Voice Home Control V1.0: 12 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Muutama kuukausi sitten hankin henkilökohtaisen avustajan, erityisesti Alexalla varustetun Echo Dotin. Valitsin sen, koska huomasin, että voin yksinkertaisella tavalla lisätä laajennuksia laitteen ohjaamiseksi pois ja päälle, kuten valot, tuulettimet jne. Verkkokaupoissa näin suuren määrän laitteita, jotka täyttävät tämän toiminnon, ja silloin ajattelin…. mikset tee itse?

Tätä ajatusta silmällä pitäen aloin suunnitella korttia, jossa on Wi-Fi-yhteys ja 4 lähtörelettä. Alla kuvailen suunnittelua vaihe vaiheelta kaaviosta, piirilevyjen suunnittelusta, ohjelmoinnista ja testauksesta, jotka huipentuvat onnistuneeseen toimintaan.

OMINAISUUDET

1. Wifi -verkkoyhteys
2. 100 / 240VAC tulojännite
3. 4 lähtöreleet (enintään 10 A)
4. Virran merkkivalo
5. 4 Releen LED -merkkivalo
6. Ohjelmointiotsikko
7. Nollaus painike

Vaihe 1: Komponentit ja työkalut

Komponentit

1. 3 vastukset 0805 1 k ohmia
2. 5 vastukset 0805 220 ohmia
3. 2 vastukset 0805 10 k ohmia
4. 1 Vastus 0805, 4,7 k ohmia
5. 2 kondensaattoria 0805 / 0.1uf
6. 2 kondensaattoria 0805 / 10uf
7. 4 diodia ES1B tai vastaava 100v 1A SMA -paketista
8. 1 Jännitesäädin AMS1117-3.3
9. 4 vihreää LEDiä 0805
10. 1 Punainen LED 0805
11. 4 Transistorit NPN MMBT2222A tai vastaava SOT23 -paketti
12. 1 ESP 12-E Wi-Fi -moduuli
13. 1 Virtalähde HLK-PM01
14. 1 Vaihda kosketusnäyttöinen SMD
15. 1 nastainen otsikko, 6 paikkaa
16. 5 2 -paikkainen riviliitin 5,08 mm
17. 4 5VDC: n releet

Työkalut

1. Juotosasema tai cautin 25-30 wattia
2. Lyijyjuote
3. Flux
4. Pinsetit
5. Juotettava sydän

Vaihe 2: Virtalähteen ja jännitteen säädin

Piirin toimintaan tarvitaan 2 jännitettä, yksi 3,3 VDC ohjausosalle ja toinen 5 VDC tehoosalle, koska ajatuksena on, että kortilla on kaikki toimintaan tarvittava, käytä kytkettyä lähdettä, joka syöttää suoraan 5V ja se saa virtaa verkkojännitteeltä.

Edellä esitetyt seikat huomioon ottaen valitsin lähteeksi Hi-Link HLK-PM01: n, jonka tulojännite on 100-240VAC 0,1A ja lähtö 5VDC 0,6A, minkä jälkeen laitoin laajalti käytetyn AMS1117-3.3 joka on hyvin yleinen ja siksi helposti saatavilla.

AMS1117: n tietolomakkeesta löydät tulo- ja lähtökondensaattoreiden arvot, nämä ovat 0,1uf ja 10uf tulolle ja toinen vastaava osa ulostulolle. Lopuksi laitoin virran merkkivalon ja sen vastaavan rajoituksen, joka on helppo laskea ohmin lain mukaan:

R = 5V-Vled / Iled

R = 5 /2 / 0,015 = 200

15 mA: n virta ledissä on niin, että se ei loista niin kirkkaasti ja pidentää sen käyttöikää.

Vaihe 3: Hallitse jaksoa

Tässä osassa valitsin ESP-12-E Wi-Fi -moduulin, koska se on pieni, halpa ja erittäin helppokäyttöinen Arduino IDE: n kanssa. Koska moduulissa on kaikki sen toimintaan tarvittava, ESP: n toimintaan tarvittava ulkoinen laitteisto on minimaalinen.

