(CRC)bit, Open Microbit-achtige badge - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

We hebben de microbit-badge ongeveer 1 jaar geleden gebruikt om robotica te onderwijzen. Het is een uitstekend hulpmiddel voor het onderwijs.

Een van de meest waardevolle kenmerken is dat het in de hand wordt gehouden. En deze flexibiliteit zorgt ervoor dat het een goed inzicht heeft in de onderwijsgemeenschap.

Vier maanden geleden zijn we begonnen met het ontwerpen van een model voor makers. Denken dat als het succesvol is, het een open product kan worden voor docenten.

Welke kenmerken willen we toevoegen aan de badge:

• ESP32-processor (compatibel met Arduino)
• IMU 6-assig
• Matrix van Neopixels RGB, 8 x 5
• Audioluidspreker via DAC
• Twee drukknoppen
• GPIO-uitbreidingspoort (5V tolerant)

Gedurende deze instructable zullen we de stappen uitleggen om het te bouwen.

Stap 1: Schematisch ontwerp

We voegen het schema van de eerste versie van crcbit bij. We moesten verschillende tests doen op het protoboard om de componenten aan te passen.

In het schema kunnen we het hart van het bord, een ESP32, waarderen. We zien ook de 6-assige IMU, een kleine luidsprekerversterkerschakeling en twee bidirectionele logische niveau-omzetterborden.

Ten slotte is er het volledige Neopixels-beheercircuit, dat 6 strips neopixels van elk 8 LED's heeft. Samen met een 3V3 volt stroomcircuit dat een MOSFET heeft voor aan- en loskoppelen via een softwaregestuurde GPIO.

Voor de voeding hebben we gekozen voor een JST-connector die sterker is dan de micro-USB-connector, als deze beweegt.

Stap 2: Voedingssysteem

Aangezien het bord 40 neopixels, een ESP32 en een luidspreker heeft; Ampèreverbruik is erg hoog.

In het geval van het inschakelen van de 40 neopixels op de maximale helderheid, zouden we dicht bij 1,5 ampère zitten.

We hebben besloten om het bord op 5V te voeden. Het is gemakkelijk om elke powerbank te gebruiken. De 5V's worden gebruikt om de ESP32 van stroom te voorzien, die al een 3V3-regelaar heeft. Het maakt het ook mogelijk om 5V-tolerante signalen te maken, dankzij de bidirectionele niveauverschuiver.

Voor de neopixels gebruiken we een stroomonderbrekings- en step-down-circuit bij 3V3. Zo verminderen we het verbruik tot 250 milliampère en kunnen we de kracht van neopixels softwarematig regelen.

Stap 3: Wat hebben we nodig?

Laten we eerst wat dingen voorbereiden.

In alle gevallen hebben we gezocht naar componenten die gemakkelijk te lassen zijn en gemakkelijk te koop zijn bij lokale elektronicawinkels.

Toch zijn sommige componenten niet gemakkelijk te vinden en is het beter om ze geduldig op de Chinese markt te bestellen.

De lijst met benodigde componenten is:

• 1 x ESP32 mini-formaat
• 2 x bidirectionele logische niveauconverters
• 1 x 6-assige IMU
• 1 x luidspreker
• 1 x stroom-MOSFET
• 1 x 3V3 spanningsval
• 2 x drukknoppen
• 1 x LDR
• 6 x strips van 8 Neopixels

… en enkele typische discrete componenten

Stap 4: Hack Neopixels-strips om het solderen te vergemakkelijken (I)

Het moeilijkste onderdeel om te monteren en te solderen zijn de Neopixels-strips.

Hiervoor hebben we een 3D-geprinte tool gemaakt die de 5 strips neopixels in de juiste positie houdt. Op deze manier zijn ze correct uitgelijnd.

Tegelijkertijd stelt het gereedschap ons in staat om kleine metalen strips te lassen om het solderen te vergemakkelijken, aangezien de strips omgekeerd zijn.

Het wordt aanbevolen om eerder te oefenen, omdat dit proces moeilijk is.

Stap 5: Hackin Neopixels-strips om solderen te vergemakkelijken (II)

We voegen de bestanden bij in STL-formaat zodat we het bevestigingshulpmiddel kunnen afdrukken.

Er is geen speciale configuratie vereist om de onderdelen in 3D te printen. Ze zijn gemakkelijk te printen, maar erg handig.

Stap 6: Aangepaste PCB

Vanwege het aantal componenten en hun grootte migreren we van het prototype naar een universele PCB om een aangepaste PCB te maken.

We hebben het ontwerp van de PCB geüpload naar PCBWay om het te delen met de gemeenschap en de makers die er een willen samenstellen.

We voegen ook de Gerber-bestanden bij voor meer flexibiliteit.

Stap 7: Hardwareverbinding (aangepaste printplaat)

Als we de aangepaste PCB hebben, kunnen de rest van de componenten gemakkelijk worden gesoldeerd, omdat ze allemaal worden geleverd met pinstrips van 2,54 mm.

De bijgevoegde afbeeldingen hebben een goede resolutie om de positie van de componenten te zien.

Stap 8: Software & Firmware

Het bord vereist geen specifieke software omdat het rechtstreeks met de Arduino IDE werkt. We hoeven alleen de Arduino IDE te configureren om met ESP32 te werken, een goede tutorial om stap voor stap te volgen is:

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

En om de randapparatuur te laten werken, moeten we deze Arduino-bibliotheken toevoegen:

github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

github.com/adafruit/Adafruit_NeoMatrix

github.com/sparkfun/MPU-9250_Breakout

De eerste test die we hebben gedaan om te zien of alles correct werkt, is het pixelmicrobit-hart.

Stap 9: Veel plezier

Stap 10: Volgende …

Het is een open project.

Tot nu toe is (CRC)bit nog steeds eenvoudig en grof. Wij geloven dat het met de hulp van de gemeenschap steeds beter zal opgroeien.

En daarom houden mensen van open source en de community.

Als je een beter idee hebt, of als je een verbetering hebt aangebracht, deel het dan!

Proost