3.3V Mod für Ultraschallsensoren (vorbereiten HC-SR04 für 3.3V Logik auf ESP32/ESP8266, Particle Photon, etc.): - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

TL;DR: Schneiden Sie am Sensor die Spur zum Echo-Pin und verbinden Sie sie dann mit einem Spannungsteiler (Echo-Spur -> 2,7 kΩ -> Echo-Pin -> 4,7 kΩ -> GND). einige Debatten darüber, ob der ESP8266 tatsächlich 5V-tolerant an GPIO-Eingängen ist. Espressif behauptet sowohl, dass es ist als auch nicht. Ich persönlich würde das Risiko nur eingehen, wenn ich "Reste" ESP8266s hätte.

Wenn Sie mir ähnlich sind, haben Sie den HC-SR04 als De-facto-Standard für kostengünstige Ultraschall-Distanzerfassung für 5V-basierte Arduino-Projekte kennen und schätzen gelernt. Deshalb habe ich hier einige davon rumliegen.

Aber die Welt der Hobbyelektronik hat sich stetig von 5V zu 3,3V bewegt. Der Raspberry Pie und viele andere Boards, wie die auf ESP8266, ESP32 basierenden oder Boards wie das Particle Photon, arbeiten mit 3,3V-Logik an ihren Ein-/Ausgangspins.

Wenn wir den Sensor an 5V-Strom und gleichzeitig an 3,3V-Pins anschließen, beträgt der Ausgang des Echo-Pins ebenfalls 5V und zerstört höchstwahrscheinlich die 3,3V-Pins unserer Mikrocontroller-Platine. Wir könnten versuchen, einen HC-SR04 im Ist-Zustand an eine 3,3-V-Stromversorgung anzuschließen, und werden in der Lage sein, Messungen zu erhalten, aber leider sind diese oft viel ungenauer.

Die Lösung besteht darin, den Sensor weiterhin an 5 V VCC anzuschließen, aber sicherzustellen, dass das Echo-Signal, das den Mikrocontroller erreicht, nur 3,3 V hat, indem Sie einen Spannungsteiler mit zwei Widerständen erstellen. Zu unserem Glück benötigt der Trigger-Pin des HC-SR04 keine 5 V und akzeptiert auch die 3,3 V, die wir von den Pins unseres Mikrocontrollers erhalten.

Mit der obigen Beschreibung und den Links haben Sie höchstwahrscheinlich bereits genug Informationen, um einen Spannungsteiler als Teil Ihrer Schaltung auf einem Steckbrett zu erstellen und einen Ultraschallsensor korrekt anzuschließen.

Wenn Sie lernen möchten, wie Sie einen oder mehrere HC-SR04 so modifizieren, dass sie als eigenständige Einheiten ohne zusätzliche Schaltung 3,3 V-fähig sind, lesen Sie weiter unten.

Schritt 1: Was Sie brauchen

1. HC-SR04 Ultraschallsensor
2. Ein 4,7kΩ und ein 2,7kΩ Widerstand (oder eine beliebige Kombination von Widerständen im Bereich 1-50kΩ mit R1/(R1+R2) = ca. 0,66)
3. Lötgeräte
4. X-Acto-Messer (oder jedes andere Messer, das ähnlich scharf und spitz ist)
5. Akzeptable Lötfähigkeiten -- oder die Bereitschaft, einen HC-SR04 zu zerstören, während man etwas Neues ausprobiert:)
6. Optional: Lupe, Multimeter, Oszilloskop, Partikelcollider, …

Schritt 2: Finden Sie die Spur zum Echo-Pin und schneiden Sie sie ab

Schauen Sie sich die Platine des Sensors genau an (möglicherweise mit einer Lupe) und finden Sie die Spur, die zum Echo-Pin führt.

Hinweis: Ihr HC-SR04 hat möglicherweise ein anderes Leiterplatten-Layout (PCB) als das hier gezeigte! Die Leiterbahn kann sich auch auf der anderen Seite befinden (wenn eine Leiterbahn in einem runden Kreis endet, ist dies normalerweise eine Verbindung zur gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte).

Optional: Nehmen Sie Ihr Multimeter und überprüfen Sie, ob Sie die richtige Spur identifiziert haben, indem Sie auf Durchgang zwischen dem Echo-Pin und der Lötstelle prüfen, wo die Spur mit etwas auf der Platine verbunden ist. Es sollte null Ohm anzeigen.

Schneiden Sie die Spur mit dem Messer mehrmals vorsichtig an derselben Stelle ab. Achten Sie darauf, benachbarte Spuren nicht zu schneiden. Kratzen Sie dann die Spur ab, bis Sie zuerst das Metall sehen, dann sehen Sie, wie es verschwindet, und Sie sind sicher, dass keine Verbindung mehr besteht.

Hinweis: Wenn Sie die Spur nicht vollständig durchtrennen, liefert der Echo-Pin immer noch die vollen 5 Volt an den Pin Ihres Mikrocontrollers.

Optional: Überprüfen Sie mit dem Multimeter, ob Sie dieselbe Leiterbahn vollständig durchtrennt haben, indem Sie erneut den Durchgang zwischen dem Echo-Pin und der Lötstelle prüfen, an der die Leiterbahn mit etwas auf der Platine verbunden ist. Es sollte unendlich Ohm anzeigen (wenn es etwas im Mega-Ohm-Bereich anzeigt, ist das auch in Ordnung).

Schritt 3: Löten Sie 2,7 kΩ zwischen dem Echo-Pin und dem Ende seiner Spur

Wenn Sie es noch nicht getan haben, finden Sie heraus, wo die Spur des Echo-Pins (die Sie abgetrennt haben) direkt zu einem anderen Element führt, z. B. zu einem IC.

In meinem Beispiel ist es mit Pin 2 dieses Chips in der Mitte der Platine verbunden.

Schneiden und biegen Sie die Beine des 2,7kΩ-Widerstands so, dass sie genau zwischen dem Echo-Pin und dem anderen Anschluss passen.

Dann den Widerstand anlöten (das Reinigen der zu lötenden Teile und das Auftragen von Flussmittel wird wahrscheinlich auch nicht schaden).

Schritt 4: Löten Sie 4,7kΩ Widerstand zwischen Echo Pin und GND Pin

Schneiden und biegen Sie die Beine des 4,7kΩ-Widerstands so, dass sie zwischen dem Echo-Pin und dem GND-Pin (oder ihren Lötpunkten auf der Platine) passen, und löten Sie sie dort.

Optional: Verwenden Sie ein Multimeter, um den Widerstand zwischen den Anschlüssen zu überprüfen, um sicherzustellen, dass keine Kurzschlüsse vorliegen.

Extrem optional: Schließen Sie den Trigger-Pin an Ihre programmierte MCU an, schließen Sie den Echo-Pin noch nicht an und stellen Sie mit Ihrem Lieblingsoszilloskop sicher, dass das Echo-Signal 3,3 V und nicht 5 V beträgt. Okay, da mache ich zu 85 % Witze.:)

Sie sollten jetzt in der Lage sein, Ihren modifizierten Sensor an jeden 3,3-V-Mikrocontroller anzuschließen. Sie müssen es immer noch mit 5 Volt versorgen, aber viele Mikrocontroller-Boards (die einen Spannungsregler haben) akzeptieren auch 5 Volt, daher sollte dies in vielen Projekten gut funktionieren.

Zusätzlicher Bonus: Dieser modifizierte Sensor ist abwärtskompatibel mit 5V-Projekten, da die meisten 5V-Mikrocontroller (wie Arduino / ATMEGA) 3,3-V-Signale genauso interpretieren können wie 5V.