f32

f32 هي لوحة تطوير ESP32 فائقة الصغر مصممة للتثبيت مباشرة خلف مقبس USB-C. تبلغ أبعاد لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) 9.85 مم × 8.45 مم فقط. تعمل بواسطة المتحكم الدقيق ESP32-C3FH4، وقد أُنشئت في المقام الأول لأغراض البحث وكتجربة ضغط على ESP32، لأنها تتجاهل عمدًا العديد من إرشادات التصميم القياسية. يوجد منفذ GPIO واحد مكشوف فقط، وهو متصل بمصباح LED مدمج، لذا فإن معظم التطوير هنا سيكون موجهًا أكثر نحو WiFi/الويب.

لاختبار f32، أُنشئ تطبيق مثال يمكن للمستخدمين التفاعل معه. يحوّل التطبيق f32 إلى بوابة أسيرة (Captive Portal)، فعند تشغيله سيظهر كنقطة وصول مفتوحة يمكن للمستخدم اختيارها من شبكات WiFi المتاحة. ثم يتم توجيه المستخدم تلقائيًا إلى صفحة التحكم في f32 حيث يمكنه التفاعل مع بعض وظائفه الأساسية مثل تشغيل LED أو فحص شبكات WiFi المحيطة. توجد أيضًا صفحة "حول" توفر نظرة عامة صغيرة على الجهاز. فيما يلي بعض لقطات الشاشة وصورة GIF للتفاعل مع الجهاز.

الصفحة الرئيسية للبوابة الأسيرة.

بحث WiFi مع تشغيل LED.

صفحة حول.

صورة GIF لـ f32 أثناء العمل.

في البداية، بدا أن f32 لا يريد العمل. لم أتمكن من توصيله بأي شبكة أو بث شبكته الخاصة. أنا متأكد 100% أن السبب هو ضعف دائرة الهوائي أو غيابها، لكنني تمكنت من جعله يعمل بعد إضافة هوائي صغير إضافي على هوائي الرقاقة (Chip Antenna) كما يظهر في الصورة أدناه. كان هذا مجرد قطعة سلك مثنية ملحومة بالطرف الأخير وتطفو فوق الطرف الأول.

نظرًا لعدم امتلاكي معدات اختبار إشارات متطورة، اعتمدت على بعض الاختبارات اليدوية مثل التحقق مما إذا كان بإمكاني الاستمرار في الاتصال بالجهاز والتحكم في LED. في اختبار بخط رؤية واضح مع وضع f32 على ارتفاع حوالي 3 أقدام عن الأرض، تمكنت من الاتصال وإجراء عمليات الفحص/التحكم في LED على مسافة حوالي 120 قدمًا! ويمكن رؤية ذلك في الرسم التوضيحي شديد الضرورة أدناه.

بناء f32

صُممت لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) باستخدام DipTrace وصُنعت بواسطة PCBWay بسماكة لوح 0.6 مم، وحد أدنى لقطر الثقوب 0.2 مم، وحد أدنى لعرض المسارات/المسافات 4/4mil. في وقت صنع هذا، كانت التكلفة 10.75 دولارًا فقط لخمس لوحات مع الشحن! ما زال هذا يذهلني. توفر PCBWay أيضًا خدمات التجميع، لكنني اخترت تجميع هذا في المنزل وأعاني قليلًا. تطلب هذا بعض التجربة والخطأ مع هذه المكونات الصغيرة جدًا، لكنني قررت أن أفضل طريقة بالنسبة لي هي التخلي عن الاستنسل وجعل مادة التدفق (Flux) صديقي المفضل.

الأدوات والقطع المستخدمة:

• SRA Solder 135 Rosin Paste Soldering Flux
• Thin Kester Solder 63/37
• Pinecil Soldering Iron
• Fine Soldering Iron Tip
• Rework Station
• Soldering Hotplate
• مجهر رقمي أو عدسة مكبرة للمجوهرات
• ملقط ذو رأس دقيق (لا تبخل في شراء الملاقط! فالملقط الجيد يغير قواعد اللعبة)
  

خطوات البناء:

• أرسل ملف Gerber f32_gerber.zip الموجود في مجلد hardware إلى PCBWay بالمواصفات المذكورة أعلاه.
• اطلب المكونات المذكورة في f32_bom.pdf. يمكن العثور على هذه القطع في كل من DigiKey وMouser باستثناء الهوائي. لا أتذكر أين طلبتها في الأصل، لكنني أعتقد أنها من نوع CrossAir CA-C03.
  • ** نصيحة: اطلب دائمًا أكثر مما تحتاج، خاصة مع مكونات بهذا الصغر.

