#Guide. Concevoir, fabriquer et assembler des circuits et PCB pour projets DIY à base d’ESP32 ou ESP8266

Il y a quelques semaines, je vous ai présenté cette carte de développement qui permet de réaliser du prototypage et même de petits projets (sans vibration) à base de modules ESP32. Les cartes de développements à base d’ESP32 peuvent être assez encombrantes. Même la nouvelle Wemos LoLin Lite mesure environ 40 x 25mm. Cette carte de test et développement reste assez chère (environ 15€) ce qui peut en limiter l’intérêt par rapport à une carte de développement traditionnelle (on peut trouver la dernière Wemos Lolin Lite pour moins de 4,80€). Le module ESP32 est maintenu sur la plaque de développement par un système de pattes élastiques en cuivre. Le module est maintenu en place durant la phase de développement. Si votre projet ne soumet pas le module à des vibrations ou des chocs, il ne devrait pas être nécessaire de souder le module sur la platine de test. Le module est programmable depuis l’IDE Arduino comme toutes les autres cartes de développement ESP32 à l’aide du port micro-USB.

Pourquoi utiliser le modules ESP32 ou ESP8266 plutôt qu’une carte de développement

Si vous avez besoin de gagner de la place pour vos projets DIY à base d’ESP32, rien ne vous empêche d’utiliser directement les modules ESP32. Cette carte est également très bien adaptée si vous avez de petites séries d’objets connectés à fabriquer. Elle est actuellement en promo chez Banggood au prix de 13,20€ (jusqu’au 20 janvier). Elle est également disponible chez d’autres marchands en ligne.

Le module ESP32 devra être acheté séparément.

Il existe également des adaptateurs beaucoup plus abordables sur lequel on viendra souder (ou plutôt braser) le module ESP32.

Spécifications techniques du module ESP32 (ESP-WROOM-32)

L’ESP32 est une évolution importante de l’ESP8266. En plus du WiFi, elle apporte le support du Bluetooth basse énergie (4.0 LE). Elle corrige également le manque d’entrées/sorties. On dispose maintenant de 32 E/S dont 26 digitales et 18 analogiques (toujours avec une tension admissible maximale de 3.3V). On pourra également utiliser des écrans tactiles pour créer des interfaces homme/machine à base d’ESP32 (broches Touch 0 à 9). Pour le moment, la plupart des modules sont proposés avec 4MB de mémoire flash mais la puce peut supporter jusqu’à 16MB.

  • Module ESP32 : ESP-WROOM-32 d’Espressif.
    • Microprocesseur dual core cadencé à 240MHz équipé de
    • 4MB de mémoire flash SPI. Support jusqu’à 16MB de mémoire flash
  • Connectivité
    • WiFi 802.11 b/g/n.
      • Sécurité WEP, WPA/WPA2 PSK/Enterprise.
      • Puce cryptographique intégrée prenant en charge les algortithmes AES/SHA2/Elliptical Curve Cryptography/RSA-4096
      • Puissance maximale pour le transfert de données : 19.5 dBm@11b, 16.5 dBm@11g, 15.5 dBm@11n
      • Sensibilité max. de réception : -97 dBm
    • Bluetooth 4.0 LE
  • 32 Entrées/Sorties
    • 26x E/S digitales (3.3V). Toutes les sorties peuvent être PWM
    • 18x entrées analogiques
    • 3x UART
    • 3x SPI
    • 2x I2S
    • 2x DAC
    • 2x I2C
  • Consommation en mode sommeil (Deep Sleep mode) : 5 μA
  • Capteurs intégrés
    • Effet Hall
    • 10x entrées pour interface tactile capacitive

Repérage des broches des modules ESP32 (pinout)

Concevoir gratuitement un circuit et le PCB avec Fritzing

Pour réaliser vos circuits, voici quelques logiciels gratuits pour concevoir vos PCB. Nous allons commencer par Fritzing. Vous l’avez probablement rencontré sans le savoir sur de très nombreux tutoriels Arduino et Raspberry Pi. Il est très largement utilisé par les makers pour réaliser les schémas de câblage. C’est d’ailleurs Fritzing que j’utilise pour préparer les schémas des tutoriels de Projets DIY. Ce qu’on sait moins, c’est que Fritzing permet également de préparer la vue schématique du circuit et de concevoir le circuit imprimé PCB. Vous pouvez même développer du code Arduino sous Fritzing. Fritzing ne supporte toutefois que les cartes Arduino et Picaxe. Allez sur cette page pour téléchargez la version de Fritzing adaptée à votre système.

