Səsli Ev Nəzarəti V1.0: 12 Addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:44

Bir neçə ay əvvəl şəxsi köməkçi aldım, xüsusən də Alexa ilə təchiz olunmuş Echo Dot. Sadə bir şəkildə cihazı söndürmək və işıqları, fanatları və s. İdarə etmək üçün plaginlər əlavə edə biləcəyimi kəşf etdiyim üçün seçdim. İnternet mağazalarında bu funksiyanı yerinə yetirən çox sayda cihaz gördüm və düşündüyüm vaxt budur …. niyə özün hazırlamırsan?

Bu fikri nəzərə alaraq Wi-Fi bağlantısı və 4 çıxış rölesi olan bir lövhənin dizaynına başladım. Aşağıda, dizaynı sxematik diaqramdan, PCB dizaynından, proqramlaşdırma və sınaqdan uğurla başa çatan bir işdən sonra təsvir edəcəyəm.

XÜSUSİYYƏTLƏRİ

1. Wifi şəbəkə bağlantısı
2. 100 / 240VAC giriş gərginliyi
3. 4 Çıxış rölesi (Maksimum 10A)
4. LED güc göstəricisi
5. 4 LED rölesinin güc göstəricisi
6. Proqramlaşdırma başlığı
7. Sıfırlama düyməsi

Addım 1: Komponentlər və Alətlər

Komponentlər

1. 3 rezistor 0805 1k ohm
2. 220 ohm -dan 0805 5 rezistor
3. 2 rezistor 10k ohmdan 0805
4. 4.7k ohmda 1 Rezistor 0805
5. 2 kondansatör 0805 of 0.1uf
6. 2 kondansatör 0805 of 10uf
7. 4 Diod ES1B və ya 100v 1A SMA paketinə bənzər
8. 1 AMS1117-3.3 gərginlik tənzimləyicisi
9. 4 Yaşıl LED 0805
10. 1 Qırmızı LED 0805
11. 4 Transistorlar NPN MMBT2222A və ya bənzər SOT23 paketi
12. 1 ESP 12-E Wi-Fi modulu
13. 1 Enerji təchizatı HLK-PM01
14. 1 Dokunmatik SMD -ə keçin
15. 6 mövqedən 1 pin başlığı
16. 5 mövqedən 5 terminal bloku 5.08 mm
17. 5VDC -nin 4 rölesi

Alətlər

1. Lehim stansiyası və ya 25-30 Vatt cautin
2. Qurğuşun lehim
3. Flux
4. Cımbız
5. Sökülmə fitili

Addım 2: Elektrik təchizatı və gərginlik tənzimləyicisi

Dövrənin işləməsi üçün idarəetmə bölməsi üçün 3.3 VDC -dən biri və güc bölməsi üçün 5 VDC -dən biri olan 2 gərginlik tələb olunur, belə ki, lövhənin işləməsi üçün lazım olan hər şeyə sahib olduğu fikri olduğu üçün birbaşa təchiz edən açar mənbədən istifadə edin. 5v və xəttin gərginliyi ilə işləyən vacibdir, bu bizi xarici bir güc adapterinə ehtiyacımızdan xilas edir və yalnız 3.3v xətti tənzimləyici (LDO) əlavə etməliyik.

Yuxarıda göstərilənləri nəzərə alaraq, mənbə olaraq 0.1A-da 100-240VAC giriş gərginliyi və 0.6A-da 5VDC çıxışı olan Hi-Link HLK-PM01-i seçdim və bunun ardınca geniş istifadə olunan AMS1117-3.3 yerləşdirdim. artıq çox yayılmış və buna görə də asanlıqla əldə edilə bilən tənzimləyici.

AMS1117 məlumat cədvəlinə müraciət edərək, giriş və çıxış kondansatörlərinin dəyərlərini tapa bilərsiniz, bunlar giriş üçün 0.1uf və 10uf və çıxış üçün başqa bir bərabər hissədir. Nəhayət, ohm qanunu ilə asanlıqla hesablanan müvafiq məhdudlaşdırma müqavimətinə malik bir güc göstərici LEDini yerləşdirdim:

R = 5V-Vled / Iled

R = 5 - 2 / 0.015 = 200

Leddəki 15mA cərəyanı o qədər parlaq parlamasın və ömrünü uzatsın.

Addım 3: Control Seccion

Bu hissə üçün ESP-12-E Wi-Fi modulu seçdim, çünki kiçik, ucuz və Arduino IDE ilə istifadəsi çox sadədir. Modulun işləməsi üçün lazım olan hər şeyə malik olduğundan, ESP -nin işləməsi üçün lazım olan xarici avadanlıq minimaldır.