مقاومة 01005

• نظّف اللوحة جيدًا جدًا باستخدام كحول 99%.
• بدءًا بالجانب العلوي (جانب الهوائي)، ضع طبقة رقيقة من مادة التدفق (Flux) على كامل اللوحة باستخدام عود أسنان.
• باستخدام مكواة لحام ذات رأس دقيق، ضع بعض اللحام على الرأس ثم مرّرها على جميع الوسادات المكشوفة.
• نظّف اللوحة مرة أخرى بكحول 99% وتأكد من وجود لحام على جميع وسادات هذا الجانب.
• ضع طبقة رقيقة أخرى من مادة التدفق على نفس الجانب.
• باستخدام الملقط والمجهر/العدسة المكبرة، ابدأ بوضع مكونات الجانب العلوي باتباع الدليل المرجعي f32_reference.pdf.
  • ** نصيحة: وجدت أن وضع المكونات الأكبر حجمًا أخيرًا يساعد.
• انقل اللوحة برفق إلى صفيحة اللحام الساخنة أو استخدم محطة إعادة العمل لإعادة تسخين اللحام وشاهد المكونات تهتز لتستقر في أماكنها.
• كرر ذلك مع الجانب السفلي.
  • يجب تنفيذ الجانب السفلي باستخدام مسدس هواء ساخن لإعادة العمل، إذ لا يمكن ذلك باستخدام الصفيحة الساخنة.
  • ضع مقبس USB-C أخيرًا. يمكن لحام هذه القطعة باستخدام مكواة اللحام لأنها أكبر بكثير.
    • ملاحظة: يجب إجراء تعديل بسيط وصغير على موصل USB-C. يحتوي الموصل على سنّين بلاستيكيين صغيرين في الجهة الخلفية يجب كسرهما، ويمكن القيام بذلك باستخدام شفرة x-acto أو مفك مسطح. انظر صورة الألسنة بالأسفل.

سنون USB-C التي يجب كسرها.

• نظّف اللوحة بالكامل باستخدام الكحول وفرشاة أسنان ناعمة.

وميض f32

بعد التجميع، يمكنك استخدام إضافة ESP-IDF لـ VSCode أو Arduino ورفع ما تشاء إلى اللوحة، أو يمكنك رفع تطبيق المثال الخاص بي باستخدام الخطوات أدناه.

• تأكد من أنك في الدليل الأساسي لهذا المستودع ولديك إمكانية الوصول إلى esptool.py.
• تأكد من أن إصدار esptool لديك هو v4+.
• شغّل الأمر التالي مع استبدال <PORT> بأي منفذ يتصل به الجهاز، أي على Windows عادةً ما يكون شيئًا مثل COM5 أو على Linux /dev/ttyACM0

esptool.py -p <PORT> -b 460800 --before default_reset --after hard_reset --chip esp32c3 write_flash --flash_mode dio --flash_freq 80m --flash_size 2MB 0x0 firmware/bootloader.bin 0x10000 firmware/f32_internal.bin 0x8000 firmware/partition-table.bin 

فيمَ يُستخدم؟

حسنًا، الأمر متروك لك لتقرر. بدأت هذا المشروع لبعض الأبحاث الشخصية وأيضًا كتجربة تعلم ممتعة. لطالما أردت مشروعًا يستخدم مكونات 01005 منذ أن طلبت بعضها عن طريق الخطأ قبل سنوات. مهما كان الغرض الذي تختاره لاستخدامه، يرجى ملاحظة أن هذا التصميم يتجاهل عمدًا العديد من المكونات الأساسية مثل مكثفات الفصل المناسبة، ودائرة مطابقة الهوائي، ومقاومات إنهاء USB، وربما المزيد. إنه يعمل بالفعل، لكنه عمدًا شبه عارٍ.

أفكار مستقبلية

• إتاحة المزيد من منافذ GPIO على جانبي لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لجعلها لوحة قابلة للتثبيت.
• تحسين دائرة الهوائي.

أخيرًا، صدفة طريفة: شريحة ESP32 والهوائي وLDO كلها من طرازات "C3"!