Hangos otthoni vezérlés V1.0: 12 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Néhány hónapja beszereztem egy személyi asszisztenst, pontosabban egy Alexával felszerelt Echo Dot -ot. Azért választottam ezt, mert felfedeztem, hogy egyszerű módon hozzáadhat olyan plug -ineket, amelyekkel ki- és bekapcsolhatja az eszközt, például lámpákat, ventilátorokat stb. Az online áruházakban sok olyan eszközt láttam, amelyek teljesítik ezt a funkciót, és ekkor gondoltam…. miért nem készíted el magad?

Ezt a gondolatot szem előtt tartva kezdtem el tervezni egy táblát Wi-Fi kapcsolattal és 4 kimeneti relével. Az alábbiakban lépésről lépésre ismertetem a tervezést a vázlatos diagramból, a NYÁK -tervezést, a programozást és a tesztelést, amelyek a sikeres működésben végződnek.

JELLEMZŐK

1. Wifi hálózati kapcsolat
2. 100 / 240VAC bemeneti feszültség
3. 4 kimeneti relé (maximum 10A)
4. Tápellátás jelző LED
5. 4 LED relé teljesítményjelzője
6. Programozási fejléc
7. Reset gomb

1. lépés: Alkatrészek és eszközök

Alkatrészek

1. 3 0805 1 k ohmos ellenállás
2. 5 ellenállás 0805, 220 ohm
3. 2 ellenállás 0805 / 10k ohm
4. 1 0805 ellenállás, 4,7 k ohm
5. 2 kondenzátor 0805 0,1uf
6. 2 kondenzátor 0805 / 10uf
7. 4 ES1B vagy hasonló dióda 100v 1A SMA csomagból
8. 1 Feszültségszabályozó AMS1117-3.3
9. 4 Zöld LED 0805
10. 1 Piros LED 0805
11. 4 tranzisztoros NPN MMBT2222A vagy hasonló SOT23 csomag
12. 1 ESP 12-E Wi-Fi modul
13. 1 HLK-PM01 tápegység
14. 1 Kapcsolja be a tapintható SMD -t
15. 1 tűs fejléc 6 pozícióból
16. 5 Csatlakozóblokk 2 pozícióból 5,08 mm
17. 4 relé 5VDC

Eszközök

1. Forrasztóállomás vagy cautin 25-30 watt
2. Ólomforrasztó
3. Fényáram
4. Csipesz
5. Forrasztó kanóc

2. lépés: Tápegység és feszültségszabályozó

Az áramkör működéséhez 2 feszültségre van szükség, az egyik 3,3 VDC a vezérlőszakaszra, és egy másik 5 V DC a tápegységre, mivel az elképzelés szerint az alaplap rendelkezik mindennel, ami szükséges a működéshez. Elengedhetetlen az 5 V feszültség, és a hálózati feszültségről táplálkozik, ez megkímél bennünket attól, hogy külső tápegységre van szükségünk, és csak egy 3,3 V -os lineáris szabályozót (LDO) kell hozzáadnunk.

A fentieket szem előtt tartva, forrásként a Hi-Link HLK-PM01-et választottam, amelynek bemeneti feszültsége 100-240VAC, 0,1A, kimenete 5VDC, 0,6A, majd ezt követően elhelyeztem a széles körben használt AMS1117-3.3 szabályozó, amely nagyon gyakori és ezért könnyen elérhető.

Az AMS1117 adatlapján megtalálhatja a bemeneti és kimeneti kondenzátorok értékeit, ezek 0,1uf és 10uf a bemenetre és egy másik egyenlő rész a kimenetre. Végül elhelyeztem egy teljesítményjelző LED -et a megfelelő korlátozó ellenállással, amely könnyen kiszámítható az ohm törvénye szerint:

R = 5V-Vled / Iled

R = 5 /2 / 0,015 = 200

A ledben lévő 15 mA áramerősség olyan, hogy nem ragyog olyan fényesen és meghosszabbítja az élettartamát.

3. lépés: A szekció ellenőrzése

Ebben a részben egy ESP-12-E Wi-Fi modult választottam, mert kicsi, olcsó és nagyon egyszerű használni az Arduino IDE-vel. Mivel a modul mindent tartalmaz, ami a működéséhez szükséges, az ESP működéséhez szükséges külső hardver minimális.

