Voice Home Control V1.0: 12 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Преди няколко месеца придобих личен асистент, по -специално Echo Dot, оборудван с Alexa. Избрах го, защото открих, че по прост начин мога да добавя приставки за управление и изключване на устройството като светлини, вентилатори и т.н. В онлайн магазините видях голям брой устройства, които изпълняват тази функция и тогава си помислих …. защо да не си направите сами?

Имайки предвид тази идея, започнах да проектирам платка с Wi-Fi връзка и 4 изходни релета. По -долу ще опиша проектирането стъпка по стъпка от схематичната диаграма, проектирането на печатни платки, програмирането и тестването, завършващо с успешна работа.

ХАРАКТЕРИСТИКА

1. Wi -Fi мрежова връзка
2. 100 / 240VAC входно напрежение
3. 4 изходни релета (максимум 10А)
4. LED индикатор за захранване
5. 4 светодиоден индикатор за захранване на релето
6. Програмираща заглавка
7. Бутон за рестартиране

Стъпка 1: Компоненти и инструменти

Компоненти

1. 3 резистора 0805 от 1k ohm
2. 5 резистора 0805 от 220 ома
3. 2 резистора 0805 от 10k ома
4. 1 резистор 0805 от 4,7 k ома
5. 2 кондензатора 0805 от 0.1uf
6. 2 кондензатора 0805 от 10uf
7. 4 диода ES1B или подобен от 100v 1A SMA пакет
8. 1 Регулатор на напрежение AMS1117-3.3
9. 4 зелени светодиода 0805
10. 1 червен светодиод 0805
11. 4 транзистора NPN MMBT2222A или подобен пакет SOT23
12. 1 Wi-Fi модул ESP 12-E
13. 1 Захранване HLK-PM01
14. 1 Превключете тактилен SMD
15. 1 Pin заглавка на 6 позиции
16. 5 Клемен блок с 2 позиции 5.08 мм стъпка
17. 4 релета от 5VDC

Инструменти

1. Поялна станция или каутин от 25-30 вата
2. Оловен спойка
3. Поток
4. Пинсети
5. Отпаяващ фитил

Стъпка 2: Регулатор на захранването и напрежението

За работата на веригата са необходими 2 напрежения, едно от 3.3 VDC за секцията за управление и друго от 5 VDC за секцията за захранване, тъй като идеята е, че платката има всичко необходимо за работа, използвайте A комутиран източник, който директно захранва 5v и се захранва от мрежово напрежение е от съществено значение, това ни спасява от нуждата от външен захранващ адаптер и трябва само да добавим 3.3V линеен регулатор (LDO).

Имайки предвид горното, като източник избрах Hi-Link HLK-PM01, който има входно напрежение 100-240VAC при 0.1A и изход от 5VDC при 0.6A, последван от това, поставих широко използвания AMS1117-3.3 регулатор, който е много често срещан и следователно лесно достъпен.

Консултирайки се с листа с данни на AMS1117, ще намерите стойностите за входните и изходните кондензатори, това са 0.1uf и 10uf за входа и друга равна секция за изхода. И накрая, поставих светодиоден индикатор за захранване със съответното му ограничаващо съпротивление, което лесно се изчислява по закона на ома:

R = 5V-Vled / Iled

R = 5 - 2 / 0,015 = 200

Токът от 15mA в светодиода е такъв, че да не свети толкова силно и да удължи живота му.

Стъпка 3: Контролирайте Seccion

За този раздел избрах ESP-12-E Wi-Fi модул, защото е малък, евтин и много лесен за използване с Arduino IDE. Тъй като модулът има всичко необходимо за работата си, външният хардуер, необходим за работата на ESP, е минимален.

Нещо, което трябва да имате предвид, е, че някои GPIO на модула не се препоръчват да се използват, а други имат специфични функции, след това ще покажа таблица за щифтовете и какви функции изпълняват:

GPIO --------- Вход ---------------- Изход ---------------------- --- Бележки

GPIO16 ------ без прекъсване ------ няма поддръжка на PWM или I2C --- високо при зареждане, използвано за събуждане от дълбок сън

GPIO5 ------- OK ------------------- OK --------------- често се използва като SCL (I2C)

GPIO4 ------- OK ------------------- OK --------------- често се използва като SDA (I2C)

GPIO0 ------- издърпано нагоре ---------- OK --------------- Ниско до FLASH режим, зареждането се проваля, ако се издърпа Ниско

GPIO2 ------- издърпано ---------- OK --------------- зареждането се проваля, ако се издърпа Ниско

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

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

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

GPIO15 ----- издърпан към GND ---- OK --------------- SPI (CS) Зареждането се проваля, ако се дърпа високо

GPIO3 ------- OK ------------------- RX щифт ---------- Високо при зареждане

GPIO1 ------- TX щифт -------------- OK --------------- Високо при зареждане, зареждането се проваля, ако се изтегли ниско

ADC0 -------- Аналогов вход ----- X

Горната информация е намерена на следната връзка:

Въз основа на горните данни избрах щифтове 5, 4, 12 и 14 като цифрови изходи, които ще активират всяко от релетата, това са най -стабилните и безопасни за активиране.

