Kontrolli i zërit në shtëpi V1.0: 12 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:12

Disa muaj më parë mora një asistent personal, konkretisht një Echo Dot të pajisur me Alexa. E zgjodha sepse zbulova se në një mënyrë të thjeshtë mund të shtoj shtojca për të kontrolluar pajisjen të fikur dhe të ndezur si dritat, tifozët, etj. Në dyqanet në internet pashë një numër të madh të pajisjeve që përmbushin këtë funksion, dhe pikërisht atëherë mendova…. pse të mos e bëni tuajin?

Me këtë ide në mendje, fillova të hartoj një tabelë me lidhje Wi-Fi dhe 4 stafetë dalës. Më poshtë do të përshkruaj dizajnin hap pas hapi nga diagrami skematik, dizajni i PCB -së, programimi dhe testimi që kulmon me funksionimin e suksesshëm.

TIPARET

1. Lidhja me rrjetin Wifi
2. Tensioni i hyrjes 100 / 240VAC
3. 4 Reletë dalëse (Maksimumi 10A)
4. Treguesi i energjisë LED
5. 4 Treguesi i fuqisë LED i stafetës
6. Titulli i programimit
7. Butoni i rivendosjes

Hapi 1: Përbërësit dhe mjetet

Komponentët

1. 3 Rezistorë 0805 të 1k ohm
2. 5 Rezistorë 0805 prej 220 ohms
3. 2 Rezistorë 0805 nga 10k ohm
4. 1 Rezistencë 0805 prej 4.7k Ohm
5. 2 Kondensatorë 0805 nga 0.1uf
6. 2 Kondensatorë 0805 nga 10uf
7. 4 Dioda ES1B ose të ngjashme të paketës SMA 100v 1A
8. 1 Rregullatori i tensionit AMS1117-3.3
9. 4 LED të Gjelbër 0805
10. 1 LED i kuq 0805
11. 4 Transistorë NPN MMBT2222A ose paketë të ngjashme SOT23
12. 1 modul Wi-Fi ESP 12-E
13. 1 Furnizimi me energji HLK-PM01
14. 1 Ndërroni SMD prekëse
15. 1 kokë pin me 6 pozicione
16. 5 Blloku Terminal me 2 pozicione 5.08mm katran
17. 4 Reletë e 5VDC

Mjetet

1. Stacioni i saldimit ose kautin prej 25-30 Watts
2. Saldim plumbi
3. Fluksi
4. Piskatore
5. Fitil i salduar

Hapi 2: Furnizimi me energji elektrike dhe Rregullatori i Tensionit

Për funksionimin e qarkut kërkohen 2 tensione, një prej 3.3 VDC për seksionin e kontrollit dhe një tjetër prej 5 VDC për seksionin e energjisë, pasi ideja është që bordi të ketë gjithçka të nevojshme për funksionimin, përdorni një burim të ndërprerë që furnizon drejtpërdrejt 5v dhe mundësohet nga tensioni i linjës është thelbësor, kjo na shpëton nga nevoja për një përshtatës të jashtëm të energjisë dhe na duhet vetëm të shtojmë një rregullator linear 3.3v (LDO).

Duke pasur parasysh sa më sipër, si burim zgjodha Hi-Link HLK-PM01 i cili ka një tension hyrës prej 100-240VAC në 0.1A dhe dalje prej 5VDC në 0.6A, e ndjekur nga kjo, vendosa AMS1117-3.3 të përdorur gjerësisht rregullator tashmë i cili është shumë i zakonshëm dhe për këtë arsye lehtësisht i disponueshëm.

Duke konsultuar fletën e të dhënave të AMS1117 do të gjeni vlerat për kondensatorët hyrës dhe dalës, këto janë 0.1uf dhe 10uf për hyrjen dhe një seksion tjetër të barabartë për daljen. Së fundmi, vendosa një LED tregues të fuqisë me rezistencën e saj kufizuese përkatëse, e cila llogaritet lehtë duke zbatuar ligjin e Ohmit:

R = 5V-Vled / Iled

R = 5 - 2 / 0.015 = 200

Rryma prej 15mA në led është në mënyrë që të mos shkëlqejë aq shkëlqyeshëm dhe të zgjasë jetën e saj.

Hapi 3: Kontrolloni seksionin

Për këtë seksion unë zgjodha një modul Wi-Fi ESP-12-E sepse është i vogël, i lirë dhe shumë i thjeshtë për t'u përdorur me Arduino IDE. Meqenëse moduli ka gjithçka të nevojshme për funksionimin e tij, hardueri i jashtëm i nevojshëm për funksionimin e ESP është minimal.