Ne feledje, hogy a modul egyes GPIO -jait nem ajánlott használni, másoknak pedig speciális funkcióik vannak, majd egy táblázatot mutatok a csapokról és azok funkcióiról:

GPIO --------- Bemenet ---------------- Kimenet ---------------------- --- Megjegyzések

GPIO16 ------ nincs megszakítás ------ nincs PWM vagy I2C támogatás --- Magas a rendszerindításkor, felébred a mély alvásból

GPIO5 ------- OK ------------------- OK --------------- gyakran használják SCL-ként (I2C)

GPIO4 ------- OK ------------------- OK --------------- gyakran használják SDA-ként (I2C)

GPIO0 ------- felhúzva ---------- OK --------------- Alacsony FLASH módba, a rendszerindítás nem sikerül, ha alacsonyra húzzák

GPIO2 ------- felhúzva ---------- OK --------------- a rendszerindítás nem sikerül, ha alacsonyra húzzák

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

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

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

GPIO15 ----- GND-re húzva ---- OK --------------- SPI (CS) A rendszerindítás nem sikerül, ha magasra húzzák

GPIO3 ------- OK ------------------- RX pin ---------- Magas a rendszerindításkor

GPIO1 ------- TX pin -------------- OK --------------- Magas indításkor, a rendszerindítás nem sikerül, ha alacsonyra húzzák

ADC0 -------- Analóg bemenet ----- X

A fenti információk az alábbi linken találhatók:

A fenti adatok alapján az 5 -ös, 4 -es, 12 -es és 14 -es érintkezőt választottam digitális kimenetként, amelyek aktiválják az egyes reléket, ezek a legstabilabbak és a legbiztonságosabbak az aktiváláshoz.

Végül hozzáadtam a programozáshoz szükséges dolgokat, egy visszaállító gombot a tűn, egy ellenállást, amely az engedélyező csap tápellátására van csatlakoztatva, a GPIO15 földdel szembeni ellenállását, egy fejlécet, amelyet egy FTDI csatlakoztatására használnak a TX, RX csapokhoz és földelje a GPIO0 -t, hogy a modult vaku módba állítsa.

4. lépés: Power Seccion

Ez a rész gondoskodik a GPIO portok 3.3VDC kimeneteinek használatáról a relék aktiválásához. A reléknek több energiára van szükségük, mint az ESP -tű által biztosított, ezért aktiválásához tranzisztor szükséges, ebben az esetben az MMBT2222A -t használjuk.

Figyelembe kell vennünk az áramot, amely áthalad a kollektoron (Ic), ezekkel az adatokkal kiszámíthatjuk az ellenállást, amelyet a tranzisztor aljára helyezünk. Ebben az esetben az Ic a relétekercsen áthaladó áram és a gyújtást jelző LED áramának összege lesz:

Ic = Irelay + Iled

Ic = 75mA + 15mA = 90mA

Mivel rendelkezünk az aktuális Ic -vel, kiszámíthatjuk a tranzisztor (Rb) alapellenállását, de szükségünk van egy extra adatpárra, a tranzisztor erősítésére (hFE), amely az MMBT2222A esetében 40 (az erősítés dimenzió nélküli, ezért nem rendelkezik mértékegységekkel), és a szilícium tranzisztorok gátpotenciálja (VL) 0,7v. A fentiek alapján folytathatjuk az Rb kiszámítását a következő képlettel:

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

Rb = [(3,3 - 0,7) (40)] / 0,09 = 1155,55 ohm

A fenti számítás alapján 1kohm ellenállást választottam.

Végül egy diódát helyeztünk el párhuzamosan a relé tekercsével úgy, hogy a katód Vcc felé nézzen. Az ES1B dióda megakadályozza a visszafordított FEM -et (FEM, vagy fordított elektromotoros erő az a feszültség, amely akkor fordul elő, ha a tekercsen átfolyó áram változik)

5. lépés: NYÁK -tervezés: sematikus és komponensszervezés

A vázlat és a kártya kidolgozásához az Eagle szoftvert használtam.

