f32

Das f32 ist ein ultrakompaktes ESP32-Entwicklungsboard, das dafür entwickelt wurde, direkt hinter einer USB-C-Buchse montiert zu werden. Die Leiterplatte misst nur 9,85 mm x 8,45 mm. Es wird vom Mikrocontroller ESP32-C3FH4 angetrieben und wurde hauptsächlich für Forschung und als eine Art Belastungstest für den ESP32 entwickelt, da es bewusst viele Standard-Designrichtlinien ignoriert. Es gibt nur einen freiliegenden GPIO, und dieser ist mit einer integrierten LED verbunden, daher wäre die meiste Entwicklung hier eher auf WLAN/Web ausgerichtet.

Um das f32 zu testen, wurde eine Beispielanwendung erstellt, mit der Benutzer interagieren können. Die Anwendung verwandelt das f32 in ein Captive Portal, sodass es nach dem Einschalten als offener Zugangspunkt erscheint, den der Benutzer aus den verfügbaren WLAN-Netzwerken auswählen kann. Der Benutzer wird dann automatisch zur Steuerseite des f32 weitergeleitet, wo er mit einigen grundlegenden Funktionen interagieren kann, wie z. B. dem Einschalten einer LED oder dem Scannen nach umliegenden WLAN-Netzwerken. Es gibt auch eine Seite „Über“, die einen kleinen Überblick über das Gerät bietet. Unten sind einige Screenshots und ein GIF der Interaktion mit dem Gerät.

Hauptseite des Captive Portals.

WLAN-Suche und LED eingeschaltet.

Über-Seite.

GIF des f32 in Aktion.

Anfangs schien das f32 nicht funktionieren zu wollen. Ich konnte es weder mit Netzwerken verbinden noch ein eigenes Netzwerk ausstrahlen. Ich bin mir zu 100 % sicher, dass dies an der schlechten Antennenschaltung oder deren Fehlen liegt, aber es gelang mir, es funktionsfähig zu machen, nachdem ich eine zusätzliche winzige Antenne an der Chipantenne angebracht hatte, wie auf dem Bild unten zu sehen. Dies war nur ein Stück gebogener Draht, der an den äußeren Anschluss gelötet wurde und über dem ersten Anschluss schwebte.

Da ich keine ausgefallene Signaltestausrüstung habe, verließ ich mich auf einige manuelle Tests, z. B. ob ich mich noch mit dem Gerät verbinden und die LED steuern kann. Bei einem Test mit freier Sichtlinie, bei dem das f32 etwa 3 ft über dem Boden platziert war, konnte ich mich in etwa 120 ft Entfernung verbinden und Scans durchführen/die LED steuern! Dies ist in meiner äußerst notwendigen Darstellung unten zu sehen.

Aufbau des f32

Die Leiterplatte wurde mit DipTrace entworfen und von PCBWay mit einer Plattenstärke von 0,6 mm, einer Mindestlochgröße von 0,2 mm und einem Mindestleiterbahnbreite/-abstand von 4/4 mil hergestellt. Zum Zeitpunkt der Erstellung kostete es nur 10,75 $ für 5 Platten inklusive Versand! Das haut mich immer noch um. PCBWay bietet auch Bestückungsdienste an, aber ich habe mich entschieden, das zu Hause zu montieren und ein wenig zu leiden. Das erforderte bei so kleinen Teilen etwas Trial and Error, aber ich entschied, dass der beste Weg für mich darin besteht, die Schablone wegzulassen und Flussmittel zu meinem besten Freund zu machen.

Verwendete Werkzeuge & Teile:

• SRA Solder 135 Rosin Paste Soldering Flux
• Thin Kester Solder 63/37
• Pinecil Lötkolben
• Feine Lötspitze
• Rework-Station
• Löt-Heizplatte
• Digitalmikroskop oder Juwelierlupe
• Feine Pinzette (GEIZ NICHT BEI PINZETTEN! Eine gute Pinzette ist ein Gamechanger)
  

Schritte zum Bauen:

• Senden Sie die Gerber-Datei f32_gerber.zip im Ordner hardware an PCBWay mit den oben genannten Spezifikationen.
• Bestellen Sie die in f32_bom.pdf aufgeführten Komponenten. Diese Teile sind sowohl bei DigiKey als auch bei Mouser erhältlich, mit Ausnahme der Antenne. Ich erinnere mich nicht mehr, wo ich sie ursprünglich bestellt hatte, aber ich glaube, es handelt sich um CrossAir CA-C03.
  • ** Tipp: Bestellen Sie immer mehr, als Sie benötigen, besonders bei so kleinen Bauteilen.