Накрая добавих каквото е необходимо за програмиране, бутон за нулиране на този щифт, резистор, свързан към захранването на разрешаващия щифт, съпротивление към земята на GPIO15, заглавка, която се използва за свързване на FTDI към TX, RX щифтове и заземете GPIO0, за да поставите модула във Flash режим.

Стъпка 4: Power Seccion

Този раздел ще се погрижи за използването на изходните 3.3VDC на GPIO портовете за активиране на реле. Релетата се нуждаят от по -голяма мощност от тази, осигурена от ESP щифт, така че за да го активирате е необходим транзистор, в този случай използваме MMBT2222A.

Трябва да вземем предвид тока, който ще премине през колектора (Ic), с тези данни можем да изчислим съпротивлението, което ще бъде поставено в основата на транзистора. В този случай Ic ще бъде сумата от тока, който преминава през бобината на релето, и тока на светодиода, който показва запалването:

Ic = Irelay + Iled

Ic = 75mA + 15mA = 90mA

Тъй като имаме текущия Ic, можем да изчислим базовото съпротивление на транзистора (Rb), но имаме нужда от допълнителна двойка данни, усилването на транзистора (hFE), което в случая на MMBT2222A има стойност 40 (усилването е безразмерен, следователно няма мерни единици) и бариерния потенциал (VL), който в силициевите транзистори има стойност 0,7v. С горното можем да пристъпим към изчисляване на Rb със следната формула:

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

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

Въз основа на изчислението по -горе избрах съпротивление от 1 kом.

Накрая, диод беше поставен успоредно на намотката на релето с катода, обърнат към Vcc. Диодът ES1B предотвратява обратна FEM (FEM, или обратна електромоторна сила е напрежението, което възниква, когато токът през бобина варира)

Стъпка 5: Проектиране на печатни платки: Схематична и компонентна организация

За изработването на схемата и картата използвах софтуера Eagle.

Той започва с изготвяне на схемата на печатната платка, той трябва да улавя всяка предварително обяснена част от веригата, започва с поставянето на символа на всеки компонент, който го интегрира, след това се осъществяват връзките между всеки компонент, трябва да се внимава да не се свърже погрешно тази грешка ще бъде отразена в дизайна на веригата, причинявайки неизправност. И накрая, стойностите на всеки компонент ще бъдат посочени според това, което е изчислено в предишните стъпки.

Сега можем да продължим с дизайна на картата, първото нещо, което трябва да направим, е да организираме компонентите така, че да заемат възможно най -малко място, това ще намали производствените разходи. Лично аз обичам да организирам компонентите по такъв начин, че да се оценява симетричен дизайн, тази практика ми помага при маршрутизиране, улеснява я и я прави по -стилна.

Важно е да се спазва решетка при настаняване на компонентите и маршрута, в моя случай използвах решетка от 25 мили, по правило IPC, компонентите трябва да имат разделение между тях, обикновено това разделяне също е 25 мили.

Стъпка 6: Дизайн на печатни платки: кантове и монтажни отвори

След като всички компоненти са на място, можем да ограничим печатната платка, като използваме слоя "20 Dimension", периметърът на платката се изчертава, като се гарантира, че всички компоненти са вътре в нея.

Като специални съображения, заслужава да се спомене, че Wi-Fi модулът има антена, интегрирана в печатната платка, за да избегна отслабване на приемането на сигнала, направих разрез точно под областта, в която се намира антената.

От друга страна, ще работим с променлив ток, той има честота от 50 до 60Hz в зависимост от държавата, в която се намирате, тази честота може да генерира шум в цифрови сигнали, така че е добре да изолирате секциите, които обработват променлив ток от цифровата част, това става като се правят разрези в картата в близост до областите, през които променливият ток ще циркулира. Горното също помага да се избегне късо съединение на печатната платка.

И накрая, монтажните отвори се поставят в 4 -те ъгъла на печатната платка, така че ако искате да я поставите в шкаф, поставянето е лесно и бързо.

Стъпка 7: Дизайн на печатни платки: Топ маршрутизиране

Започваме забавната част, маршрутизирането, е да направим връзките между компонентите, следвайки определени съображения, като ширина на коловоза и ъгли на завиване. Като цяло първо създавам връзки, които не са захранващи и заземени, тъй като последното осъществявам с планове.