Voici un petit exemple de circuit qui met en oeuvre un module ESP32 avec une sonde DS18B20 (vous pouvez télécharger le fichier original pour tester). Evidemment, on pourra faire exactement la même chose avec un module ESP8266 à souder, l’ESP32 étant sur-dimensionné pour un projet aussi simple ! Pour alimenter le circuit, j’ai simplement ajouté un connecteur mini-USB de type B. C’est d’ailleurs un point critique, comme il existe une multitude de connecteurs USB, le repérage des broches est assez délicat. j’ai également observé une différence entre le repérage sur les différentes vues. Il est conforme aux spécifications sur la platine d’essai et sur la vue schématique (broche 1 pour VCC et 4 pour le GND), mais l’auto-routage utilise la broche 3 pour +5V.

fritzing esp32 ds18b20 iot schema

En passant à la vue schématique, on peu repérer plus facilement les broches de chaque composant et vérifier facilement le circuit. Le choix des couleurs se fait manuellement comme sur la platine d’essai.

fritzing esp32 ds18b20 iot circuit

Il ne reste plus qu’à positionner correctement chaque composant et optimiser la taille du PCB. Le prix du circuit étant proportionnel à la taille bien évidemment.

fritzing esp32 ds18b20 iot pcb

Une fois que vous avez positionné correctement les composants, vous pouvez laisser Fritzing s’occuper de tracer les pistes en appuyant sur la fonction d’autoroutage disponible dans le bas de l’écran.

fritzing autoroutage

Il est possible de déplacer manuellement les pistes pour obtenir un tracé plus “propre”. Les circuits générés (et fabriqués) par Fritzing sont double-face. Il est possible d’envoyer une piste sur l’autre face depuis le menu contextuel (clic droit).

fritzing deplacer piste face superieure

Une fois le circuit terminé, cliquez sur Faire fabriquer. Vous êtes automatiquement redirigé vers le site d’Aisler, la société issue du FabLab Fritzing. C’est elle qui se charge maintenant de la production des circuits imprimé à la demande. Glissez votre fichier fzz directement dans le champ de téléchargement sur le navigateur.

fritzing upload pcd design

La quantité minimale de fabrication semble être de 3 circuits. Pour ce circuit de 53.5 x 25.8 mm, le prix de fabrication s’élève à 11,55€.

 

Un rendu du PCB qui sera fabriqué

fritzing esp32 iot pcb

Comment souder le module ESP32 sur un adaptateur ou un PCB

L’opération de soudure ou plus précisément de brasage est assez délicate. Vu l’espace entre chaque broche, venir souder le module ESP32 avec un fer à souder traditionnel relève du défit. Il existe des stations de soudure à air chaud pour composants CMS ou SMD. Le fil d’étain est remplacé par une pâte à braser. Voici le matériel de base à acheter :

Vous pouvez également commencer par vous exercer en achetant un kit d’apprentissage.

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Quelques vidéos pour apprendre à souder par refusion

Commençons par cette vidéo de U=RI qui explique très bien comment préparer le circuit, placer les composants (avec un microscope) et braser avec une buse à air chaud.

Ou celle-ci.

Ou celle-ci (désolé pour la qualité audio) avec un fer à souder traditionnel et du fil d’étain si vous ne voulez pas investir dans du matériel spécifique.

Si votre budget est vraiment illimité, vous pouvez investir dans un four à refusion (owen furnace). Vous pouvez lire cet article très intéressant utilisé par akila du blog faire-ca-soi-meme pour fabriquer le circuit de la passerelle domotique Zigate.

 

Dans le cadre d’un hobby, la fabrication d’objets connectés reste donc encore assez onéreuse mais c’est le prix à payer pour avoir des projets parfaitement adaptés à vos besoins. Sans compter le prix des composants au détail, l’investissement en matériel est assez important. Si vous avez des projets spécifiques, vous pouvez peut être vous rapprocher d’un Fablab à proximité de votre domicile. Il existe plusieurs annuaires en ligne. L’annuaire http://www.makery.info/map-labs/ recense des nombreux fablab dans le monde y compris en France, Suisse, Belgique et Luxembourg.

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Tags:

Projets DIY - Domotique et objets connectés à faire soi-même