3.3V Mod voor ultrasone sensoren (bereid HC-SR04 voor 3.3V Logic op ESP32/ESP8266, Particle Photon, enz.): 4 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

TL; DR: Knip op de sensor het spoor naar de Echo-pin af en sluit het vervolgens opnieuw aan met een spanningsdeler (Echo-trace -> 2.7kΩ -> Echo-pin -> 4.7kΩ -> GND). Bewerken: Er is enige discussie over de vraag of de ESP8266 eigenlijk 5V-tolerant is op GPIO-ingangen. Espressif beweert zowel dat het is en dat het niet is. Persoonlijk zou ik het risico alleen nemen als ik "overgebleven" ESP8266's had.

Als je op mij lijkt, heb je de HC-SR04 leren kennen en leuk vinden als de de facto standaard voor goedkope ultrasone afstandsdetectie voor op 5V gebaseerde Arduino-projecten. Daarom heb ik er hier nogal wat liggen.

Maar de wereld van hobby-elektronica is gestaag aan het evolueren van 5V naar 3,3V. De Raspberry Pie en vele andere boards, zoals die gebaseerd op de ESP8266, ESP32 of boards zoals de Particle Photon, werken met 3.3V logica op hun input/output pinnen.

Als we de sensor aansluiten op 5V-voeding en tegelijkertijd op 3,3V-pinnen, zal de output van de Echo-pin ook 5V zijn en zal hoogstwaarschijnlijk de 3,3V-pinnen van onze microcontrollerkaart vernietigen. We zouden kunnen proberen om een as-is HC-SR04 aan te sluiten op 3,3V-stroom en zullen metingen kunnen krijgen, maar helaas zullen deze vaak veel minder nauwkeurig zijn.

De oplossing is om de sensor nog steeds aan te sluiten op 5V VCC, maar ervoor te zorgen dat het Echo-signaal dat de microcontroller bereikt slechts 3,3V heeft door een spanningsdeler te maken met behulp van twee weerstanden. Gelukkig voor ons heeft de triggerpin van de HC-SR04 geen 5V nodig en accepteert hij ook de 3,3V die we van de pinnen van onze microcontroller krijgen.

Met bovenstaande beschrijving en links heb je waarschijnlijk al genoeg informatie om een spanningsdeler als onderdeel van je circuit op een breadboard te maken en een ultrasone sensor correct aan te sluiten.

Als je wilt leren hoe je een of meerdere HC-SR04's kunt aanpassen zodat ze 3.3V-ready zijn als zelfstandige units, zonder extra circuits, lees dan hieronder verder.

Stap 1: Wat je nodig hebt

1. HC-SR04 ultrasone sensor
2. Eén weerstand van 4,7 k en één weerstand van 2,7 k (of een willekeurige combinatie van weerstanden in het bereik van 1-50 kΩ met R1/(R1+R2) = ca. 0,66)
3. Soldeerapparatuur
4. X-Acto-mes (of een ander mes dat even scherp en puntig is)
5. Aanvaardbare soldeervaardigheden -- of de bereidheid om een HC-SR04 te vernietigen terwijl je iets nieuws uitprobeert:)
6. Optioneel: vergrootglas, multimeter, oscilloscoop, deeltjesversneller, …

Stap 2: Vind het spoor naar de Echo Pin en knip het uit

Kijk goed naar het bord van de sensor (eventueel met een vergrootglas) en vind het spoor dat naar de Echo-pin leidt.

Opmerking: Uw HC-SR04 heeft mogelijk een andere printplaat-indeling (PCB) dan hier wordt weergegeven! Het spoor kan ook aan de andere kant zitten (wanneer een spoor eindigt in een ronde cirkel, is dit meestal een verbinding met de andere kant van de print).

Optioneel: Neem uw multimeter en controleer of u het juiste spoor hebt geïdentificeerd door te testen op continuïteit tussen de Echo-pin en de soldeerverbinding waar het spoor verbinding maakt met iets op de PCB. Het moet nul ohm aangeven.

Snijd met het mes het spoor meerdere keren voorzichtig op dezelfde plek. Let erop dat u geen aangrenzende sporen snijdt. Schraap dan het spoor weg totdat je eerst het metaal ziet, dan zie je het verdwijnen, en je weet zeker dat er geen verbinding meer is.

Opmerking: als u het spoor niet volledig doorsnijdt, levert de Echo-pin nog steeds de volledige 5 volt aan de pin van uw microcontroller.

Optioneel: Controleer met de multimeter of u hetzelfde spoor volledig hebt doorgesneden door opnieuw de continuïteit te testen tussen de Echo-pin en de soldeerverbinding waar het spoor verbinding maakt met iets op de PCB. Het zou oneindige ohm moeten tonen (als het iets in het mega-ohm-bereik laat zien, is dat ook goed).

Stap 3: Soldeer 2.7kΩ tussen de Echo Pin en het einde van het spoor

Als je dat nog niet hebt gedaan, zoek dan waar het spoor van de Echo-pin (die je hebt doorgesneden) direct naar een ander element leidt, zoals een IC.

In mijn voorbeeld is hij verbonden met pin 2 van die chip in het midden van de print.

Knip en buig de poten van de 2,7 kΩ-weerstand zodat ze precies tussen de Echo-pin en de andere verbinding passen.

Soldeer vervolgens de weerstand op zijn plaats (het schoonmaken van de onderdelen om te solderen en het aanbrengen van flux kan waarschijnlijk ook geen kwaad).

Stap 4: Soldeer 4.7kΩ weerstand tussen Echo Pin en GND Pin

Knip en buig de poten van de weerstand van 4,7 kΩ zodat ze tussen de Echo-pin en de GND-pin (of hun soldeerpunten op de PCB) passen en soldeer ze daar.

Optioneel: Gebruik een multimeter om de weerstand tussen de verbindingen te controleren om er zeker van te zijn dat er geen kortsluiting is.

Extreem optioneel: sluit de triggerpin aan op uw geprogrammeerde MCU, sluit de Echo-pin nog niet aan en zorg ervoor dat het Echo-signaal 3,3 V is en niet 5 V met uw favoriete oscilloscoop. Oké, daar maak ik voor 85% een grapje over.:)

U zou nu uw aangepaste sensor op elke 3,3V-microcontroller moeten kunnen aansluiten. Je moet het nog steeds met 5 volt voeden, maar veel microcontrollerborden (die een spanningsregelaar hebben) accepteren ook 5 volt, dus dit zou in veel projecten prima moeten werken.

Toegevoegde bonus: deze gemodificeerde sensor is achterwaarts compatibel met 5V-projecten, omdat de meeste 5V-microcontrollers (zoals Arduino/ATMEGA) 3.3V-signalen op dezelfde manier kunnen interpreteren als 5V.