Kezdődik a NYÁK sematikus elkészítésével, rögzítenie kell az áramkör minden korábban kifejtett részét, először az egyes összetevők szimbólumának elhelyezésével kezdődik, amelyek integrálják, majd létrejönnek az egyes alkatrészek közötti kapcsolatok, ügyelni kell arra, hogy ne csatlakoztassa tévesen ez a hiba megjelenik az áramkör kialakításában, ami hibás működést okoz. Végül az egyes komponensek értékeit az előző lépésekben számoltak szerint tüntetik fel.

Most folytathatjuk a kártya tervezését, az első dolog, amit meg kell tennünk, hogy az alkatrészeket úgy rendezzük el, hogy a lehető legkevesebb helyet foglalják el, ez csökkenti a gyártási költségeket. Személy szerint szeretem úgy megszervezni az alkatrészeket, hogy a szimmetrikus dizájnt értékeljék, ez a gyakorlat segít az útválasztásban, megkönnyíti és stílusosabbá teszi.

Fontos, hogy az alkatrészek és az útvonal elhelyezésekor rácsot kövessek, az én esetemben 25 milliméteres rácsot használtam, az IPC szabálya szerint az alkatrészek között el kell különülniük, általában ez az elválasztás is 25 milliméter.

6. lépés: NYÁK -tervezés: Szélek és rögzítőlyukak

Miután minden alkatrész a helyén van, le tudjuk határolni a NYÁK -ot, a "20 Dimension" réteg segítségével lerajzoljuk a tábla kerületét, biztosítva, hogy minden alkatrész benne legyen.

Külön megfontolásként érdemes megemlíteni, hogy a Wi-Fi modulnak antennája van a NYÁK-ba integrálva, hogy elkerülje a jel vételének gyengülését, közvetlenül az antenna helyén vágtam.

Másrészt váltakozó árammal fogunk dolgozni, ennek frekvenciája 50–60 Hz, attól függően, hogy melyik országban tartózkodik, ez a frekvencia zajt generálhat a digitális jelekben, ezért érdemes elkülöníteni azokat a szakaszokat, amelyek kezelik a digitális részből származó váltakozó áram, ez úgy történik, hogy a kártyán vágásokat végeznek azon területek közelében, amelyeken a váltakozó áram kering. A fentiek segítenek elkerülni a rövidzárlatot a NYÁK -on.

Végül rögzítő lyukakat helyeznek el a NYÁK 4 sarkában annak érdekében, hogy ha egy szekrénybe szeretné helyezni, az elhelyezés egyszerű és gyors.

7. lépés: NYÁK -tervezés: felső útválasztás

A szórakoztató részből, az útvonalválasztásból indulunk ki, hogy bizonyos szempontok, például a nyomtáv és az elfordulási szögek nyomán, összeköttetéseket hozzunk létre az alkatrészek között. Általában először azokat az összefüggéseket hozom létre, amelyek nem erő és föld, mivel az utóbbit tervekkel hozom létre.

A párhuzamos földelés és teljesítménysíkok rendkívül hasznosak az áramforrás zajcsillapításában, kapacitív impedanciája miatt, és a tábla lehető legszélesebb területén kell elosztani. Segítenek az elektromágneses sugárzás (EMI) csökkentésében is.

A vágányoknál óvatosnak kell lennünk, nehogy 90 ° -os szöget zárjunk be, se túl széles, se túl vékony. Az interneten olyan eszközöket talál, amelyek segítenek számítani a sávok szélességét, figyelembe véve a hőmérsékletet, a keringő áramot és a réz sűrűségét a NYÁK-on: https://www.4pcb.com/trace-width-calculator. html

8. lépés: NYÁK -tervezés: Alulirányítás

Az alsó felületen elvégezzük a hiányzó kapcsolatokat, és a felesleges térben föld- és erőgépeket helyezünk el, észrevehetjük, hogy több viasz került elhelyezésre, amelyek mindkét arc földsíkjait összekötik, ez a gyakorlat a földhurkok elkerülése.

A földhurkok két pont, amelyek elméletileg azonos potenciállal rendelkeznek, de valójában nem a vezető anyag ellenállása miatt.

A reléérintkezőktől a terminálokig vezető vágányok is szabaddá váltak, hogy forrasztással megerősítsék, és ellenálljanak a nagyobb áramterhelésnek túlmelegedés és égés nélkül.