Diçka që duhet mbajtur parasysh është se disa GPIO të modulit nuk rekomandohet të përdoren dhe të tjerët kanë funksione specifike, më tej do të tregoj një tabelë në lidhje me kunjat dhe cilat funksione përmbushin:

GPIO --------- Input ---------------- Output ---------------------- --- Shënime

GPIO16 ------ pa ndërprerje ------ pa mbështetje PWM ose I2C --- E lartë gjatë nisjes e përdorur për t'u zgjuar nga gjumi i thellë

GPIO5 ------- OK ------------------- OK --------------- përdoret shpesh si SCL (I2C)

GPIO4 ------- OK ------------------- OK --------------- shpesh përdoret si SDA (I2C)

GPIO0 ------- u tërhoq lart ---------- OK --------------- E ulët në modalitetin FLASH, nisja dështon nëse tërhiqet e ulët

GPIO2 ------- u tërhoq lart ---------- OK --------------- boot dështon nëse tërhiqet Low

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

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

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

GPIO15 ----- u tërhoq në GND ---- OK --------------- SPI (CS) Boot dështon nëse tërhiqet lart

GPIO3 ------- OK ------------------- RX pin ---------- Lartë në nisje

GPIO1 ------- TX pin -------------- OK --------------- E lartë në nisje, boot dështon nëse tërhiqet ulët

ADC0 -------- Hyrja Analog ----- X

Informacioni i mësipërm u gjet në lidhjen e mëposhtme:

Bazuar në të dhënat e mësipërme, unë zgjodha kunjat 5, 4, 12 dhe 14 si daljet dixhitale që do të aktivizojnë secilën nga stafetat, këto janë më të qëndrueshme dhe më të sigurta për aktivizim.

Më në fund shtova atë që është e nevojshme për programim, një buton rivendosjeje në atë kunj, një rezistencë të lidhur me fuqinë në kunjin e aktivizimit, një rezistencë në tokë në GPIO15, një kokë që përdoret për të lidhur një FTDI me kunjat TX, RX dhe tokëzoni GPIO0 për ta vendosur modulin në modalitetin Flash.

Hapi 4: Sektori i energjisë

Ky seksion do të kujdeset për përdorimin e 3.3VDC -ve dalëse në portat GPIO për të aktivizuar një stafetë. Reletë kanë nevojë për më shumë energji sesa ajo e siguruar nga një kunj ESP, kështu që një transistor kërkohet për ta aktivizuar atë, në këtë rast ne përdorim MMBT2222A.

Ne duhet të marrim parasysh rrymën që do të kalojë përmes kolektorit (Ic), me këto të dhëna mund të llogarisim rezistencën që do të vendoset në bazën e tranzistorit. Në këtë rast, Ic do të jetë shuma e rrymës që kalon nëpër spiralen e stafetës dhe rryma e LED që tregon ndezjen:

Ic = Irelay + Iled

Ic = 75mA + 15mA = 90mA

Meqenëse kemi Ic aktual, ne mund të llogarisim rezistencën bazë të tranzistorit (Rb), por kemi nevojë për një palë të dhëna shtesë, fitimi i transistorit (hFE), i cili në rastin e MMBT2222A ka një vlerë prej 40 (fitimi është pa dimension, prandaj nuk ka njësi matëse) dhe potencialin barrierë (VL) që në transistorët silikoni ka një vlerë prej 0.7v. Me sa më sipër mund të vazhdojmë të llogarisim Rb me formulën e mëposhtme:

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

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

Bazuar në llogaritjen e mësipërme, unë zgjodha një rezistencë prej 1kohm.

Më në fund, një diodë u vendos paralelisht me spiralen e stafetës me katodën përballë Vcc. Dioda ES1B parandalon FEM të kundërt (FEM, ose Forca Elektromotore e Kundërt është tensioni që ndodh kur rryma përmes një spirale ndryshon)

Hapi 5: Dizajni i PCB: Organizimi Skematik dhe Komponent

Për përpunimin e skemës dhe kartës kam përdorur softuerin Eagle.

Fillon duke bërë skemën e PCB -së, duhet të kapë secilën pjesë të shpjeguar më parë të qarkut, fillon duke vendosur simbolin e secilit komponent që e integron atë, pastaj bëhen lidhjet midis secilit komponent, duhet pasur kujdes që të mos lidheni gabimisht, ky gabim do të pasqyrohet në modelin e qarkut duke shkaktuar një mosfunksionim. Së fundi, vlerat e secilit komponent do të tregohen sipas asaj që është llogaritur në hapat e mëparshëm.

