3.3V Mod สำหรับ Ultrasonic Sensors (เตรียม HC-SR04 สำหรับ 3.3V Logic บน ESP32/ESP8266, Particle Photon ฯลฯ): 4 ขั้นตอน

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

TL; DR: บนเซ็นเซอร์ ตัดร่องรอยไปที่ Echo pin จากนั้นเชื่อมต่อใหม่โดยใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า (Echo trace -> 2.7kΩ -> Echo pin -> 4.7kΩ -> GND) แก้ไข: มี การอภิปรายบางอย่างว่า ESP8266 นั้นทนทานต่อ 5V กับอินพุต GPIO หรือไม่ Espressif อ้างว่าเป็นและไม่ใช่ โดยส่วนตัวแล้ว ฉันจะเสี่ยงก็ต่อเมื่อมี ESP8266 "เหลือ"

หากคุณเป็นเช่นฉัน คุณได้รู้จักและชอบ HC-SR04 เป็นมาตรฐานโดยพฤตินัยสำหรับการตรวจจับระยะทางด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงราคาประหยัดสำหรับโครงการ Arduino ที่ใช้ 5V นั่นเป็นเหตุผลที่ฉันมีพวกมันอยู่สองสามตัวนอนอยู่แถวนี้

แต่โลกแห่งงานอดิเรกอิเล็กทรอนิกส์กำลังเปลี่ยนจาก 5V เป็น 3.3V อย่างต่อเนื่อง Raspberry Pie และบอร์ดอื่นๆ เช่น ESP8266, ESP32 หรือบอร์ดอย่าง Particle Photon กำลังทำงานกับลอจิก 3.3V บนพินอินพุต/เอาต์พุต

หากเราเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับกำลังไฟ 5V และในเวลาเดียวกันกับพิน 3.3V เอาต์พุตของหมุด Echo จะเป็น 5V ด้วยและมักจะทำลายพิน 3.3V ของบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ของเรา เราสามารถลองเชื่อมต่อ HC-SR04 ตามที่เป็นกับกำลังไฟ 3.3V และจะสามารถได้รับการวัดได้ แต่น่าเสียดายที่สิ่งเหล่านี้มักจะแม่นยำน้อยกว่ามาก

วิธีแก้ปัญหาคือยังคงเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับ 5V VCC แต่เพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณ Echo ที่ไปถึงไมโครคอนโทรลเลอร์มีเพียง 3.3V โดยการสร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าโดยใช้ตัวต้านทานสองตัว โชคดีสำหรับเรา Trigger pin ของ HC-SR04 ไม่ต้องการ 5V และยังยอมรับ 3.3V ที่เราได้รับจากพินของไมโครคอนโทรลเลอร์

ด้วยคำอธิบายและลิงก์ด้านบน คุณน่าจะมีข้อมูลเพียงพออยู่แล้วในการสร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของวงจรของคุณบนเขียงหั่นขนมและต่อเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกอย่างถูกต้อง

หากคุณต้องการเรียนรู้วิธีแก้ไข HC-SR04 หนึ่งหรือหลายตัวเพื่อให้พร้อมสำหรับ 3.3V เป็นยูนิตในตัวเอง โดยไม่ต้องมีวงจรเพิ่มเติม โปรดอ่านด้านล่าง

ขั้นตอนที่ 1: สิ่งที่คุณต้องการ

1. HC-SR04 อัลตราโซนิกเซนเซอร์
2. ตัวต้านทาน 4.7kΩ และตัวต้านทาน 2.7kΩ หนึ่งตัว (หรือตัวต้านทานแบบผสมใดๆ ในช่วง 1-50kΩ ที่มี R1/(R1+R2) = ca. 0.66)
3. อุปกรณ์บัดกรี
4. มีด X-Acto (หรือมีดที่คมและแหลมเหมือนกัน)
5. ทักษะการบัดกรีที่ยอมรับได้ -- หรือความเต็มใจที่จะทำลาย HC-SR04 ในขณะที่ลองอะไรใหม่ๆ:)
6. อุปกรณ์เสริม: แว่นขยาย, มัลติมิเตอร์, ออสซิลโลสโคป, เครื่องชนอนุภาค, …

ขั้นตอนที่ 2: ค้นหา Trace to Echo Pin และ Cut It

ดูบอร์ดของเซ็นเซอร์อย่างใกล้ชิด (อาจใช้แว่นขยาย) และค้นหาร่องรอยที่นำไปสู่หมุดสะท้อน