01005-Widerstand

• Reinigen Sie die Leiterplatte gründlich mit 99 % Alkohol.
• Beginnen Sie mit der Oberseite (Antennenseite) und tragen Sie mit einem Zahnstocher eine dünne Schicht Flussmittel auf der gesamten Platte auf.
• Mit einem Lötkolben mit feiner Spitze etwas Lot auf die Spitze auftragen und dann über alle freiliegenden Pads gehen.
• Reinigen Sie die Platte erneut mit 99 % Alkohol und überprüfen Sie, ob alle Pads auf dieser Seite etwas Lot haben.
• Tragen Sie eine weitere dünne Schicht Flussmittel auf dieselbe Seite auf.
• Setzen Sie mit Pinzette und Mikroskop/Lupe die oberen Bauteile gemäß der Referenzanleitung f32_reference.pdf ein.
  • ** Tipp: Es hilft, die größeren Bauteile zuletzt zu platzieren.
• Bewegen Sie die Platte vorsichtig auf die Löt-Heizplatte oder verwenden Sie die Rework-Station, um das Lot wieder zu erhitzen und zu beobachten, wie die Bauteile an ihren Platz rutschen.
• Wiederholen Sie den Vorgang mit der Unterseite.
  • Die Unterseite muss mit einer Heißluft-Rework-Station bearbeitet werden, mit einer Heizplatte ist das nicht möglich.
  • Setzen Sie die USB-C-Buchse zuletzt ein. Dieses Bauteil kann mit einem Lötkolben gelötet werden, da es viel größer ist.
    • Hinweis: Am USB-C-Stecker muss eine kleine einfache Modifikation vorgenommen werden. Der Stecker hat auf der Rückseite zwei kleine Kunststoffnasen, die abgebrochen werden müssen. Dies kann mit einer X-Acto-Klinge oder einem flachen Schraubendreher erfolgen. Siehe Abbildung der Nasen unten.

USB-C-Nasen, die abgebrochen werden müssen.

• Reinigen Sie die gesamte Platte mit Alkohol und einer feinen Zahnbürste.

Flashen des f32

Nach der Montage können Sie die ESP-IDF-VSCode-Erweiterung oder Arduino verwenden und alles, was Sie möchten, auf das Board hochladen, oder Sie können meine Beispielanwendung mit den folgenden Schritten hochladen.

• Stellen Sie sicher, dass Sie sich im Basisverzeichnis dieses Repos befinden und Zugriff auf esptool.py haben.
• Stellen Sie sicher, dass Ihre esptool-Version mindestens v4+ ist.
• Führen Sie den folgenden Befehl aus und ersetzen Sie <PORT> durch den Port, mit dem das Gerät verbunden ist, z. B. unter Windows normalerweise etwa COM5 oder unter 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 

Wofür ist es gut?

Nun, das liegt ganz bei Ihnen. Ich habe dieses Projekt für persönliche Forschung und auch als unterhaltsame Lernerfahrung gestartet. Ich hatte schon immer ein Projekt gewollt, das 01005-Bauteile verwendet, seit ich vor einigen Jahren versehentlich welche bestellt hatte. Was auch immer Sie damit machen möchten, bitte beachten Sie, dass dieses Design bewusst mehrere grundlegende Komponenten vernachlässigt, wie z. B. ordnungsgemäße Entkopplungskondensatoren, eine Antennenanpassungsschaltung, USB-Abschlusswiderstände und wahrscheinlich noch mehr. Es funktioniert, ist aber bewusst nackt.

Zukünftige Ideen

• Mehr GPIOs an den Seiten der Leiterplatte herausführen, um sie zu einer montierbaren Leiterplatte zu machen.
• Antennenschaltung verbessern.

Zum Schluss noch ein lustiger Zufall: Der ESP32-Chip, die Antenne und der LDO sind alle „C3“-Modelle!