Conception d'un contrôleur ESP32 avec stockage SD et affichage OLED
Carte contrôleur Machine That Draws
Projet de conception d'une carte électronique complète pour piloter des moteurs pas-à-pas, intégrant ESP32, lecteur SD, écran OLED et drivers A4988.
Logiciels :
Ce projet s’inscrit dans la continuité du projet Machine that draws que vous avez réalisé précédemment. L’objectif est de concevoir et fabriquer une carte électronique dédiée pour remplacer le contrôleur de drivers.
La carte intégrera :
À l’issue de ce projet, vous serez capables de :
Ce projet se réalise avec les mêmes équipes que le projet Machine that draws. Organisez-vous pour répartir les tâches : conception schématique, routage PCB, firmware, tests et documentation. La collaboration est essentielle à la réussite du projet.
La carte doit permettre de :
Piloter 2 moteurs pas-à-pas (axes X et Y) via drivers A4988
| Paramètre | Valeur | Remarques |
|---|---|---|
| Alimentation moteurs | 12V ou 24V DC | Alimentation externe pour moteurs |
| Alimentation servomoteur et ESP32 | 5V | Fournie par le régulateur R-78E5.0-1.0 |
| Logique | 3.3V | Fournie par le régulateur de la carte ESP32 |
| Courant moteurs | 0.5A à 1.5A par phase | Réglable via Vref |
| Interface I2C | SDA=GPIO8, SCL=GPIO9 | Écran OLED |
| Interface SPI | SPI2 (GPIO 18/19/11/5) | Carte SD |
| GPIOs fins de course | GPIO 1, 2, 3, 4 | Limit switches |
| Microcontrôleur | ESP32 S3 UNO | Board : esp32-s3-devkitc-1 |
| Dimensions PCB | Format shield arduino uno | Pour faciliter l’intégration avec l’ESP32 format Arduino UNO |
| Connecteurs | Screw terminals | Bouton arrêt urgence |
| Connecteurs | Barrel Jack | Alimentation |
| LEDs | SMD 1206 | Témoins d’alimentation |
| Désignation | Référence | Quantité | Remarques |
|---|---|---|---|
| ESP32 S3 UNO | ESP32 S3 UNO | 1 | - |
| Driver A4988 (module) | StepStick compatible | 2 | - |
| Écran OLED 0.96” I2C | SSD1306 128×64 | 1 | - |
| Socket SD push-push | - | 1 | - |
| Moteur NEMA 17 | - | 2 | - |
| Régulateur 5V | R-78E5.0-1.0 | 1 | - |
| Limit switches (fins de course) | Microswitch mécanique | 2 | X min, X max, Y min, Y max |
| Désignation | Valeur | Package | Quantité | Remarques |
|---|---|---|---|---|
| Condensateur céramique | 100nF | 1206 SMD | 10 | Découplage |
| Condensateur électrolytique | 100µF 35V | Radial | 2 | Alimentation moteurs |
| Condensateur céramique | 10µF | 1206 SMD | - | Découplage VDD |
| Résistance pull-up | 10kΩ | 1206 SMD | - | I2C (SDA, SCL), SD (CS, MISO) |
| Désignation | Type | Quantité | Remarques |
|---|---|---|---|
| Connecteur alimentation | Barrel Jack | 1 | VMOT (12-24V) + GND |
| Bouton arrêt urgence | Bornier à vis 2 pôles (5mm) | 1 | - |
| Connecteur limit switches | Pin header femelle (2.54mm) 3 pôles | 2 | Signal, GND, 3.3V |
| Pin headers mâle | Header (2.54mm) | 2 | 1A, 1B, 2A, 2B |
| Pin headers mâle | Header (2.54mm) | - | Connexion ESP32 |
Objectif : Valider le fonctionnement d’un driver A4988 avec un moteur NEMA 17.
Tâches :
Livrables : Photo du montage dans votre projet machine that draws
Objectif : Afficher du texte et des graphiques sur l’OLED.
Tâches :
Livrables : Documentation du prototypage (photos + code + résultats des tests) dans votre projet machine that draws
Objectif : Définir l’architecture globale avant de dessiner le schéma.
Tâches :
Avant de commencer le schéma, importez la librairie KiCad du Makerspace Amiens. Elle référence les composants disponibles en stock (ESP32, A4988, SSD1306, connecteurs, passifs…) et vous évitera de chercher ou créer des symboles manuellement. Consultez le tutoriel KiCAD - Importer des librairies avant de démarrer l’étape 2.2.
Objectif : Dessiner le schéma complet dans KiCad Eeschema.
Tâches :
Livrables : Fichier KiCad schématique (.kicad_sch) + PDF du schéma dans votre projet machine that draws
Objectif : Détecter les erreurs avant le routage.
Tâches :
Objectif : Associer chaque composant à son empreinte physique.
Tâches :
Objectif : Router le PCB en respectant les contraintes.
Tâches :
Livrables : Fichier KiCad PCB (.kicad_pcb) dans votre projet machine that draws
Objectif : Générer les fichiers de fabrication et commander les PCB.
Tâches :
Livrables : Archive des fichiers Gerber (.zip) dans votre projet machine that draws
Objectif : Assembler la carte PCB.
Tâches :
Livrables : Photos du PCB assemblé (recto + verso)
Objectif : Vérifier l’absence de court-circuit avant la mise sous tension.
Tâches :
Livrables : Rapport de tests (mesures électriques + photos)
Objectif : Valider le fonctionnement complet de la carte.
Tâches :
Livrables : PCB fonctionnel + vidéo de démonstration + documentation technique complète (README, schémas, BOM, code source)
Pour programmer l’ESP32 S3 UNO, utilisez la configuration suivante dans votre fichier platformio.ini :
[env:esp32-s3-devkitc-1]
platform = espressif32
board = esp32-s3-devkitc-1
framework = arduino
monitor_speed = 115200
L’ESP32 S3 UNO est basé sur la variante ESP32-S3 au format Arduino UNO. Il est important d’utiliser cette configuration spécifique dans PlatformIO, sinon l’upload et le fonctionnement ne seront pas garantis.
Le projet se déroule sur 8 séances de 3 heures (24h au total) réparties sur plusieurs semaines.
| Séance | Durée | Contenu | Description |
|---|---|---|---|
| 1 | 3h | Prototypage | - |
| 2 | 3h | Conception schématique | - |
| 3 | 3h | Routage PCB (1/2) | Routage des éléments importants : drivers moteurs et régulation |
| 4 | 3h | Routage PCB (2/2) | Routage des éléments secondaires : écran et carte SD |
| 5 | 3h | Assemblage | - |
| 6 | 3h | Développement logiciel | - |
| 7 | 3h | Correctifs finaux | - |
| 8 | 3h | Validation finale et documentation | - |
Ce projet s’appuie sur les tutoriels suivants (à consulter impérativement) :