Um guia prático para walkie-talkies digitais ESP32 personalizados (parte 2): integração de hardware e design de referência

A integração do módulo DMR858M com um microcontrolador (como o ESP32 usado aqui) requer foco em três aspectos principais: fonte de alimentação, lógica de controle e interface de áudio. Esta seção fornece um projeto de referência comprovado para garantir a operação estável do sistema.

Consideração chave de projeto: fonte de alimentação

O projeto da fonte de alimentação é o ponto de falha mais facilmente esquecido e mais comum na integração de módulos de RF de alta potência. Quando o DMR858M transmite a 5 W de alta potência com uma fonte de 8 V, a corrente de pico pode atingir 910 mA ou até mais. Qualquer tentativa de alimentar o módulo diretamente usando a entrada USB de 5 V ou o LDO de 3,3 V em uma placa de desenvolvimento ESP32 falhará.

Um sistema de energia robusto deve atender aos seguintes requisitos:

1. Unidade de energia independente : use uma fonte de energia externa capaz de fornecer pelo menos 8 V e mais de 2 A de corrente, como uma bateria de lítio (2 S Li-Po/Li-ion) com um conversor buck-boost ou um adaptador de energia CC estável.

2. Excelente Resposta Transiente : O principal problema não é apenas a corrente média que a fonte de alimentação pode fornecer, mas também sua velocidade de resposta aos transientes de carga. Quando o módulo alterna instantaneamente do modo de recepção (corrente < 165 mA) para o modo de transmissão (corrente > 900 mA), ele cria um enorme pico instantâneo de corrente (dI/dt). Se a resposta transitória da fonte de alimentação for inadequada ou se os traços de energia na placa de circuito impresso forem muito longos e finos (introduzindo indutância e resistência parasitas significativas), a tensão do sistema cairá momentaneamente.

3. Efeito em Cadeia da Queda de Tensão : Essa queda de tensão é a causa raiz de muitos problemas "fantasmas" difíceis de depurar. O ESP32 possui um circuito integrado de detecção de queda de tensão, que aciona uma reinicialização do sistema para se proteger quando a tensão de alimentação cai abaixo de um determinado limite. Portanto, o que parece ser um problema de "energia" pode se manifestar como uma reinicialização aleatória do programa quando o botão PTT é pressionado. Além disso, uma tensão de alimentação instável pode interferir na comunicação UART, levando a erros de transmissão de dados.

Solução : Para evitar esses problemas, capacitores de desacoplamento grandes devem ser colocados próximos ao pino VCC do módulo DMR858M. Recomenda-se o uso de um capacitor eletrolítico de 100 µF a 470 µF em paralelo com um capacitor cerâmico de 0,1 µF (o primeiro para lidar com demandas de alta corrente em baixas frequências, o segundo para filtrar ruídos de alta frequência). Além disso, certifique-se de que os traços VCC e GND da fonte de alimentação até o módulo sejam os mais curtos e largos possíveis para minimizar a queda de tensão na linha.

Lógica de interface: UART, PTT e áudio

O controle e a troca de dados do módulo são feitos principalmente por meio de GPIO e UART.

• Comunicação UART : Conecte uma das portas seriais de hardware do ESP32 (por exemplo, UART2, correspondente a GPIO16 e GPIO17) ao RXD (pino 19) e TXD (pino 18) do DMR858M. Observe a conexão cruzada: o TX do ESP32 se conecta ao RX do módulo, e o RX do ESP32 se conecta ao TX do módulo.

• PTT (Push-to-Talk) : O controle do PTT é muito simples. Conecte um pino GPIO do ESP32 ao PTT do módulo (pino 5). Este pino está ativo em nível baixo, o que significa que o módulo entra no modo de transmissão quando o GPIO emite um nível baixo.

• Entrada de áudio : Os conectores MIC+ (pino 14) e MIC- (pino 13) do módulo são usados ​​para conectar um microfone externo. A ficha técnica especifica que uma tensão de polarização é fornecida internamente, permitindo que um microfone eletreto seja conectado diretamente sem um circuito de polarização adicional.

• Saída de áudio : OUTP (pino 11) e OUTN (pino 12) do módulo são saídas de áudio diferenciais que podem acionar diretamente um alto-falante de 8 ohms.

Tabela 2: Referência de mapeamento de pinos do ESP32 para o DMR858M

Um guia prático para a série de walkie-talkies digitais ESP32 personalizados

Parte 1: Análise aprofundada do módulo DMR858M

Parte 2: Integração de Hardware e Design de Referência

Parte 3: Desconstruindo o Protocolo de Controle Serial

Parte 4: Desenvolvimento de firmware e design de driver

Parte 5: Explorando recursos avançados e conclusão