Yadda saxlamaq lazım olan bir şey, modulun bəzi GPIO -nun istifadə edilməsinin tövsiyə edilməməsi və digərlərinin xüsusi funksiyalara sahib olmasıdır, bundan sonra sancaqlar və hansı funksiyaları yerinə yetirdikləri barədə bir cədvəl göstərəcəyəm:

GPIO --------- Giriş ---------------- Çıxış ---------------------- --- Qeydlər

GPIO16 ------ fasilə yoxdur ------ PWM və ya I2C dəstəyi yoxdur --- Dərin yuxudan oyanmaq üçün çəkmədə yüksək

GPIO5 ------- OK ------------------- OK --------------- tez-tez SCL (I2C)

GPIO4 ------- OK ------------------- OK --------------- tez-tez SDA (I2C)

GPIO0 ------- yuxarı çəkildi ---------- Tamam --------------- FLASH rejiminə qədər aşağı, çəkildikdə yükləmə uğursuz olur

GPIO2 ------- yuxarı çəkildi ---------- Tamam --------------- Aşağı çəkildikdə yükləmə uğursuz olur

GPIO14 ----- OK ------------------- OK -------------- SPI (SCLK)

GPIO12 ----- OK ------------------- OK -------------- SPI (MISO)

GPIO13 ----- OK ------------------- OK --------------- SPI (MOSI)

GPIO15 ----- GND-yə çəkildi ---- Tamam --------------- SPI (CS) Yüksək çəkildikdə yükləmə uğursuz olur

GPIO3 ------- OK ------------------- RX pin ---------- Açılışda yüksək

GPIO1 ------- TX pin -------------- Tamam --------------- Açılışda yüksək, aşağı çəkilərsə çəkmə uğursuz olur

ADC0 -------- Analog Giriş ----- X

Yuxarıdakı məlumatlar aşağıdakı linkdə tapıldı:

Yuxarıdakı məlumatlara əsaslanaraq, hər bir röleyi aktivləşdirəcək rəqəmsal çıxışlar olaraq 5, 4, 12 və 14 sancaqları seçdim, bunlar aktivləşdirmə üçün ən sabit və təhlükəsizdir.

Nəhayət proqramlaşdırma üçün lazım olanı, bu pinin sıfırlama düyməsini, aktivləşdirmə pinindəki gücə bağlı bir rezistoru, GPIO15 -də yerə müqavimətini, FTDI -ni TX, RX pinlərinə və Modulu Flash rejiminə qoymaq üçün GPIO0 -u yerə qoyun.

Addım 4: Power Seccion

Bu bölmə, bir röleyi aktivləşdirmək üçün GPIO portlarında 3.3VDC çıxışlarının istifadəsinə diqqət yetirəcəkdir. Rölelərin bir ESP pinindən daha çox gücə ehtiyacı olduğu üçün onu aktivləşdirmək üçün bir tranzistor tələb olunur, bu halda MMBT2222A istifadə edirik.

Kollektordan (Ic) keçəcək cərəyanı nəzərə almalıyıq, bu məlumatlarla tranzistorun bazasına qoyulacaq müqaviməti hesablaya bilərik. Bu vəziyyətdə, Ic, röle bobinindən keçən cərəyanın və alovlanmanı göstərən LED cərəyanının cəminə bərabər olacaq:

Buz = İrlay + İldən

Ic = 75mA + 15mA = 90mA

Cari Ic -ə malik olduğumuz üçün tranzistorun (Rb) əsas müqavimətini hesablaya bilərik, ancaq MMBT2222A vəziyyətində 40 (qazanc) dəyərində olan tranzistorun (hFE) qazancına ehtiyacımız var. ölçüsüzdür, buna görə ölçü vahidləri yoxdur) və silikon tranzistorlarda 0.7v dəyərinə malik olan maneə potensialı (VL). Aşağıdakı düsturla Rb hesablamağa davam edə bilərik:

Rb = [(VGPIO - VL) (hFE)] / Ic

Rb = [(3.3 - 0.7) (40)] / 0.09 = 1155.55 ohm

Yuxarıdakı hesablama əsasında 1kohm müqavimət seçdim.

Nəhayət, katodun Vcc -ə baxan röle bobinə paralel olaraq bir diod qoyuldu. ES1B diod, əks FEM -nin qarşısını alır (FEM və ya Ters Elektromotor Gücü, bir bobindən keçən cərəyan dəyişdikdə meydana gələn gərginlikdir)

Addım 5: PCB Dizaynı: Şematik və Komponentli Təşkilat

Şematik və kartın hazırlanması üçün Eagle proqramından istifadə etdim.

