Jack Type-C sạc pin 1S loại 4 dây có LED: màu dây, cách hàn và nạp code ESP32 qua vỏ hộp

Jack Type-C sạc pin 1S loại 4 dây có LED: dây đỏ ra khoảng 4,2 V, trắng là D+, xanh dương là D−; cách hàn sang đầu Type-C đực để nạp code ESP32 qua cổng trên vỏ hộp và nối pin.

Khi đặt ESP32 trong hộp nhựa kín, mỗi lần nạp chương trình lại phải mở nắp để cắm cáp vào bo. Jack Type-C tròn 4 dây có LED giải quyết việc này: jack gắn trên vách hộp, bốn dây của jack hàn sang một đầu Type-C đực cắm sẵn vào cổng USB của bo. Từ đó cắm cáp vào mặt hộp là nạp được code, mở được Serial Monitor.

Jack này có mạch sạc pin 1S trong thân: hai dây nguồn ra là ngõ ra sạc cho một cell pin Li-ion hoặc Li-po, dây đỏ khoảng 4,15–4,2 V, không phải 5 V. Hai dây dữ liệu đi thẳng: dây trắng là D+, dây xanh dương là D−, khác quy ước cáp USB thường gặp. Bài trình bày màu dây, cách hàn, cách lắp vào hộp và cách nối khi thiết bị chạy pin. Các ảnh chụp trong bài là ảnh lắp thực tế.

1. Jack sạc pin 4 dây có LED là gì

• Cấp 5 V vào cổng Type-C thì mạch sạc trong thân jack nạp pin một cell (3,7 V danh định) tới 4,2 V, dòng sạc 1 A.
• Hai dây đỏ, đen nối thẳng vào hai cực của pin. Đèn LED ở mặt jack sáng đỏ khi đang sạc, xanh khi sạc đầy.
• Hai dây trắng, xanh dương là D+, D− của cổng USB, không đi qua mạch sạc. Nhờ hai dây này mà một cổng trên vỏ hộp vừa sạc pin vừa nối được USB với máy tính.

Cách làm này hợp với thiết bị ESP32 đặt trong hộp kín, chạy pin, cần nạp lại chương trình hoặc đọc Serial Monitor mà không mở nắp. Bo ESP32 không phải hàn gì thêm: đầu đực chỉ cắm vào cổng USB của bo, rút ra là thay được bo khác.

2. Chuẩn bị

• Jack Type-C tròn 4 dây, màu đen, có nắp, có LED báo: tích hợp mạch sạc pin 1S, thân ren M12, bốn dây đỏ, đen, trắng, xanh dương, cuối dây có đầu cắm PH2.0 4 chân. Jack này cũng có trong trang jack Type-C tròn tích hợp mạch sạc pin 1S (phân loại 4P đen LED PH2.0).
• ESP32 DevKit V1 30 chân cổng Type-C, IC CH340 (bo trong ảnh).
• Mạch ra chân Type-C đực loại 24 chân, mặt A in nhãn A1 … A12. Có thể thay bằng jack Type-C đực 4 chân có sẵn bốn pad ghi V, G, D+, D−.
• Hộp nhựa đủ chỗ cho bo, đầu cắm và pin; vách khoan được lỗ Ø 12 mm.
• Khi thiết bị chạy pin: một pin Li-ion hoặc Li-po một cell, công tắc và mạch đổi áp cho ESP32 (mục 5).
• Mỏ hàn, thiếc, nhựa thông, kìm tuốt dây, đồng hồ vạn năng; keo nến hoặc ống co nhiệt để giữ dây.

3. Màu dây của jack

Cáp USB thường gặp dùng trắng cho D− và xanh lá cho D+, còn jack này dùng trắng cho D+ và xanh dương cho D−. Hàn theo thói quen sẽ đảo D+ với D−: bo vẫn có nguồn nhưng máy tính không nhận cổng COM.

Đo dây đỏ trước khi hàn

1. Cắm cáp từ máy tính hoặc cốc sạc USB vào jack, chưa nối gì vào bốn dây.
2. Đo điện áp một chiều giữa dây đỏ (que đỏ) và dây đen (que đen): khoảng 4,15–4,2 V là đúng loại jack có mạch sạc.
3. Nếu đo được khoảng 5 V thì đó là jack Type-C thường, dây đỏ là VBUS; cách phân biệt có trong bài jack Type-C tích hợp mạch sạc pin 1S.

4. Bốn pad cần hàn trên mạch ra chân Type-C đực

Mạch ra chân Type-C đực đưa từng chân của đầu cắm ra một pad. Theo sơ đồ chân chuẩn của đầu cắm Type-C, mặt A có A1 là GND, A4 là VBUS, A5 là CC, A6 là D+, A7 là D−, A9 là VBUS và A12 là GND. Các pad còn lại là đường tốc độ cao và SBU, không dùng cho USB 2.0.

