันไฟที่สูงกว่า 5V เข้ากับ Vin ของบอร์ดฝ่าวงล้อมได้อย่างปลอดภัย และใช้การเชื่อมต่อ USB พร้อมกันโดยไม่ต้องกลัวว่าจะเสียหายอะไร ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าในชุดอุปกรณ์ ESP32 dev อยู่ในตระกูลเดียวกับตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับบอร์ดฝ่าวงล้อม ซึ่งหมายความว่าสามารถจัดการกับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าช่วงเดียวกันได้

เชื่อมต่อก้อนแบตเตอรี่ที่ขับเคลื่อนมอเตอร์เข้ากับขั้ว Vin และมันจะจ่ายไฟให้กับ ESP32 และอุปกรณ์ต่อพ่วงใดๆ ที่คุณเชื่อมต่อ

ขั้นตอนที่ 4: HC-SR04 โซนาร์เซนเซอร์

มีหัวต่อสี่พินสองตัวสำหรับเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์โซนาร์ HC-SR04 ยอดนิยม ส่วนหัวจะอยู่ที่ด้านตรงข้ามของแผงฝ่าวงล้อม ใกล้กับแผงขั้วต่อแบบสกรูของมอเตอร์ ส่วนหัวได้รับการตั้งค่าสำหรับการเชื่อมต่อแบบตัวต่อตัวกับ HC-SR04

HC-SR04 เป็นอุปกรณ์ 5V ใช้พลังงาน 5V และสัญญาณเอาท์พุต (Echo) อยู่ที่ระดับ 5V ESP32 มี 3.3V GPIO และไม่รองรับ 5V ดังนั้น คุณจึงต้องมีตัวแปลงระดับแรงดันไฟฟ้าบางประเภทเพื่อให้เอาท์พุต 5V ของ HC-SR04 ลงไปที่ระดับ 3.3V ของ ESP32 บอร์ดฝ่าวงล้อมมีตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าอย่างง่ายสำหรับสัญญาณ Echo HC-SR04 แต่ละตัวเพื่อทำการแปลงระดับ ไม่จำเป็นต้องมีการแปลงระดับสำหรับพิน ESP32 GPIO เพื่อขับเคลื่อนสัญญาณ Trig ของ HC-SR04

หัวต่อสี่พินสำหรับ HC-SR04 มีการเชื่อมต่อ 5V และ Gnd สำหรับเซ็นเซอร์ 5V มีให้โดยตัวควบคุม 5V บนบอร์ดฝ่าวงล้อม

ในขณะที่มีหัวต่อแบบสี่พินสำหรับเชื่อมต่อกับ HC-SRO4 แต่มีส่วนหัวสองพินสำหรับเชื่อมต่อสัญญาณ Echo และ Trig ของ HC-SR04 กับ ESP32 วิธีนี้คุณสามารถเลือกพิน GPIO ที่จะใช้ได้ ใช้สายจัมเปอร์ตัวเมียกับตัวเมียเพื่อทำการเชื่อมต่อ T คืออินพุต Trig และ E คือระดับแรงดันไฟฟ้าที่แปลงสัญญาณเอาท์พุต Echo

ควรใช้ส่วนหัว HC-SR04 เพื่อเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ 5V อื่นๆ เชื่อมต่อเอาต์พุตของเซ็นเซอร์ 5V กับอินพุต Echo และใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเพื่อแปลงเป็นสัญญาณ 3.3V ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าจะจัดการกับสัญญาณที่มีการเปลี่ยนภาพช้า สำหรับการเปลี่ยนภาพความเร็วสูง คุณควรใช้ตัวแปลงระดับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ หากคุณเชื่อมต่อสัญญาณแอนะล็อกกับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าแล้วต่อกับอินพุตแบบอะนาล็อกบน ESP32 คุณควรคำนึงว่าสวิงของแรงดันไฟฟ้าจะเป็นศูนย์ถึง 3.3V ไม่ใช่ศูนย์ถึง 5V เมื่อคำนวณโวลต์ต่อจำนวน

ตัวอย่างเช่น คุณสามารถต่อสายเซ็นเซอร์ Vishay TSOP34838 IR เข้ากับหมุด 5V, Gnd และ Echo ของส่วนหัว HC-SR04 (Echo ต่อสายเข้ากับพินเอาต์พุตของเซ็นเซอร์) จากนั้นคุณควรสามารถรับคำสั่ง IR จากรีโมท IR ใด ๆ ที่ใช้ผู้ให้บริการ 38KHz

ขั้นตอนที่ 5: ไฟ LED สามสี

LED สามสีคือ 5 มม. แอโนดทั่วไป รูทะลุ RGB LED มีตัวต้านทานจำกัดกระแสและขั้วบวกทั่วไปเชื่อมต่อกับบัส 3.3V ส่วนหัวสามพินที่มีป้ายกำกับเป็น RGB มีไว้สำหรับการใช้ LED สัญญาณระดับต่ำบนหมุด RGB ตัวใดตัวหนึ่งจะทำให้ LED เป็นสีนั้นสว่างขึ้น การขับเคลื่อนอินพุต RGB หลายตัวพร้อมกันจะส่งผลให้ไฟ LED หลายดวงสว่างขึ้นพร้อมกับการผสมสีที่เป็นผลลัพธ์ คุณสามารถใช้จัมเปอร์ตัวเมียกับตัวเมียเพื่อเชื่อมต่อพินส่วนหัว RGB กับพิน GPIO ที่คุณเลือก หากคุณต่อ LED เข้ากับพิน GPIO ที่มีความสามารถ PWM คุณสามารถเปลี่ยนความสว่างของ LED ได้โดยเปลี่ยนเวลาต่ำของ PWM ฉันชอบใช้ไฟ LED เพื่อช่วยดีบั๊กโค้ดที่ฉันกำลังดำเนินการอยู่

