Hardware

Micro

De documentatie van de printplaat kan hier gevonden worden. De printplaat ziet eruit als volgt:

3D

ESP32

Het centrale element in ons project is een ESP32. Verschillende pinnen voorzien we van pull-up weerstanden van 10k en/of ontladingscondensatoren van 100nF. De 3.3V voeding voorzien we van een ontladingscondensator. De twee buttons (enable en boot) worden voorzien van zowel ontladingscondensatoren, als pull-up weerstanden. Ook GOI5-pin wordt voorzien van een pull-up weerstand, aangezien deze continu HIGH mag zijn gedurende de boot. Ook de Tx-pin moet hoog blijven, dus ook deze wordt voorzien van een pull up weerstand. Het LED-lichtje dat aan pin 12 hangt, is een controle-LED die gebruikt kan worden om te controleren of de ESP32 een goede connectie maakt na het solderen. De andere componenten worden verder besproken.

Low Drop-Out regulator

Zoals gezegd wordt de ESP32 gevoed met een spanning van 3.3V. De display daarentegen moet gevoed worden met 5V. Om 5V te geven aan de elementen die het nodig hebben, maken we dus gebruik van een micro-USB en een powerbank om de volledige PCB-plaat te kunnen voeden. De micro-USB wordt rechtstreeks gekoppeld met de display. Voor de andere elementen die gebruik maken van 3.3V wordt een LDO (Low Drop-Out regulator) voorzien. Via een interne transistor, een MOSFET en twee weerstanden, zet een LDO 5V om naar 3.3V. Zoals te zien op de schakeling, heeft de micro-USB meerdere mogelijke pinnen. Deze zouden kunnen gebruikt worden voor verzenden (Tx) en ontvangen (Rx) van data. Voor het programmeren van de ESP wordt er opnieuw gebruik gemaakt van de UART bridge en zijn voorziene pinheaders.

Levelshifters

De outputpinnen van de ESP32 kunnen maximum 3.3V doorgeven. Om voldoende sterke signalen te geven aan de twee displaypinnen (SDA en SCL), moeten dus levelshifters worden voorzien. Deze levelshifters zullen 3.3V vanuit de ESP32 omzetten naar 5V voor de display.

Display

Voor de display gebruiken we I2C communcatie. Deze communicatie is gebaseerd op een master-slave principe. Dit principe laat toe om meerdere masters en meerdere slaven met elkaar te laten communiceren. Elke slave moet softwarematig geïdentificeerd worden. Wanneer data vanuit de master wordt gestuurd naar de slave, zal elke slave controleren of het adres waarnaar verstuurd wordt overeenkomt met het eigen adres. In dit project is maar één master (ESP32) en één slave (display) nodig.

De SCL-pin wordt gebruikt om het kloksignaal te communiceren van de master naar de slave. SDA communicatie (data-communicatie) is bidirectioneel. Langs deze lijn wordt data bit per bit gecommuniceerd.

I2C is synchroon, de bitoutput wordt dus synchroon, volgens het kloksignaal over SCL doorgegeven. De data wordt doorgegeven in berichten. Deze berichten worden opgedeeld in een vaste lengte van acht bits, genaamd frames. De messages bevatten ook start en stop condities, read/write bits, acknowledge/NACK tussen bits… De read/write bit wordt aan het einde van de frame toegevoegd, het laat aan de slave weten of het data wil lezen of schrijven.

Pin headers

De verschillende pin headers zorgen voor de aansluiting van de externe componenten. We gebruiken vrouwtjes zodat de pinnen niet kunnen plooien als de PCB verplaatst wordt.

• De display maakt gebruik van I2C communicatie. Hiervoor maken we gebruik van de SDA- en SCL-poorten. De SCL-poort zorgt voor de transmissie van het kloksignaal. Via de SDA-poort sturen we data van en naar de ESP32, vanuit de display. Deze twee poorten zijn active low. Daarom werden pull-up weerstanden van 4k7 voorzien op het display zelf (ze dienen dus niet toegevoegd te worden op de zelfgemaakte display).
• De program header wordt, naast Tx en Rx kanalen, voorzien van een voeding. Deze aansluiting kan gebruikt worden wanneer de micro-USB nog niet werd gesoldeerd op de PCB-plaat. Verder hebben deze twee pinnen geen functie.
• Ook voorzien we pinheaders voor een button, deze button is niet enorm stabiel; bouncing bij het indrukken en loslaten. Dit wordt softwarematig opgelost.
• De laatste pinheader zal zorgen voor de connectie tussen de microfoon en de ESP32. De microfoon wordt voorzien van een potentiometer. Hoe lager de weerstand van de potentiometer, hoe gevoeliger de mcirofoon zal zijn.

Speaker

3D

De documentatie van de printplaat kan via volgende link geraadpleegd worden. Een 3D render van de printplaat ziet er als volgt uit:

ESP32

Voeding

Voor het voeden van deze gehele schakeling wordt er gebruik gemaakt van een power bank van 5V, het aansluiten van deze powerbank gebeurt via een micro usb poort. Deze 5V wordt gebruikt om de versterker (LM386), intern op de schakeling, rechtstreeks te voeden. Voor de ESP32 zelf volstaat een spanning van 3.3V. Dit wordt omgezet aan de hand van een DC spanningsregelaar (LDO). De schakeling kan dan uiteindelijk geprogrammeerd worden met behulp van een UART-bridge en de voorziene pinheaders.

Low Drop-out Regulator (LDO)

USB

Versterker

Voor het afspelen van de rinkeltoon is er een versterking nodig (Pin 25 schema). Er wordt hiervoor gebruik gemaakt van een LM386 (IC). Deze schakeling wordt geïmplementeerd op de PCB. Om de versterking van deze versterker te regelen wordt er nog een potentiometer geplaatst. De ‘beep’ tonen afkomstig van de morse worden afgespeeld via de tweede luidspreker. Hierbij maken we gebruik van een laag-ohmige luidspreker. Deze luidspreker vergt geen versterker aangezien de morse code slechts hoorbaar hoeft te zijn vanaf enkele centimeters. Zoals reeds vermeldt werden beide audio fragmenten eerst via dezelfde luidspreker afgespeeld. Later werd dan beslist om dit op te splitsen zodat het volume van de twee niet meer afhankelijk waren van elkaar. Er zijn dus geen pinheaders voor de luidspreker die in de telefoon zit voorzien. Dit werd opgelost door de luidspreker rechtstreeks aan de ESP te solderen.

Overzicht

Speaker

Micro