Tani mund të vazhdojmë me hartimin e kartës, gjëja e parë që duhet të bëjmë është të organizojmë përbërësit në mënyrë që ata të zënë hapësirën më të vogël të mundshme, kjo do të ulë koston e prodhimit. Personalisht, më pëlqen të organizoj përbërësit në mënyrë të tillë që të vlerësohet një dizajn simetrik, kjo praktikë më ndihmon kur drejtoj, e bën atë më të lehtë dhe më elegant.

Importantshtë e rëndësishme të ndiqni një rrjet kur akomodoni përbërësit dhe rrugën, në rastin tim kam përdorur një rrjet 25mil, sipas rregullit IPC, përbërësit duhet të kenë një ndarje midis tyre, në përgjithësi kjo ndarje është gjithashtu 25mil.

Hapi 6: Dizajni i PCB: Skajet dhe Vrimat e Montimit

Duke pasur të gjithë përbërësit në vend, ne mund të kufizojmë PCB -në, duke përdorur shtresën "20 Dimensioni", perimetri i tabelës është tërhequr, duke siguruar që të gjithë përbërësit të jenë brenda tij.

Si konsiderata të veçanta, vlen të përmendet se moduli Wi-Fi ka një antenë të integruar në PCB, për të shmangur dobësimin e marrjes së sinjalit, bëra një prerje pak më poshtë zonës në të cilën ndodhet antena.

Nga ana tjetër, ne do të punojmë me rrymë alternative, kjo ka një frekuencë prej 50 deri në 60Hz në varësi të vendit në të cilin ndodheni, kjo frekuencë mund të gjenerojë zhurmë në sinjalet dixhitale, kështu që është mirë të izoloni pjesët që trajtojnë rryma alternative nga pjesa dixhitale, kjo bëhet duke bërë shkurtime në kartelë pranë zonave nëpër të cilat do të qarkullojë rryma alternative. Sa më sipër ndihmon gjithashtu në shmangien e çdo qarku të shkurtër në PCB.

Së fundi, vrimat e montimit vendosen në 4 qoshet e PCB në mënyrë që nëse dëshironi ta vendosni në një dollap, vendosja është e lehtë dhe e shpejtë.

Hapi 7: Dizajni i PCB: Routing i lartë

Ne fillojmë pjesën argëtuese, drejtimin, të krijojmë lidhjet midis komponentëve duke ndjekur konsiderata të caktuara siç janë gjerësia e pistës dhe këndet e kthesës. Në përgjithësi, së pari bëj lidhjet që nuk janë fuqi dhe bazë, pasi këto të fundit i bëj me plane.

Rrafshët paralel të tokës dhe fuqisë janë jashtëzakonisht të dobishëm në zbutjen e zhurmës në burimin e energjisë për shkak të rezistencës së saj kapacitive dhe duhet të shpërndahen në zonën më të gjerë të mundshme të bordit. Ato gjithashtu na ndihmojnë të zvogëlojmë rrezatimin elektromagnetik (EMI).

Për gjurmët duhet të jemi të kujdesshëm që të mos krijojmë kthesa me kënde 90 °, as shumë të gjera as shumë të holla. Në internet mund të gjeni mjete që na ndihmojnë të llogarisim gjerësinë e gjurmëve duke marrë parasysh temperaturën, rrymën që do të qarkullojë dhe dendësinë e bakrit në PCB: https://www.4pcb.com/trace-width-calculator. html

Hapi 8: Dizajni i PCB: Routing i poshtëm

Në faqen e poshtme bëjmë lidhjet që mungojnë dhe në hapësirën e tepërt vendosim aeroplanët e tokës dhe fuqisë, mund të vërejmë se u vendosën disa vias që lidhin rrafshet tokësore të të dy fytyrave, kjo praktikë është për të shmangur sythe tokësore.

Lakët tokësorë janë 2 pika që teorikisht do të duhej të ishin të njëjtin potencial, por ato vërtet nuk janë për shkak të rezistencës së materialit përcjellës.

Gjurmët nga kontaktet e stafetës në terminalet gjithashtu u ekspozuan, në mënyrë që të forcoheshin me saldim dhe të përballonin një ngarkesë më të madhe aktuale pa mbinxehje dhe djegie.

Hapi 9: Dosjet Gerber dhe Renditja e PCB -ve

Skedarët Gerber përdoren nga industria e bordeve të qarkut të shtypur për të prodhuar PCB, ato përmbajnë të gjithë informacionin e nevojshëm për prodhimin e tyre, të tilla si shtresa bakri, maskë ngjitëse, ekran mëndafshi, etj.

