Voici la méthodologie étape par étape pour concevoir votre carte sous KiCad (schématique + routage PCB) pour un système autonome sur batterie Lipo 1S.
¶ 1. Architecture globale du circuit
¶ 2. Choix des composants et empreintes dans KiCad
| Composant | Rôle | Empreinte / Symbole dans KiCad |
|---|---|---|
| TP4056 | Chargeur de batterie | Symbole : TP4056 / Empreinte : SOP-8-PP_3.9x4.9mm |
| Régulateur 3.3V | Alimentation ESP-12F | ME6211C33 ou XC6206P332MR (Low-Dropout) / SOT-23-5 |
| ESP-12F | Microcontrôleur Wi-Fi | Symbole : ESP-12E ou ESP-12F / Empreinte : RF_Module:ESP-12E |
| MX1508 | Driver moteur DC double | Symbole : MX1508 / Empreinte : SOP-16 |
| WS2812B 3535 | LED RGB adressable | Symbole : WS2812B / Empreinte : LED_SMD:LED_WS2812B_PLCC4_3.5x3.5mm |
| Connecteur Batt | Raccordement Lipo 1S | Symbole : Conn_01x02 / Empreinte : Connector_JST:JST_PH_S2B-PH-K_1x02 |
¶ 3. Règles d’interconnexion du schéma (Schematic Editor)
¶ A. Bloc Alimentation (TP4056 & Régulateur)
- USB Type-C (ou Micro-USB) : Relié aux broches VBUS et GND du TP4056.
- TP4056 :
- Placer une résistance de 1,2 k sur la broche PROG pour fixer le courant de charge à 1 A (ou 2,4 k pour 500 mA, plus adapté aux petites batteries).
- Relier BAT+ au connecteur JST de la batterie Lipo.
- Régulateur LDO 3.3V (Indispensable) :
- ⚠️ Attention : Ne connectez jamais la batterie (3.0 V à 4.2 V) directement sur le VCC de l’ESP-12F (limité à 3.6 V max).
- Le TP4056 alimente l’entrée du LDO 3.3V. Placez des condensateurs de filtrage de 10 F en entrée et sortie du LDO.
¶ B. Bloc ESP-12F (Conditionnement des broches de Boot)
Pour que l’ESP-12F démarre correctement, câblez ces résistances de tirage (pull-up / pull-down) de 10 k :
- REST (Reset) : Pull-up au 3.3 V + un bouton-poussoir vers la masse (GND).
- EN / CH_PD : Pull-up au 3.3 V.
- GPIO15 : Pull-down à la masse (GND) (Obligatoire pour le boot).
- GPIO0 : Pull-up au 3.3 V + un bouton-poussoir vers la masse (Mode Flash lors du maintien à l’état bas au reset).
- GPIO2 : Pull-up au 3.3 V.
¶ C. Bloc WS2812B-3535
- Alimentation : Directement sur la ligne batterie Vbat (la WS2812B fonctionne très bien sous 3.3 V–4.2 V).
- Condensateur : Découplage de 100 nF au plus près des broches VDD/GND de la LED.
- Ligne de données (DIN) : Reliée à une broche de l’ESP-12F (ex: GPIO14) via une résistance de protection de 330r.
¶ D. Bloc Driver Moteur (MX1508)
- Alimentation puissance (INT1-4 / VCC) : Relier directement au Vbat de la batterie (pas au 3.3V de l’ESP !).
- Entrées de contrôle (IN1, IN2, IN3, IN4) : Reliées aux GPIOs disponibles de l’ESP-12F (ex: GPIO4, GPIO5, GPIO12, GPIO13).
- Condensateur : Un condensateur chimique de 100 F sur l’alimentation du MX1508 pour absorber les pics de courant du moteur.
¶ 4. Routage du PCB (PCB Editor)
1. Plan de masse (GND) : Créez une zone remplie (Filled Zone) sur la couche inférieure (B.Cu) connectée au net GND.
2. Largeur des pistes d'alimentation :
- Signal logique (3.3V) : 0,25 mm à 0,3 mm.
- Ligne Moteur / Batterie / TP4056 : Minimum 0,8 mm à 1,2 mm pour supporter les pics de courant du MX1508 sans chute de tension.
3. Placage de l'antenne ESP-12F :
⚠️ Règle d'or : L'extrémité de l'ESP-12F où se trouve l'antenne serpentin doit dépasser du bord du PCB, ou n'avoir aucun plan de masse ni piste de cuivre sous elle (sur toutes les couches), sous peine de perdre tout signal Wi-Fi.
¶ 5. Validation finale dans KiCad
- Lancez la vérification des règles électriques sur le schéma : Tools -> Perform Electrical Rules Check (ERC).
- Lancez le contrôle des règles de conception sur le PCB : Tools -> Design Rules Checker (DRC).
- Visualisez votre carte en 3D avec View -> 3D Viewer pour valider la disposition des composants.