Đầu đực chỉ có một cặp D+ D− nằm ở mặt A. Cổng Type-C trên phần lớn bo ESP32 nối chung hai hàng chân D+ D−, nên đầu đực cắm chiều nào cũng được. Nếu máy tính chỉ nhận cổng COM ở một chiều cắm thì giữ đầu đực ở chiều đó.

Khi dùng jack Type-C đực 4 chân thay cho mạch ra chân 24 chân, hàn theo nhãn in sẵn: dây đen vào G, dây trắng vào D+, dây xanh dương vào D−, dây đỏ vào V (nếu dùng cách nối ở mục 5.1).

5. Sơ đồ nối

5.1. Cách nối trong ảnh: chưa lắp pin, dùng để nạp code

Bốn dây hàn vào A1, A4, A6, A7; đầu đực cắm vào cổng Type-C của ESP32. Bo vẫn dùng IC CH340 của chính nó, nên máy tính nhận bo như khi cắm cáp thẳng vào bo.

Ở cách nối này, chân VBUS của bo nhận ngõ ra của mạch sạc, khoảng 4,2 V thay vì 5 V. Bo lên nguồn và máy tính nhận cổng COM (ảnh ở mục 8), đủ để nạp code và đọc Serial Monitor. IC ổn áp 3,3 V trên bo DevKit cần điện áp vào cao hơn điện áp ra khoảng 1 V, nên với 4,2 V ở VBUS, điện áp 3V3 thấp hơn 3,3 V; khi phát Wi-Fi, ESP32 có thể tự khởi động lại. Thiết bị cần chạy lâu dài thì nối theo mục 5.2.

5.2. Khi thiết bị chạy pin

• Pin: dây đỏ của jack nối vào cực dương pin, dây đen vào cực âm pin. Cách đấu, mạch bảo vệ pin và ý nghĩa đèn báo có trong bài cách đấu jack Type-C tích hợp mạch sạc với pin 18650, Li-po.
• Nguồn cho ESP32: lấy từ pin qua công tắc và mạch đổi áp (tăng áp lên 5 V vào chân VIN, hoặc ổn áp 3,3 V sụt áp thấp vào chân 3V3), theo bài cấp nguồn ESP32 bằng pin 18650 sạc qua jack Type-C.
• Dữ liệu: dây trắng vào A6, dây xanh dương vào A7 như mục 4. Pad A1 (GND) của đầu đực nối với dây đen để có mát chung.
• Dây đỏ chỉ nối vào pin, để trống pad A4. Khi bo đã có nguồn từ mạch đổi áp, không đưa thêm điện áp pin vào chân VBUS của bo, để hai nguồn không cùng cấp vào một đường.

Cắm vào máy tính thì pin cũng được sạc. Mạch sạc lấy tới 1 A trong khi cổng USB 2.0 của máy tính thường chỉ cấp 500 mA; nếu kết nối USB chập chờn lúc pin đang sạc, dùng cổng USB cấp dòng lớn hơn hoặc hub có nguồn riêng.

Bốn dây không mang chân CC. Với cáp USB-A sang Type-C, cổng luôn có 5 V. Với cáp Type-C sang Type-C, sạc hoặc máy tính chỉ cấp 5 V khi phía jack có điện trở 5,1 kΩ ở chân CC; nếu dùng loại cáp này mà đèn trên jack không sáng, xem bài jack Type-C cái và điện trở 5,1 kΩ ở CC1, CC2.

6. Cách hàn từng bước

1. Ướm dây. Luồn dây của jack vào hộp, đặt bo và đầu đực vào vị trí, ướm đường đi của dây. Cắt bỏ đầu cắm PH2.0, chừa dây dài hơn đường đi khoảng 3–5 cm để còn rút được đầu đực. Cắt hai dây dữ liệu dài bằng nhau.
2. Tuốt và tráng thiếc dây. Tuốt khoảng 2 mm đầu mỗi dây, xoắn sợi đồng rồi tráng một lớp thiếc mỏng.
3. Tráng thiếc pad. Tráng trước một lớp thiếc mỏng lên các pad sẽ hàn. Với thiếc có chì, để mỏ hàn khoảng 320–350 °C và chạm pad vừa đủ để thiếc chảy; giữ mỏ hàn quá lâu dễ làm bong pad.
4. Hàn dây mát và dây nguồn. Hàn dây đen vào A1. Với cách nối ở mục 5.1, hàn dây đỏ vào A4; với mục 5.2, dây đỏ hàn vào pin, bọc kín đầu dây trong lúc thao tác. Đặt dây nằm dọc theo pad, chạm mỏ hàn cho thiếc ở dây và pad chảy vào nhau rồi nhấc ra, giữ dây yên tới khi thiếc đông.
5. Hàn hai dây dữ liệu. Hàn dây trắng vào A6, dây xanh dương vào A7. Hai pad này nằm sát nhau: dùng ít thiếc, hàn xong soi kỹ khe giữa A6 và A7, giữa A5 và A6.
6. Làm sạch. Dùng nhiều nhựa thông thì lau lại bằng cồn.
7. Giữ dây. Phủ keo nến lên chỗ dây đi vào pad hoặc buộc dây vào lỗ bắt vít của mạch, để khi rút đầu đực lực kéo không dồn lên mối hàn.