หมายเหตุ: HC-SR04 ของคุณอาจมีเลย์เอาต์แผงวงจรพิมพ์ (PCB) แตกต่างจากที่แสดงที่นี่! รอยติดตามอาจอยู่อีกด้านหนึ่ง (เมื่อการสืบค้นกลับสิ้นสุดลงในวงกลมกลม ซึ่งมักจะเป็นการเชื่อมต่อกับด้านตรงข้ามของ PCB)

ทางเลือก: ใช้มัลติมิเตอร์ของคุณและตรวจสอบว่าคุณได้ระบุการติดตามที่ถูกต้องโดยการทดสอบความต่อเนื่องระหว่างขา Echo และรอยประสานที่รอยต่อเชื่อมต่อกับบางสิ่งบน PCB ควรแสดงศูนย์โอห์ม

ใช้มีดกรีดรอยอย่างระมัดระวังหลายๆ ครั้งในจุดเดียวกัน ระวังอย่ากรีดรอยข้างเคียง จากนั้นขูดออกจนกว่าคุณจะเห็นโลหะของมันก่อน จากนั้นจึงเห็นมันหายไป และคุณแน่ใจว่าไม่มีการเชื่อมต่ออีกต่อไป

หมายเหตุ: หากคุณไม่ได้ตัดการติดตามอย่างสมบูรณ์ หมุด Echo จะยังคงส่งไฟ 5 โวลต์เต็มไปยังพินของไมโครคอนโทรลเลอร์

ทางเลือก: ด้วยมัลติมิเตอร์ ให้ตรวจสอบว่าคุณได้ตัดรอยเดียวกันโดยสมบูรณ์แล้วโดยทดสอบความต่อเนื่องอีกครั้งระหว่างหมุดสะท้อนและรอยประสานที่รอยต่อเชื่อมต่อกับบางสิ่งบน PCB ควรแสดงโอห์มที่ไม่มีที่สิ้นสุด (หากแสดงบางอย่างในช่วงเมกะโอห์มก็ใช้ได้เช่นกัน)

ขั้นตอนที่ 3: ประสาน2.7kΩระหว่าง Echo Pin และ Trace's End

หากคุณยังไม่ได้ดำเนินการ ให้ค้นหาตำแหน่งที่ร่องรอยของหมุดสะท้อน (ซึ่งคุณตัดขาด) นำไปสู่องค์ประกอบอื่นโดยตรง เช่น ไอซี

ในตัวอย่างของฉัน มันเชื่อมต่อกับพิน 2 ของชิปตัวนั้นที่อยู่ตรงกลางของ PCB

ตัดและงอขาของตัวต้านทาน 2.7kΩ ให้พอดีระหว่างขา Echo กับจุดเชื่อมต่ออื่นๆ

จากนั้นประสานตัวต้านทานเข้าที่ (การทำความสะอาดชิ้นส่วนเพื่อบัดกรีและการใช้ฟลักซ์อาจไม่เจ็บเช่นกัน)

ขั้นตอนที่ 4: ประสานตัวต้านทาน4.7kΩระหว่าง Echo Pin และ GND Pin

ตัดและงอขาของตัวต้านทาน4.7kΩให้พอดีระหว่างหมุด Echo และพิน GND (หรือจุดบัดกรีบน PCB) แล้วบัดกรีที่นั่น

ตัวเลือกเสริม: ใช้มัลติมิเตอร์เพื่อตรวจสอบความต้านทานระหว่างจุดต่อเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีขาสั้น

ตัวเลือกเสริม: ต่อหมุดทริกเกอร์เข้ากับ MCU ที่ตั้งโปรแกรมไว้ของคุณ อย่าเพิ่งเชื่อมต่อหมุด Echo และตรวจสอบให้แน่ใจว่าสัญญาณ Echo เป็น 3.3V และไม่ใช่ 5V โดยใช้ออสซิลโลสโคปที่คุณชื่นชอบ โอเค ฉันล้อเล่น 85% กับเรื่องนั้น:)

ตอนนี้คุณควรจะเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ที่ดัดแปลงของคุณกับไมโครคอนโทรลเลอร์ 3.3V ใดๆ ได้แล้ว คุณยังคงต้องใช้ไฟ 5 โวลต์ แต่บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์จำนวนมาก (ที่มีตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า) ก็ยอมรับ 5 โวลต์เช่นกัน ดังนั้นสิ่งนี้น่าจะใช้ได้ดีในหลายโครงการ

โบนัสเพิ่มเติม: เซ็นเซอร์ที่ดัดแปลงนี้จะเข้ากันได้กับโปรเจ็กต์ 5V ย้อนหลัง เนื่องจากไมโครคอนโทรลเลอร์ 5V ส่วนใหญ่ (เช่น Arduino/ATMEGA) สามารถตีความสัญญาณ 3.3V ได้เช่นเดียวกับที่ทำกับ 5V