PCB -nin sxemini hazırlamaqla başlayır, dövrənin əvvəlcədən izah edilmiş hər bir hissəsini tutmalıdır, onu birləşdirən hər bir komponentin simvolunu yerləşdirməklə başlayır, sonra hər bir komponent arasında əlaqələr qurulur, bağlanmamaq üçün diqqətli olmaq lazımdır. səhvən, bu səhv bir arızaya səbəb olan dövrə dizaynında əks olunacaq. Nəhayət, hər bir komponentin dəyərləri əvvəlki addımlarda hesablandığına görə göstəriləcəkdir.

İndi kartın dizaynına davam edə bilərik, etməli olduğumuz ilk şey komponentləri mümkün qədər az yer tutacaq şəkildə təşkil etməkdir ki, bu da istehsal xərclərini azaldacaq. Şəxsən mən komponentləri simmetrik bir dizaynın təqdir ediləcəyi şəkildə təşkil etməyi sevirəm, bu təcrübə marşrutlaşdırma zamanı mənə kömək edir, daha asan və daha şık edir.

Komponentləri və marşrutu yerləşdirərkən bir şəbəkəyə riayət etmək vacibdir, mənim vəziyyətimdə 25 millik bir şəbəkə istifadə etdim, IPC qaydasına görə, komponentlər arasında bir ayrılıq olmalıdır, ümumiyyətlə bu ayırma da 25 mil.

Addım 6: PCB Dizaynı: Kenarlar və Montaj Delikləri

Bütün komponentləri yerinə yetirdikdən sonra, "20 Ölçü" qatını istifadə edərək, bütün komponentlərin içəridə olmasını təmin edərək, lövhənin perimetri çəkilərək PCB -ni ayıra bilərik.

Xüsusi mülahizələr olaraq qeyd etmək lazımdır ki, Wi-Fi modulunun PCB-yə inteqrasiya edilmiş bir antenası var, siqnalın qəbulunu zəiflətməmək üçün antenin yerləşdiyi ərazinin bir hissəsini kəsdim.

Digər tərəfdən, alternativ cərəyanla işləyəcəyik, bu, olduğunuz ölkədən asılı olaraq 50-60 Hz tezliyə malikdir, bu tezlik rəqəmsal siqnallarda səs -küy yarada bilər, buna görə də idarə olunan hissələri təcrid etmək yaxşıdır. rəqəmsal hissədən alternativ cərəyan, bu, alternativ cərəyanın dolaşacağı yerlərin yaxınlığında kartda kəsiklər etməklə edilir. Yuxarıda göstərilənlər PCB -də hər hansı bir qısa qapanmanın qarşısını almağa kömək edir.

Nəhayət, PCB -nin 4 küncünə montaj delikləri qoyulur ki, onu bir kabinetə yerləşdirmək istəyirsinizsə, yerləşdirmə asan və sürətlidir.

Addım 7: PCB Dizaynı: Ən Yaxşı Yönləndirmə

Marşrutlaşdırmanın əyləncəli hissəsinə başlayırıq ki, yolun eni və dönmə açıları kimi müəyyən mülahizələrdən sonra komponentlər arasında əlaqə quraq. Ümumiyyətlə, əvvəlcə güc və əsas olmayan əlaqələri qururam, çünki ikincisini planlarla qururam.

Paralel yer və güc təyyarələri, kapasitif empedansına görə enerji mənbəyində səs -küyün azaldılmasında son dərəcə faydalıdır və lövhənin mümkün olan ən geniş sahəsinə yayılmalıdır. Onlar həmçinin elektromaqnit şüalanmasını (EMI) azaltmağa kömək edir.

Parçalar üçün nə çox geniş, nə də çox incə 90 ° bucaqlı döngələr yaratmamaq üçün diqqətli olmalıyıq. PCB üzərindəki temperaturu, dövr edəcək cərəyanı və misin sıxlığını nəzərə alaraq yolların genişliyini hesablamağa kömək edən vasitələr tapa bilərsiniz: https://www.4pcb.com/trace-width-calculator. html

Addım 8: PCB Dizaynı: Alt Yönləndirmə

Alt üzdə itkin əlaqələr qururuq və yer və güc təyyarələri qoyduğumuz boşluqda, hər iki üzün yer təyyarələrini birləşdirən bir neçə viyanın yerləşdirildiyini görə bilərik, bu təcrübə torpaq döngələrinin qarşısını almaq üçündür.

Torpaq döngələri nəzəri olaraq eyni potensiala malik olmalı olan 2 nöqtədən ibarətdir, lakin əslində keçirici materialın müqavimətindən qaynaqlanmır.

Lehimlə möhkəmləndirilmək və həddindən artıq istiləşmə və yanma olmadan daha yüksək cərəyan yükünə tab gətirmək üçün rölin kontaktlarından terminallara gedən yollar da açıldı.

