บอร์ดควบคุมและขับมอเตอร์ที่รวม ESP32-S3 และ TMC2209 สำหรับแอปพลิเคชัน IoT

PD Stepper เป็นบอร์ดควบคุมและขับมอเตอร์แบบสเตปมอเตอร์ NEMA 17 ที่ใช้พลังงานจาก USB Power Delivery ซึ่งรวมไมโครคอนโทรลเลอร์ไร้สาย ESP32-S3, ตัวขับมอเตอร์ Trinamic TMC2209 ที่ทำงานเงียบมาก และส่วนประกอบอื่นๆ ไว้บนบอร์ดเดียวกัน สำหรับการใช้งานในสมาร์มโฮมและระบบอัตโนมัติ

Josh R. ผู้ผลิตกล่าวว่า PD Stepper ไม่ใช่โครงการที่ทำเพียงเพื่อความสนุกสนานเท่านั้น แต่เป็นการตอบสนองความต้องการของโมดูลขับมอเตอร์และควบคุมที่รวมไว้ในตัวเดียว ซึ่งสามารถใช้ในดีไซน์ที่เล็กกะทัดรัดหรือจำกัดพื้นที่

ESP32-S3 SoC ควบคุมส่วนประกอบอื่นๆ บนบอร์ดและให้การเชื่อมต่อแบบไร้สาย รวมถึงการเข้าถึงเครื่องมือพัฒนาและไลบรารี เช่น ESPHome และ ESP-Now, ไดรเวอร์มอเตอร์ IC ของ Analog Devices คือ Trinamic TMC2209 มีการควบคุมมอเตอร์สองเฟสที่มีประสิทธิภาพและไม่มีเสียง ส่วนประกอบอื่นๆ บนบอร์ดรวมถึงเซ็นเซอร์ตำแหน่งหมุนแม่เหล็ก AS5600, ตัวแปลงแรงดัน 3.3V buck, คอนเนคเตอร์ Qwiic/Stemma QT, คอนเนคเตอร์มอเตอร์, และคอนเนคเตอร์ AUX ที่สามารถส่ง/รับสัญญาณ I2C, serial UART และสัญญาณอื่นๆ

คอนเนคเตอร์ USB-C บนบอร์ดรองรับ Power Delivery และสามารถจ่ายพลังงานได้สูงสุด 50W ให้กับมอเตอร์สเต็ปเปอร์ที่เชื่อมต่อผ่านตัวขับมอเตอร์ TMC2209

Wi-Fi (เช่น ESPHome, ESP-NOW หรือผ่านเว็บเซิร์ฟเวอร์) เป็นวิธีหลักในการควบคุม PD Stepper แต่ยังสามารถควบคุมผ่านคอนเนคเตอร์ AUX, I2C, UART, หรือ BLE ได้ PD Stepper หลายตัวสามารถเชื่อมต่อแบบ Daisy Chain และควบคุมด้วยเซนเซอร์

สเปคของ PD Stepper:

SoC – ไมโครคอนโทรลเลอร์ ESP32-S3, Dual-core Tensilica LX7 ความเร็วสูงสุด 240 MHz, SRAM 512KB, Wi-Fi 2.4GHz และ BLE
การควบคุมมอเตอร์
- Analog Devices TMC2209 stepper motor driver
  - ช่วงแรงดันไฟ – 4.75V ถึง 29V DC
  - อินเทอร์เฟส STEP/DIR และ UART
  - จ่ายพลังงานได้สูงสุด 50W ขับมอเตอร์สเต็ปเปอร์
- ตัวหมุน Rotary Encoder แบบแม่เหล็ก AMS AS5600
การขยาย – คอนเนคเตอร์ Qwiic/Stemma QT JST SH, คอนเนคเตอร์มอเตอร์ JST PH 4-pin, AUX
อื่นๆ – ปุ่ม 3 ปุ่ม, LED 4 ดวง (2 ดวงสามารถโปรแกรมได้), เซนเซอร์อุณหภูมิมอเตอร์
พลังงาน
- 5V, 9V, 12V, 15V หรือ 20V ผ่าน USB Power Delivery (เลือกได้ทั้งซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์)
- ตัวแปลงแรงดัน 3.3V buck บนบอร์ด
ฟอร์มแฟกเตอร์ – ติดตั้งกับสเตปมอเตอร์ NEMA 17 มาตรฐาน

การใช้งาน/การใช้งานที่เป็นไปได้ ได้แก่ ระบบอัตโนมัติภายในบ้านด้วย ESPHome และ Home Assistant, การควบคุมแบบปิดลูปด้วยอินพุต STEP/DIR, การคัดลอกตำแหน่งไร้สายจากตัวเข้ารหัสไปยังมอเตอร์อื่น, และการเลื่อนกล้องด้วยเว็บอินเตอร์เฟสสำหรับการควบคุมและการตั้งบ้านแบบไม่ใช้เซนเซอร์ อุปกรณ์ที่คล้ายกันที่เราได้กล่าวถึงไปแล้ว ได้แก่ โมดูลขับมอเตอร์ FOCn, ODrive Micro และ บอร์ด SwarmDrive

PD Stepper บอร์ดควบคุมและขับมอเตอร์แบบรวม เป็นโอเพ่นซอร์สอย่างสมบูรณ์ โดยมีผังวงจร, ไฟล์ Gerber และไฟล์ 3D ที่เผยแพร่ต่อสาธารณะใน GitHub repository ซอฟต์แวร์ยังอยู่ในระหว่างการพัฒนา แต่คุณสามารถพบไฟล์การกำหนดค่า ESPHome และโค้ดตัวอย่าง Arduino ใน repository เดียวกัน

สามารสั่งซื้อแบบ pre-order ในราคา $61(~2,000฿) สำหรับชุดเต็มและ $48(~1,600฿) สำหรับชุดบางส่วน ซึ่งประกอบด้วยบอร์ด PD Stepper, อุปกรณ์ติดตั้ง, สายมอเตอร์, ตัวหมุน Encoder แบบแม่เหล็ก, และฮีทซิงค์ขนาดเล็ก ขณะที่ชุดเต็มจะมีการเพิ่มเคสพลาสติกโพลีคาร์บอเนต, แผ่นกระจายความร้อนอลูมิเนียม, และฮีทซิงค์ขนาดใหญ่ คาดว่าจะเริ่มจัดส่งตั้งแต่เดือนตุลาคม 2024

แปลจากบทความภาษาอังกฤษ : Integrated motor driver and controller bundles ESP32-S3 and TMC2209 for IoT applications