Eksportimi i skedarëve Gerber nga Eagle është shumë i thjeshtë duke përdorur opsionin "Generate CAM Data", procesori CAM gjeneron një skedar.zip që përmban 10 skedarë që korrespondojnë me shtresat e mëposhtme të PCB:

1. Bakri i poshtëm
2. Ekrani i mëndafshit i poshtëm
3. Ngjitës i ngjitësit të poshtëm
4. Maskë e poshtme me saldim
5. Shtresa e Mullirit
6. Bakër i lartë
7. Ekran mëndafshi i sipërm
8. Pasta e ngjitësit të lartë
9. Top Soldermask
10. Skedari i stërvitjes

Tani është koha për t'i kthyer skedarët tanë Gerber në një PCB të vërtetë. Ngarko skedarët e mi Gerber në JLCPCB për të prodhuar PCB -në time. Shërbimi i tyre është mjaft i shpejtë. Kam marrë PCB -në time në Meksikë në 10 ditë.

Hapi 10: Montimi i PCB

Tani që kemi PCB -të, jemi gati për montimin e bordit, për këtë do të kemi nevojë për stacionin e saldimit, saldimin, fluksin, piskatoret dhe rrjetën për tu shkrirë.

Ne do të fillojmë duke bashkuar të gjithë rezistorët në vendet e tyre përkatëse, vendosim një sasi të vogël saldimi në njërën nga dy jastëkët, lidhim terminalin e rezistencës dhe vazhdojmë të lidhim terminalin e mbetur, do ta përsërisim këtë në secilën prej tyre të rezistorëve.

Në të njëjtën mënyrë, ne do të vazhdojmë me kondensatorët dhe LED, duhet të jemi të kujdesshëm me këto të fundit pasi ato kanë një shenjë të vogël të gjelbër që tregon katodën.

Ne do të vazhdojmë të bashkojmë diodat, transistorët, rregullatorin e tensionit dhe butonin e shtypjes. Ai respekton shenjat e polaritetit të diodave që tregon ekranin e mëndafshit, gjithashtu jini të kujdesshëm kur bashkoni transistorët, ngrohja e tyre shumë mund t'i dëmtojë ato.

Tani do të vendosim modulin Wi-Fi, së pari do të lidhim një kunj duke u kujdesur që të jetë i përafruar në mënyrë perfekte, duke arritur këtë, ne do të bashkojmë të gjitha kunjat e mbetur.

Mbetet vetëm për të bashkuar të gjithë përbërësit e Përmes Vrimës, ato janë më të thjeshtat për të qenë të një madhësie më të madhe, vetëm sigurohuni që të bëni një saldim të pastër që ka një pamje me shkëlqim.

Si një hap shtesë, ne do të forcojmë gjurmët e ekspozuara të stafetëve me kallaj, siç e përmenda më parë, kjo do të ndihmojë që pista të përballojë më shumë rrymë pa u djegur.

Hapi 11: Softuer

Për programim instalova bibliotekën Arduino fauxmoesp, me këtë bibliotekë ju mund të imitoni dritat Phillips Hue, megjithëse mund të kontrolloni edhe nivelin e shkëlqimit, kjo tabelë do të funksionojë vetëm si një çelës ndezës / fikur.

Unë ju lë lidhjen në mënyrë që të shkarkoni dhe instaloni bibliotekën:

Përdorni një kod shembull nga kjo bibliotekë dhe bëni modifikimet e nevojshme për funksionimin e pajisjes, unë ju lë kodin Arduino për ta shkarkuar dhe testuar.

Hapi 12: Përfundim

Pasi pajisja të jetë mbledhur dhe programuar, ne do të vazhdojmë të testojmë funksionalitetin e saj, na duhet vetëm të vendosim një kabllo të energjisë në tabelën e sipërme të terminalit dhe ta lidhim atë me një prizë që siguron 100-240VAC, LED i kuq (ON) ndizet, do të kërkojë rrjetin e internetit dhe do të lidhet.

ne futemi në aplikacionin tonë Alexa dhe ju kërkojmë të kërkoni pajisje të reja, ky proces do të zgjasë rreth 45 sekonda. Nëse gjithçka është e saktë, duhet të shihni 4 pajisje të reja, një për secilën stafetë në tabelë.

Tani mbetet vetëm t'i themi Alexa të ndezë dhe fikë pajisjet, ky test tregohet në video.

Gati !!! Tani mund të aktivizoni dhe fikni me ndihmësin tuaj personal pajisjen që dëshironi.