Una piccola guida che ci aiuterà a riconoscere scegliere i connettori Stemma, StemmaQT, Grove, Gravity e JST per il nostro progetto elettronico.
E’ sicuramente successo a ciascuno di noi, almeno una volta: abbiamo trovato un sensore particolare, lo abbiamo acquistato, e ci siamo resi conto che tale sensore aveva un sistema di collegamento apparentemente non standard. I produttori che vanno per la maggiore hanno infatti scelto sistemi diversi per creare periferiche e sensori “plug-n-play”, senza saldature, per i propri sistemi di sviluppo: tanto per citarne alcuni, abbiamo Grove di Seeed studio, Stemma e StemmaQT di Adafruit, Qwiic di SparkFun, Gravity di DFRobot, e la “connessione universale” di Arduino MKR. A tutto ciò aggiungiamo il sistema JST a complicare ulteriormente il panorama dei connettori.
Sino ad oggi, l’utente medio collegava tre o quattro connettori Dupont agli spinotti, e posizionava l’altra estremità dei cavetti direttamente sulla scheda pilota (Arduino, Raspberry o altro). Con questo articolo impareremo che, sotto sotto, uno standard esiste, ed è rispettato universalmente.
In principio era il Giappone…
I connettori JST sono connettori elettrici prodotti secondo gli standard di progettazione originariamente sviluppati da J.S.T. Mfg. Co. (Japan Solderless Terminal, o terminale senza saldatura giapponese). JST produce numerose serie (famiglie) e passi (distanza pin-to-pin) di connettori.
I connettori JST sono utilizzati in molti tipi di prodotti e comunemente usati dagli appassionati di elettronica e dai prodotti di consumer electronics per batterie ricaricabili, bilanciatori di batterie, stampanti 3D e servi radiocomandati.
Il termine “JST” è talvolta usato erroneamente come termine vernacolare che indica qualsiasi piccolo connettore elettrico bianco montato su PCB. Purtroppo essitono connettori JST neri, e connettori Molex non JST. A complicare ulteriormente la situazione, ciascuna azienda produttrice ha deciso di utilizzare questi connettori con nomi diversi, facendo riferimento alla propria classe di prodotto.
Riportiamo di seguito (da Wikipedia) una tabella nella quale trovare i riferimenti specifici per identificare questi connettori.
DI tutti i colori, per chi non fa errori.
Gli utenti finali e i venditori di terze parti su eBay spesso descrivono i connettori con il loro nome sbagliato, perpetuando così la confusione della serie esatta di un connettore specifico. Sfortunatamente, è molto comune nei blog e nei siti Web nominare erroneamente un connettore specifico solo con il nome del produttore.
Per ridurre al minimo la confusione, è meglio descrivere un connettore utilizzando: il nome del produttore, la serie esatta del connettore e, facoltativamente, il passo, ad esempio “JST-XH” o “JST-XH-2,50 mm” o “serie JST XH da 2,50 mm” o altre varianti.
Nota: alcune parti da 2,50 mm vengono erroneamente vendute su Internet come 2,54 mm (0,100 pollici) e le parti da 1,25 mm come 1,27 mm (0,050 pollici).
Vediamo ora quali connettori utilizza ciascuna delle aziende citate in precedenza.
Seeed Studio Grove
Grove è il sistema plug and play di SeeedStudio, è il più antico/il più affermato, avviato nel 2010 come “stem/twig” e poi ribattezzato Grove. C’è solo un tipo di cavo e connettore a 4 pin, ma può gestire I2C/analogico/digitale/PWM o qualsiasi altra cosa sul cavo. Il cavo/connettore è proprietario e venduto solo da Seeed (apparentemente).
Compatibilità:
I cavi STEMMA a 4 pin sono compatibili con i componenti Grove. È possibile collegare bene i cavi/dispositivi/controller STEMMA a 4 pin più grandi ai dispositivi/controller Grove I2C e viceversa. Anche se il connettore che usano non è esattamente lo stesso, i cavi si adatteranno ai connettori.
STEMMA utilizza la stessa tensione di Grove: l’alimentazione è 3-5VDC e i dati sono 3-5VDC con level shifting regulators sui dispositivi.
Differenze:
Alcuni dispositivi Grove utilizzano connettori a 4 pin per dati analogici o digitali non I2C. STEMMA utilizza solo I2C per i connettori a 4 pin. Non è possibile utilizzare parti analogiche/digitali Grove con schede STEMMA, attenersi solo a quelle I2C!