Паралелните земни и силови равнини са изключително полезни за намаляване на шума в източника на захранване поради капацитивния импеданс и трябва да бъдат разпределени върху възможно най -широката площ на платката. Те също ни помагат да намалим електромагнитното излъчване (EMI).

За пистите трябва да внимаваме да не генерираме завои с ъгли 90 °, нито твърде широки, нито твърде тънки. Онлайн можете да намерите инструменти, които ни помагат да изчислим ширината на коловозите, като вземем предвид температурата, тока, който ще циркулира, и плътността на медта върху печатната платка: https://www.4pcb.com/trace-width-calculator. html

Стъпка 8: Дизайн на печатни платки: Долно маршрутизиране

На долната страна правим липсващите връзки и в излишното пространство поставяме заземяващи и захранващи равнини, можем да забележим, че са поставени няколко виа, които свързват заземяващите равнини на двете страни, тази практика е да се избегнат заземяващи контури.

Заземяващите контури са 2 точки, които теоретично би трябвало да са със същия потенциал, но те всъщност не са поради съпротивлението на проводящия материал.

Следите от контактите на релето към клемите също бяха открити, за да бъдат подсилени с спойка и да издържат на по -голямо токово натоварване без прегряване и изгаряне.

Стъпка 9: Gerber файлове и поръчване на печатни платки

Файловете Gerber се използват от индустрията на печатни платки за производство на печатни платки, те съдържат цялата информация, необходима за тяхното производство, като медни слоеве, маска за спойка, копринен печат и др.

Експортирането на Gerber файлове от Eagle е много просто с помощта на опцията "Generate CAM Data", CAM процесорът генерира.zip файл, който съдържа 10 файла, съответстващи на следните слоеве на печатни платки:

1. Долна мед
2. Долен копринен екран
3. Поста за долна спойка
4. Долна запояваща маска
5. Мелничен слой
6. Топ мед
7. Горна коприна
8. Топ паста за запояване
9. Топ Soldermask
10. Пробивна пила

Сега е моментът да превърнем нашите Gerber файлове в истинска печатна платка. Качете моите Gerber файлове в JLCPCB, за да произведете моята печатна платка. Обслужването им е доста бързо. Получих PCB в Мексико за 10 дни.

Стъпка 10: Сглобяване на печатни платки

Сега, когато разполагаме с печатни платки, сме готови за сглобяването на платката, за това ще ни трябват станция за запояване, спойка, флюс, пинсета и мрежа, за да се разлеят.

Ще започнем със запояване на всички резистори на съответните им места, поставяме малко количество спойка върху една от двете подложки, запояваме клемата на съпротивлението и пристъпваме към запояване на останалия терминал, ще повторим това във всеки един на резисторите.

По същия начин ще продължим с кондензаторите и светодиодите, трябва да бъдем внимателни с последните, тъй като те имат малка зелена маркировка, която показва катода.

Ще пристъпим към запояване на диодите, транзисторите, регулатора на напрежението и бутона. Той спазва знаците за полярност на диодите, които показва на копринената печат, също така бъдете внимателни, когато запоявате транзисторите, загряването им твърде много може да ги повреди.

Сега ще поставим Wi-Fi модула, първо ще запояваме щифт, като внимаваме да е перфектно подравнен, като постигнем това, ще запоим всички останали щифтове.

Остава само да заварявате всички компоненти през отвора, те са най-простите, тъй като са с по-голям размер, просто се уверете, че сте направили чиста заварка с блестящ вид.

Като допълнителна стъпка, ние ще укрепим откритите следи на релетата с калай, както споменах по -рано, това ще помогне на пистата да издържи повече ток без изгаряне.

Стъпка 11: Софтуер

За програмиране инсталирах библиотеката Arduino fauxmoesp, с тази библиотека можете да подражавате на Phillips Hue светлини, въпреки че можете също да контролирате нивото на яркост, тази платка ще работи само като превключвател за включване / изключване.

Оставям ви връзката, за да можете да изтеглите и инсталирате библиотеката:

Използвайте примерен код от тази библиотека и направете необходимите промени за работата на устройството, оставям кода на Arduino, за да го изтеглите и тествате.

Стъпка 12: Заключение

След като устройството е сглобено и програмирано, ще продължим да тестваме неговата функционалност, трябва само да поставим захранващ кабел в горната клемна платка и да го свържем към гнездо, което осигурява 100-240VAC, червеният светодиод (ON) светва, ще търси мрежата на интернет и ще се свърже.

влизаме в нашето приложение Alexa и ви молим да търсите нови устройства, този процес ще отнеме около 45 секунди. Ако всичко е правилно, трябва да видите 4 нови устройства, по едно за всяко реле на платката.

Сега остава само да кажем на Alexa да включва и изключва устройствата, този тест е показан във видеото.

Готов!!! Сега можете да включвате и изключвате с вашия личен асистент желаното от вас устройство.