On pidettävä mielessä, että jotakin moduulin GPIO: ta ei suositella käytettäväksi ja toisilla on tiettyjä toimintoja, seuraavaksi näytän taulukon nastoista ja niiden toiminnoista:

GPIO --------- Tulo ---------------- Lähtö ---------------------- --- Huomautuksia

GPIO16 ------ ei keskeytyksiä ------ ei PWM- tai I2C-tukea --- Korkea käynnistyksen yhteydessä heräämiseen syvästä unesta

GPIO5 ------- OK ------------------- OK --------------- käytetään usein SCL: nä (I2C)

GPIO4 ------- OK ------------------- OK --------------- käytetään usein SDA: na (I2C)

GPIO0 ------- vedetty ylös ---------- OK --------------- Matala FLASH-tilaan, käynnistys epäonnistuu, jos se vedetään alhaiseksi

GPIO2 ------- vedetty ylös ---------- OK --------------- käynnistys epäonnistuu, jos sitä vedetään alhaiseksi

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

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

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

GPIO15 ----- vedetty GND: hen ---- OK --------------- SPI (CS) Käynnistys epäonnistuu, jos sitä vedetään korkealle

GPIO3 ------- OK ------------------- RX-nasta ---------- Korkea käynnistyksen yhteydessä

GPIO1 ------- TX-nasta -------------- OK --------------- Korkea käynnistyksen yhteydessä, käynnistys epäonnistuu, jos se vedetään alas

ADC0 -------- Analoginen tulo ----- X

Yllä olevat tiedot löytyivät seuraavasta linkistä:

Edellä olevien tietojen perusteella valitsin nastat 5, 4, 12 ja 14 digitaalilähtöiksi, jotka aktivoivat jokaisen releen, nämä ovat vakaimpia ja turvallisimpia aktivoimiseksi.

Lopuksi lisäsin ohjelmointiin tarvittavat tiedot, nastan nollauspainikkeen, vastuksen, joka on kytketty virta -avaimeen, GPIO15: n maadoitusvastuksen, otsikon, jota käytetään FTDI: n liittämiseen TX-, RX -nastoihin ja maadoita GPIO0 asettaaksesi moduulin salama -tilaan.

Vaihe 4: Power Seccion

Tässä osassa käsitellään releen aktivointia GPIO -porttien 3.3VDC -lähtöjen avulla. Releet tarvitsevat enemmän virtaa kuin ESP -nastan tarjoama, joten sen aktivoimiseksi tarvitaan transistori, tässä tapauksessa käytämme MMBT2222A: ta.

Meidän on otettava huomioon virta, joka kulkee keräimen (Ic) läpi, ja näiden tietojen avulla voimme laskea resistanssin, joka sijoitetaan transistorin pohjaan. Tässä tapauksessa Ic on relekelan läpi kulkevan virran ja sytytystä osoittavan LED -virran summa:

Ic = Irelay + Iled

Ic = 75mA + 15mA = 90mA

Koska meillä on nykyinen Ic, voimme laskea transistorin kantavastuksen (Rb), mutta tarvitsemme ylimääräisen dataparin, transistorin vahvistuksen (hFE), jonka MMBT2222A: n tapauksessa arvo on 40 (vahvistus on mitaton, siksi sillä ei ole mittayksiköitä) ja esipotentiaali (VL), jonka pii -transistoreissa on arvo 0,7v. Edellä esitetyn perusteella voimme jatkaa Rb: n laskemista seuraavalla kaavalla:

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

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

Yllä olevan laskelman perusteella valitsin 1 khm: n vastuksen.

Lopuksi diodi asetettiin rinnakkain relekelan kanssa katodi kohti Vcc. ES1B -diodi estää FEM -taaksepäin (FEM tai käänteinen sähkömoottorivoima on jännite, joka ilmenee, kun kelan läpi kulkeva virta vaihtelee)

Vaihe 5: Piirilevyn suunnittelu: kaavamainen ja komponenttien organisointi

Kaavion ja kortin laatimiseen käytin Eagle -ohjelmistoa.

Se alkaa tekemällä piirilevyn kaavio, sen on kaapattava jokainen aiemmin selitetty piirin osa, se alkaa asettamalla jokaisen sen sisältävän komponentin symboli, sitten jokaisen komponentin väliset liitännät tehdään, on vältettävä liittämistä virhe, tämä virhe näkyy piirin suunnittelussa aiheuttaen toimintahäiriön. Lopuksi kunkin komponentin arvot ilmoitetaan sen mukaan, mitä edellisissä vaiheissa on laskettu.