Ci sono 4 tipi di connettori Grove nel sistema di Seeed Studio: connettore universale a 4 pin a 90°, connettore universale a 4 pin, portaconnettore Arduino mkr (compatibile con Grove) e hub Grove Qwiic compatibile con moduli e controller Grove/Qwiic/STEMMA QT. Il connettore universale a 4 pin viene utilizzato su Stem, Twigs e cavi Grove, la spaziatura dei pin è di 2 mm e corrisponde (apparentemente) al connettore JST PH 2.0mm, mentre il portaconnettore Arduino mkr è il compagno perfetto per le schede Arduino MKR e un ecosistema Grove.
Adafruit Stemma e StemmaQT
Chiamiamo questi connettori STEMMA – tecnicamente sono chiamati connettori JST PH a 3 e 4 pin. Sono il modo Adafruit per semplificare il plug-n-play di vari sensori e dispositivi senza molti cablaggi. Le versioni a 4 pin sono utilizzate per l’uso I2C, mentre le versioni a 3 pin sono designate per utilizzo PWM/digitale/analogico.
Cos’è STEMMA QT?
QT sta per “cutie“, piccolo e grazioso. I cavi JST PH con passo di 2,0 mm sono cross-compatibili con Grove/Gravity. Ma sono un po’ grandi per piccole breakout board e wearable. Quindi, per i dispositivi I2C più piccoli, Adafruit utilizza il JST SH utilizzato da SparkFun Qwiic, in modo che i sensori Qwiic e STEMMA QT siano compatibili in modo incrociato!
I dispositivi STEMMA QT mantengono il level shift regulator, quindi è possibile utilizzare STEMMA QT con i controller Grove/Gravity/STEMMA/Qwiic a qualsiasi intervallo di tensione.
SparkFun Qwiic
Qwiic è il sistema di prototipazione I2C di SparkFun, utilizzabile solo con dispositivi I2C. Qwiic è un po’ più recente di Grove, è stato creato intorno a maggio 2017.
Il sistema Qwiic Connect di SparkFun utilizza connettori JST SH a 4 pin per interfacciare rapidamente le schede di sviluppo con sensori, LCD, relè e altro ancora.
I cavi Qwiic (JST a 4 pin) si collegano facilmente dalle schede di sviluppo a sensori, schermi, schede accessorie e altro, semplificando il lavoro di configurazione di un nuovo prototipo. Non è più necessario preoccuparsi di scambiare accidentalmente i cavi SDA e SCL sulla breadboard. Il connettore Qwiic è polarizzato, quindi verrà cablato correttamente ogni volta, fin dall’inizio. La maggior parte delle schede Qwiic avrà due o più connettori, consentendo il collegamento in daisy-chaining di più dispositivi I2C.
Compatibilità:
Come Stemma, Qwiic utilizza solo i connettori a 4 pin per I2C. Il connettore STEMMA QT è identico al connettore Qwiic e utilizza lo stesso ordinamento dei pin.
Differenze:
Qwiic ha il level-shifting e la regolazione della tensione solo sul controller, non sui dispositivi. Quindi, è possibile utilizzare i dispositivi STEMMA STEMMA QT con qualsiasi controller Qwiic, ed i dispositivi Qwiic su un controller STEMMA se viene impostato il ponticello di tensione da 5 V a 3 V (oltre ad un cavo che converte il connettore con passo da 2 mm a 1 mm)
DFRobot Gravity
Anche DFRobot ha il proprio sistema plug-n-play, chiamato Gravity. È un po’ meno ben definito di Grove/Qwiic, ma sembra utilizzare JST SH 1.0mma 3 pin per digitale/analogico e JST SH 1.0mm a 4 pin per I2C/UART. A parte i dispositivi UART a 4 pin, Gravity e STEMMA sono compatibili tra loro.
Compatibilità:
Le parti e i cavi STEMMA a 4 pin sono cross-compatibili con le parti Gravity I2C. È possibile collegare bene i cavi/dispositivi/controller STEMMA a 4 pin più grandi ai dispositivi/controller Gravity I2C e viceversa. UART non funzionerà perché STEMMA è solo per I2C.
Anche le parti e i cavi STEMMA a 3 pin sono cross-compatibili. È possibile collegare correttamente cavi/dispositivi/controller STEMMA a 3 pin a dispositivi/controller analogici/digitali/PWM Gravity e viceversa.
STEMMA utilizza la stessa tensione di Gravity: la tensione è 3-5VDC e i dati sono 3-5VDC con level shift regulator sui dispositivi.