ขั้นตอนที่ 6: การฝ่าวงล้อม I2C

บอร์ดฝ่าวงล้อมมีพินส่วนหัวสี่แถวสำหรับอินเทอร์เฟซ I2C สองแถวแต่ละแถวมีสี่พินและเป็น 3.3V และ Gnd อีกสองแถวที่เหลือมีห้าพินสำหรับ SDA และ SCL หมุดพิเศษในแต่ละแถวเหล่านี้เพื่อให้คุณสามารถใช้สายจัมเปอร์ตัวเมียกับตัวเมียเพื่อเชื่อมต่อแถวนั้นกับพิน GPIO ที่คุณเลือก ESP32 สามารถมีสัญญาณ SDA และ SCL บนหมุด GPIO ได้หลายตัว อุปกรณ์ I2C สูงสุด 3.3V สามารถเชื่อมต่อและจ่ายไฟได้โดยไม่ต้องใช้สายเคเบิลแบบเดซี่เชน ไม่มีตัวต้านทานแบบดึงขึ้นบนสัญญาณ SDA และ SCL บนบอร์ดฝ่าวงล้อม ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นควรอยู่ในอุปกรณ์ที่คุณต่อกับบัส I2C

หมายเหตุ: สำหรับผู้ที่ไม่คุ้นเคยกับ I2C ต้องใช้ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นเนื่องจากหมุด SDA และ SCL เป็นหมุดเปิดโล่ง หมุดสามสถานะ สองทิศทาง ค่าของตัวต้านทานแบบดึงขึ้นส่งผลต่ออัตราการฆ่าและเสียงเรียกเข้าบนบัส

ขั้นตอนที่ 7: รายการวัสดุ

ตัวต้านทานทั้งหมดคือ SMT 1206

ตัวเก็บประจุทั้งหมดคือ SMT, case A, EIA 3216

ส่วนหัวและแถบซ็อกเก็ตทั้งหมดมีระยะห่าง 0.1 นิ้ว (2.54 มม.)

ส่วนหัวชาย 6 - ยี่สิบพิน

ส่วนหัวตัวผู้ 6 - ห้าพิน

ส่วนหัวชาย 4 - สี่พิน

1 - ส่วนหัวชายสามพิน

2 - ส่วนหัวของตัวผู้ 2 ขา

ปลั๊กตัวเมีย 2 - ยี่สิบพิน

1 - บอร์ด TB6612FNG มาพร้อมกับหัวต่อตัวผู้สองตัว, แปดพิน

3 - 10uf ตัวเก็บประจุแทนทาลัม

ตัวต้านทาน 1 - 10K

ตัวต้านทาน 2 - 2.2K

ตัวต้านทาน 5 - 1K

1 - AMS1117, 5V

1 - 5 มม., LED RGB ขั้วบวกทั่วไป

ระยะพิทช์ 3 - 3 มม. สองพิน ขั้วสกรู

ไม่จำเป็น

3 - หัวต่อตัวผู้แบบสองพิน - สำหรับเชื่อมต่อการตัด Vin, 3.3V และ Gnd traces อีกครั้ง

ขั้นตอนที่ 8: ห่อมันทั้งหมด

นี่คือบอร์ดฝ่าวงล้อม ESP32 ที่ใช้งานได้หลากหลายพร้อมคุณสมบัติทั่วไปที่ต้องการโดยหุ่นยนต์ธรรมดา ๆ ที่สร้างขึ้นในบอร์ดฝ่าวงล้อม

กระดานฝ่าวงล้อมไม่จำกัดเฉพาะชุดอุปกรณ์ ESP32 dev สามารถใช้บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ที่มีแถวคู่สูงสุดยี่สิบพินในระยะห่างหนึ่งนิ้วได้ บอร์ด ESP8266 หรือ LPC1768 จะพอดี คุณสามารถประกอบบอร์ดได้โดยไม่ต้องใช้บอร์ดลูก TB6612FNG และใช้เพื่อแยกเฉพาะ GPIO บอร์ดนี้มีตัวเลือกมากมายในการใช้งาน

หากคุณมีบอร์ดเหล่านี้ โปรดอย่าลบชื่อ 'Macedon Engineering' ออกจากกระดาน คุณสามารถใช้บอร์ดเหล่านี้ได้อย่างอิสระสำหรับแอปพลิเคชันที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์ หากคุณทำและใช้บอร์ด ฉันจะขอบคุณมากสำหรับสิ่งที่คุณใช้มันเพื่อ ฉันหวังว่าคุณจะพบว่าบอร์ดมีประโยชน์