Nyt voimme jatkaa kortin suunnittelua. Ensimmäinen asia, joka meidän on tehtävä, on järjestää komponentit niin, että ne vievät mahdollisimman vähän tilaa, mikä vähentää valmistuskustannuksia. Henkilökohtaisesti pidän komponenttien järjestämisestä siten, että symmetristä muotoilua arvostetaan, tämä käytäntö auttaa minua reitittämisessä, helpottaa ja tyylikäs.

On tärkeää noudattaa ruudukkoa, kun otetaan huomioon komponentit ja reitti, minun tapauksessani käytin 25 millilitran ruudukkoa, IPC -säännön mukaan, komponenttien välillä on oltava etäisyys, yleensä tämä erotus on myös 25 milliä.

Vaihe 6: Piirilevyn suunnittelu: reunat ja kiinnitysreiät

Kun kaikki komponentit ovat paikoillaan, voimme rajata piirilevyn käyttämällä "20 Dimension" -kerrosta piirilevyn kehä piirrettäessä ja varmistamalla, että kaikki komponentit ovat sen sisällä.

Erityisnäkökohtina on syytä mainita, että Wi-Fi-moduulissa on piirilevyyn integroitu antenni, jotta vältin signaalin vastaanoton heikentymisen, leikkasin juuri sen alueen alapuolella, jolla antenni sijaitsee.

Toisaalta aiomme työskennellä vaihtovirralla, jonka taajuus on 50-60 Hz riippuen maasta, jossa olet, tämä taajuus voi tuottaa kohinaa digitaalisissa signaaleissa, joten on hyvä eristää käsiteltävät osat digitaalisen osan vaihtovirta, tämä tehdään leikkaamalla kortti lähelle alueita, joiden läpi vaihtovirta kiertää. Edellä mainittu auttaa myös välttämään oikosulkua piirilevyssä.

Lopuksi kiinnitysreiät asetetaan piirilevyn neljään kulmaan, jotta jos haluat sijoittaa sen kaappiin, sijoittaminen on helppoa ja nopeaa.

Vaihe 7: Piirilevyjen suunnittelu: Yläreititys

Aloitamme hauska osa, reititys, on tehdä osien väliset yhteydet tiettyjen näkökohtien, kuten raideleveyden ja kääntymiskulmien, mukaisesti. Yleensä teen ensin kytkennät, jotka eivät ole virtaa ja maata, koska jälkimmäiset teen suunnitelmilla.

Rinnakkaiset maa- ja tehotasot ovat erittäin hyödyllisiä vaimennettaessa melua virtalähteessä sen kapasitiivisen impedanssin vuoksi, ja ne tulisi levittää levyn mahdollisimman laajalle alueelle. Ne auttavat myös vähentämään sähkömagneettista säteilyä (EMI).

Kiskojen osalta meidän on oltava varovaisia, ettemme luo 90 asteen kulmia, ei liian leveitä eikä liian ohuita. Netistä löydät työkaluja, jotka auttavat meitä laskemaan ratojen leveyden ottaen huomioon lämpötilan, kiertävän virran ja piirilevyn kuparin tiheyden: https://www.4pcb.com/trace-width-calculator. html

Vaihe 8: Piirilevyjen suunnittelu: pohjareititys

Pohjapinnalla teemme puuttuvat yhteydet ja ylimääräisessä tilassa laitamme maa- ja voimatasoja, voimme huomata, että sijoitettiin useita läpivientejä, jotka yhdistävät molempien pintojen maatasot, tämä käytäntö on välttää maasilmukoita.

Maasilmukat ovat kaksi pistettä, joiden teoriassa pitäisi olla sama potentiaali, mutta ne eivät todellakaan johda johtavan materiaalin resistanssista.

Myös releiden koskettimien ja liittimien radat paljastettiin, jotta ne vahvistettiin juotoksella ja kestävät suurempaa virtakuormaa ilman ylikuumenemista ja palamista.

Vaihe 9: Gerber -tiedostot ja piirilevyjen tilaaminen

Piirilevyteollisuus käyttää Gerber -tiedostoja piirilevyjen valmistukseen, ne sisältävät kaikki niiden valmistukseen tarvittavat tiedot, kuten kuparikerrokset, juotosmaski, silkkipaino jne.