Addım 9: Gerber Faylları və PCB -lərin Sifarişi

Gerber faylları, çap kartları sənayesi tərəfindən PCB istehsalı üçün istifadə olunur, onların istehsalı üçün lazım olan bütün məlumatlar, məsələn, mis təbəqələr, lehim maskası, ipək ekran və s.

Gerber fayllarını Eagle -dən ixrac etmək, "CAM Məlumatları Yarat" seçimindən istifadə etməklə çox sadədir, CAM prosessoru, aşağıdakı PCB təbəqələrinə uyğun olan 10 faylı olan.zip faylı yaradır:

1. Alt Mis
2. Alt Silkscreen
3. Alt Lehim Yapışdırın
4. Alt Soldermask
5. Dəyirman Layer
6. Üst Mis
7. Üst Silkscreen
8. Üst Lehim Pastası
9. Üst Soldermask
10. Qazma Fayl

Gerber sənədlərimizi əsl PCB halına gətirməyin vaxtıdır. PCB istehsal etmək üçün Gerber sənədlərimi JLCPCB -ə yükləyin. Onların xidməti olduqca sürətlidir. PCB -ni Meksikada 10 gün ərzində aldım.

Addım 10: PCB -nin yığılması

PCB -lərimiz olduğuna görə, lövhənin yığılmasına hazırıq, bunun üçün lehimləmə stansiyasına, lehimə, axına, cımbıza və ağdan çıxarmaq üçün meshə ehtiyacımız olacaq.

Bütün rezistorları öz yerlərində lehimləməyə başlayacağıq, iki yastıqdan birinə az miqdarda lehim qoyuruq, müqavimət terminalını lehimləyirik və qalan terminalı lehimləməyə davam edirik, hər birində bunu təkrarlayacağıq. rezistorlardan.

Eyni şəkildə, kondansatörler və LED -lərlə davam edəcəyik, ikincisi ilə diqqətli olmalıyıq, çünki katodu göstərən kiçik bir yaşıl işarəsi var.

Diodları, tranzistorları, gərginlik tənzimləyicisini və düyməni lehimləməyə davam edəcəyik. İpək ekranda göstərdiyi diodların polarite işarələrinə hörmətlə yanaşır, transistorları lehimləyərkən də diqqətli olun, çox qızdırmaq onlara zərər verə bilər.

İndi Wi-Fi modulunu yerləşdirəcəyik, əvvəlcə mükəmməl bir şəkildə düzəldildiyinə diqqət yetirərək bir pin lehimləyəcəyik, buna nail olaraq qalan bütün pinləri lehimləyəcəyik.

Yalnız bütün Çuxurdan keçən hissələri qaynaq etmək qalır, daha böyük ölçüdə olması üçün ən sadədir, parlaq bir görünüşə malik təmiz bir qaynaq hazırladığınızdan əmin olun.

Əlavə bir addım olaraq, rölelərin açıq hissələrini qalayla gücləndirəcəyik, daha əvvəl qeyd etdiyim kimi, bu yolun yanmadan daha çox cərəyana davam etməsinə kömək edəcəkdir.

Addım 11: Proqram təminatı

Proqramlaşdırma üçün Arduino fauxmoesp kitabxanasını qurdum, bu kitabxana ilə Phillips Hue işıqlarını təqlid edə bilərsiniz, parlaqlıq səviyyəsini də idarə edə bilsəniz də, bu lövhə yalnız açma / söndürmə açarı olaraq işləyəcək.

Kitabxananı yükləyə və qura biləcəyiniz üçün sizə link buraxıram:

Bu kitabxanadan bir nümunə kodu istifadə edin və cihazın işləməsi üçün lazımi dəyişiklikləri edin, Arduino kodunu yükləyib sınamağınız üçün buraxıram.

Addım 12: Nəticə

Cihaz qurulduqdan və proqramlaşdırıldıqdan sonra onun funksionallığını yoxlamağa başlayacağıq, yalnız yuxarı terminal lövhəsinə bir elektrik kabeli qoymalı və 100-240VAC təmin edən bir yuvaya bağlamalıyıq, qırmızı LED (ON) yanır, İnternet şəbəkəsini axtaracaq və qoşulacaq.

Alexa tətbiqimizə daxil oluruq və yeni cihazlar axtarmağınızı xahiş edirik, bu proses təxminən 45 saniyə çəkəcək. Hər şey düzgündürsə, lövhədə hər bir röle üçün bir olmaqla 4 yeni cihaz görməlisiniz.

İndi yalnız Alexa'ya cihazları açıb söndürməsini söyləmək qalır, bu test videoda göstərilib.

Hazır !!! İndi şəxsi köməkçinizlə istədiyiniz cihazı yandırıb söndürə bilərsiniz.