7. Lắp jack vào vách hộp

Bản vẽ kích thước của dòng jack tròn này ghi ren M12 × 1,0; mặt jack Ø 14,8 mm; thân ren dài 18,8 mm; đai ốc 14 mm, dày 3 mm. Lỗ trên vách hộp theo bản vẽ là Ø 11,87 mm, có hai cạnh phẳng cách nhau 10,8 mm để jack không xoay.

1. Khoan lỗ Ø 12 mm: khoan mũi nhỏ trước rồi khoét dần để nhựa không nứt. Muốn chống xoay thì giũa thêm hai cạnh phẳng như bản vẽ.
2. Chọn chỗ đặt jack thuận tay cắm cáp, không chạm gân và cột bắt vít của hộp. Mạch sạc nằm trong thân jack nên thân jack ấm lên khi sạc; không áp jack sát vào pin.
3. Lắp jack từ ngoài vào, siết đai ốc từ bên trong. Hộp cần kín nước thì thêm vòng đệm cao su giữa mặt jack và vách hộp.
4. Đậy nắp cao su của jack khi không cắm cáp.

8. Kiểm tra sau khi lắp

1. Trước khi cắm đầu đực vào bo, đo thông mạch giữa A4 và A1, giữa A6 và A7: đồng hồ không được báo thông mạch.
2. Cắm đầu đực vào ESP32, cắm cáp từ máy tính vào jack. Đèn LED trên jack sáng (chưa lắp pin thì đèn xanh), đèn PWR đỏ trên bo ESP32 sáng.
3. Mở Device Manager (chuột phải vào nút Start, chọn Device Manager). Trong mục Ports (COM & LPT) phải có dòng USB-SERIAL CH340 (COMx); số COM tùy máy.
4. Trong Arduino IDE chọn đúng cổng COM đó rồi nạp chương trình như khi cắm cáp thẳng vào bo.

9. Lỗi thường gặp

10. Câu hỏi thường gặp

Dây đỏ của jack có lấy được 5 V cho mạch không?

Không. Dây đỏ là ngõ ra của mạch sạc, cao nhất khoảng 4,2 V, dùng để nạp pin. Mạch cần 5 V phải lấy từ mạch tăng áp nối vào pin.

Có cần điện trở 56 kΩ ở chân CC của đầu đực không?

Với bo ESP32 DevKit thì không cần: bo lấy nguồn ở VBUS và dữ liệu ở D+ D−, không dùng chân CC để nhận dạng. Khi dùng đầu đực cho thiết bị khác như điện thoại, gắn điện trở theo hướng dẫn trong bài jack Type-C đực: sơ đồ chân, điện trở CC và cách hàn dây.

Giữ đầu cắm PH2.0 thay vì hàn thẳng được không?

Được, khi phía bên trong có sẵn ổ cắm PH2.0 4 chân đúng thứ tự dây. Thứ tự cực trên đầu PH2.0 của pin không thống nhất giữa các nhà sản xuất, nên đo trước khi cắm. Với mạch ra chân Type-C đực thì hàn thẳng gọn hơn.

Chỉ dùng jack để sạc pin, không nối USB được không?

Được. Chỉ nối dây đỏ, đen vào pin, bọc riêng đầu dây trắng và dây xanh dương. Khi đó jack làm việc như loại 2 dây và không nạp code qua jack được.

Hàn hai dây dữ liệu thẳng vào hàng chân của ESP32 DevKit được không?

Không. Bo DevKit không đưa D+ D− của IC CH340 ra hàng chân; hai dây dữ liệu chỉ tới được IC này qua cổng USB của bo, bằng đầu đực như trong bài.

11. Xem thêm

• Jack Type-C sạc pin loại 4 dây: một cổng vừa sạc pin 1S vừa truyền dữ liệu USB
• Jack Type-C tích hợp mạch sạc pin 1S: cấu tạo, thông số và khi nào nên dùng
• Sơ đồ chân USB Type-C: cổng 24 chân, 16 chân, 6 chân
• Chân D+ D− (DP, DM) trên jack USB Type-C
• Các mẫu jack trong nhóm jack Type-C; liên hệ shop qua số 0915703319 khi cần chọn loại jack phù hợp.