9. lépés: Gerber -fájlok és a PCB -k megrendelése

A Gerber -fájlokat a nyomtatott áramköri lapok gyártják PCB -k gyártásához, ezek tartalmazzák a gyártáshoz szükséges összes információt, például rézrétegeket, forrasztómaszkot, selyemszitát stb.

A Gerber fájlok exportálása az Eagle -ből nagyon egyszerű a "CAM adatok generálása" opció használatával, a CAM processzor egy.zip fájlt hoz létre, amely 10 fájlt tartalmaz a következő PCB rétegeknek megfelelően:

1. Alsó réz
2. Alsó szitanyomás
3. Alsó forrasztópaszta
4. Alsó Soldermask
5. Malomréteg
6. Felső réz
7. Felső szitanyomás
8. Top Forrasztópaszta
9. Top Soldermask
10. Fúró fájl

Itt az ideje, hogy Gerber fájljainkat valódi PCB -vé alakítsuk. Töltse fel a Gerber fájljaimat a JLCPCB -be, hogy előállíthassam a PCB -m. Szolgáltatásuk meglehetősen gyors. 10 napon belül megkaptam a PCB -t Mexikóban.

10. lépés: A NYÁK összeszerelése

Most, hogy megvannak a NYÁK -ok, készen állunk a tábla összeszerelésére, ehhez szükségünk lesz a forrasztóállomásra, a forrasztóanyagra, a fluxusra, a csipeszre és a hálóra a forrasztáshoz.

Kezdjük az összes ellenállás forrasztásával a megfelelő helyen, kis mennyiségű forrasztást helyezünk a két párna egyikére, forrasztjuk az ellenállás terminálját, és folytatjuk a maradék forrasztást, ezt megismételjük mindegyikben az ellenállásokból.

Hasonlóképpen folytatjuk a kondenzátorokkal és a LED -ekkel, az utóbbiakkal óvatosnak kell lennünk, mivel kis zöld jelzésük van, amely a katódot jelzi.

Folytatjuk a diódák, tranzisztorok, feszültségszabályozó és nyomógomb forrasztását. Tiszteletben tartja a diódák polaritási jeleit, amelyeket a szitanyomáson mutat, legyen óvatos a tranzisztorok forrasztásakor is, mert túlzott hevítésük károsíthatja őket.

Most elhelyezzük a Wi-Fi modult, először forrasztunk egy tűt, ügyelve arra, hogy tökéletesen illeszkedjen, ezt elérve, az összes többi tűt forrasztjuk.

Csak az összes átmenő lyuk alkatrész hegesztése marad, ezek a legegyszerűbbek, mivel nagyobb méretűek, csak győződjön meg arról, hogy tiszta, fényes megjelenésű hegesztést készít.

További lépésként a relék szabaddá vált pályáit ónnal erősítjük, ahogy korábban említettem, ez segít abban, hogy a pálya nagyobb áramot bírjon el égés nélkül.

11. lépés: Szoftver

Programozáshoz telepítettem az Arduino fauxmoesp könyvtárat, ezzel a könyvtárral a Phillips Hue fényeket emulálhatja, bár a fényerő szintjét is szabályozhatja, ez a tábla csak be- és kikapcsolásként működik.

Hagyom a linket a könyvtár letöltéséhez és telepítéséhez:

Használjon egy példakódot ebből a könyvtárból, és hajtsa végre az eszköz működéséhez szükséges módosításokat, az Arduino kódot hagyom letöltésre és tesztelésre.

12. lépés: Következtetés

Az eszköz összeszerelése és programozása után elkezdjük tesztelni annak működőképességét, csak egy tápkábelt kell elhelyezni a felső sorkapcson, és egy 100-240 VAC feszültséget biztosító aljzathoz kell csatlakoztatni, a piros LED (BE) világít, megkeresi az internet hálózatát és csatlakozni fog.

belépünk az Alexa alkalmazásunkba, és megkérjük, hogy keressen új eszközöket, ez a folyamat körülbelül 45 másodpercet vesz igénybe. Ha minden rendben van, 4 új eszközt kell látnia, egyet a táblán lévő relékhez.

Most már csak azt kell mondani Alexának, hogy kapcsolja be és ki az eszközöket, ez a teszt látható a videóban.

Kész!!! Most be- és kikapcsolhatja a kívánt eszközt a személyes asszisztensével.