Gerber -tiedostojen vieminen Eaglesta on erittäin helppoa käyttämällä "Luo CAM -tiedot" -vaihtoehtoa, CAM -prosessori luo.zip -tiedoston, joka sisältää 10 tiedostoa, jotka vastaavat seuraavia PCB -kerroksia:

1. Pohja kupari
2. Silkkipaino alhaalla
3. Pohjajuotospasta
4. Pohjainen naamio
5. Mill -kerros
6. Top Kupari
7. Top Silkkipaino
8. Ylin juotospasta
9. Top Soldermask
10. Poratiedosto

Nyt on aika muuttaa Gerber -tiedostomme todelliseksi PCB: ksi. Lataa Gerber -tiedostoni JLCPCB: ssä PCB: n valmistamiseksi. Heidän palvelunsa on melko nopeaa. Sain PCB: n Meksikossa 10 päivässä.

Vaihe 10: Piirilevyn kokoaminen

Nyt kun meillä on piirilevyt, olemme valmiita levyn kokoamiseen, tätä varten tarvitsemme juotosasemaa, juotosta, virtausta, pinsettejä ja verkkoa juottamiseen.

Aloitamme juottamalla kaikki vastukset omiin paikkoihinsa, asetamme pienen määrän juotetta toiselle kahdesta tyynystä, juotamme vastuksen liittimen ja juotamme jäljellä olevan liittimen, toistamme tämän jokaisessa vastuksista.

Samalla tavalla jatkamme kondensaattoreiden ja LEDien kanssa, meidän on oltava varovaisia jälkimmäisten kanssa, koska niissä on pieni vihreä merkki, joka osoittaa katodin.

Jatkamme diodien, transistorien, jännitesäätimen ja painikkeen juottamista. Se kunnioittaa diodien napaisuusmerkkejä, jotka näyttävät silkkipainon. Ole myös varovainen juottaessasi transistoreita, liiallinen kuumentaminen voi vahingoittaa niitä.

Nyt asetamme Wi-Fi-moduulin, juotamme ensin nastan huolehtien siitä, että se on täysin kohdakkain, ja tämän saavuttamiseksi juotamme kaikki jäljellä olevat nastat.

Jäljellä on vain kaikkien hitsausreikien osien hitsaus, ne ovat yksinkertaisimpia, koska ne ovat kooltaan suurempia, vaan varmista, että teet puhtaan ja kiiltävän ulkonäön.

Lisävaiheena vahvistamme releiden paljaita raitoja tinalla, kuten aiemmin mainitsin, tämä auttaa rataa kestämään enemmän virtaa polttamatta.

Vaihe 11: Ohjelmisto

Ohjelmointia varten asensin Arduino fauxmoesp -kirjaston, jonka avulla voit jäljitellä Phillips Hue -valoja, vaikka voit myös säätää kirkkautta, tämä levy toimii vain virtakytkimenä.

Jätän sinulle linkin, jotta voit ladata ja asentaa kirjaston:

Käytä esimerkkikoodia tästä kirjastosta ja tee tarvittavat muutokset laitteen toimintaan, jätän Arduino -koodin sinun ladata ja testata.

Vaihe 12: Johtopäätös

Kun laite on koottu ja ohjelmoitu, jatkamme sen toimivuuden testaamista, meidän tarvitsee vain laittaa virtajohto ylempään liitäntäkorttiin ja kytkeä se pistorasiaan, joka tarjoaa 100-240 VAC, punainen LED (ON) syttyy, etsii Internet -verkkoa ja muodostaa yhteyden.

astumme Alexa -sovellukseemme ja pyydämme sinua etsimään uusia laitteita, tämä prosessi kestää noin 45 sekuntia. Jos kaikki on oikein, sinun pitäisi nähdä 4 uutta laitetta, yksi jokaiselle levyn releelle.

Nyt on vain kerrottava Alexalle, että se kytkee laitteet päälle ja pois, tämä testi näkyy videossa.

Valmis!!! Nyt voit kytkeä haluamasi laitteen päälle ja pois päältä henkilökohtaisen avustajasi avulla.