Differenze:
Alcuni dispositivi Gravity utilizzano connettori a 4 pin per dati non I2C come UART. STEMMA utilizza solo I2C per i connettori a 4 pin.
L’interfaccia standard è plug-and-play, e anche rovesciando la connessione non si rischia di bruciare la scheda. I pin sono comunque codificati con un codice colore. Esistono oltre 250 schede add-on, complete di manuali e tutorial.
Tiriamo le somme
Abbiamo analizzato cinque tipologie di connettori, provenienti da una famiglia di 10 elementi differenti, e appartenenti a quattro produttori.
Abbiamo scoperto che in realtà vengono unicamente utilizzati due tipi di connettore: il JST PH con passo a 2.0mm ed il JST SH con passo da 1.0mm.
Tuttavia, Qwiic, Gravity e Grove non funzionano sempre insieme, e – cosa più importante: Qwiic è solo logica di alimentazione a 3V e non adotta level shifting regulators. Grove utilizza 3-5V e solo cavi a 4 pin per analogico/digitale/pwm/I2C/UART. Gravity utilizza 3-5V e un mix di cavi a 3 e 4 pin.
Adafruit ha predisposto una serie di tabelle delle compatibilità, che riportiamo di seguito:
| Controller/Device | Stemma | StemmaQT | Grove | Qwiic | Gravity |
| Connector | JST PH 3 o 4 pin 2.0mm | JST SH 4 pin 1.0mm | Proprietary 4 pin 2.0mm | JST SH 4 pin 1.0mm | JST PH 3 o 4 pin 2.0mm |
| Power Pin voltage | 3-5V DC | 3-5V DC | 3-5V DC | 3V DC | 3-5V DC |
| Logic pin voltage | 3-5V DC | 3-5V DC | 3-5V DC | 3V DC | 3-5V DC |
| Data protocol | I2C on 4 pin
PWM/Digital/Analog on 3 pin |
I2C only | I2C/PWM/Digital/Analog
on 4 pin |
I2C only | I2C o UART pin
Analog/Digital on 3 pin |
Dal punto di vista della cross-compatibility, abbiamo invece quanto segue:
Controller indica il dispositivo “host”, ad es. il microcontrollore o il computer Raspberry Pi.
Device indica il dispositivo “cliente”, ad es. il sensore I2C, potenziometro, servo, NeoPixel, ecc.
| Stemma 3-4 pin device | StemmaQT device | Grove device | Qwiic device | Gravity device | |
| Stemma 3-4 pin controller | Si | Adattatore JST PH – JST SH | Controller Stemma funzionerà solo sulle porte a 4 pin Grove I2C | Adattatore JST PH – JST SH e tensione a 3V selezionata con jumper saldato | Si tranne i device UART, non supportati |
| Grove controller | Device Stemma funzionerà solo sulle porte a 4 pin Grove I2C | Adattatore JST PH – JST SH | sI | Adattatore JST PH – JST SH e tensione a 3V selezionata con jumper saldato | Solo moduli Gravity a 4 pin |
| Qwiic controller | Adattatore JST PH – JST SH | Si | Adattatore Grove-JST SH, solo I2C | Si | Adattatore JST PH – JST SH e tensione a 3V selezionata con jumper saldato |
| Gravity controller | Si (solo I2C) | Adattatore JST PH – JST SH | Solo device I2C a 4 pin | Adattatore JST PH – JST SH e tensione a 3V selezionata con jumper saldato | Si |
Considerazioni finali
Abbiamo preso in considerazione le board di diversi produttori, con connettori apparentemebte diversi, ma grazie a questo articolo siamo ora perfettamente in grado di gestirne le terminazioni per utilizzarle nei nostri nuovi progetti.
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Luigi_Morelli
Definire ciò che si è non risulta mai semplice o intuitivo, in specie quando nella vita si cerca costantemente di migliorarsi, di crescere tanto professionalmente quanto emotivamente. Lavoro per contribuire al mutamento dei settori cardine della computer science e per offrire sintesi ragionate e consulenza ad aziende e pubblicazioni ICT, ma anche perche’ ciò che riesco a portare a termine mi dà soddisfazione, piacere. Così come mi piace suonare (sax, tastiere, chitarra), cantare, scrivere (ho pubblicato 350 articoli scientfici e 3 libri sinora, ma non ho concluso ciò che ho da dire), leggere, Adoro la matematica, la logica, la filosofia, la scienza e la tecnologia, ed inseguo quel concetto di homo novus rinascimentale, cercando di completare quelle sezioni della mia vita che ancora appaiono poco ricche.