שליטה ביתית קול V1.0: 12 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

לפני מספר חודשים רכשתי עוזרת אישית, במיוחד אקו דוט המצוידת באלקסה. בחרתי בו כי גיליתי שבצורה פשוטה ניתן להוסיף תוספים לשליטה ולהדלק את המכשיר כמו אורות, מאווררים וכו 'בחנויות מקוונות ראיתי מספר רב של מכשירים שממלאים את הפונקציה הזו, ואז חשבתי…. למה לא להכין בעצמך

מתוך מחשבה על הרעיון הזה, התחלתי לעצב לוח עם חיבור Wi-Fi ו -4 ממסרי פלט. להלן אתאר את העיצוב שלב אחר שלב מתוך התרשים הסכימטי, עיצוב PCB, תכנות ובדיקות המסתיימות בפעולה מוצלחת.

מאפיינים

1. חיבור רשת WiFi
2. מתח כניסה 100 / 240VAC
3. 4 ממסרי פלט (מקסימום 10A)
4. נורית חיווי כוח
5. 4 מחוון הספק של הממסר
6. כותרת תכנות
7. כפתור אתחול

שלב 1: רכיבים וכלים

רכיבים

1. 3 נגדים 0805 של 1k אוהם
2. 5 נגדים 0805 של 220 אוהם
3. 2 נגדים 0805 של 10k אוהם
4. 1 נגד 0805 של 4.7k אוהם
5. 2 קבלים 0805 מתוך 0.1uf
6. 2 קבלים 0805 מתוך 10uf
7. 4 דיודות ES1B או חבילה מסוג 100V 1A SMA
8. 1 ווסת מתח AMS1117-3.3
9. 4 נורות LED ירוקות 0805
10. 1 LED אדום 0805
11. 4 טרנזיסטורים NPN MMBT2222A או חבילת SOT23 דומה
12. 1 מודול Wi-Fi ESP 12-E
13. ספק כוח 1 HLK-PM01
14. 1 החלף SMD מישוש
15. כותרת סיכה אחת של 6 עמדות
16. 5 בלוק מסוף של 2 עמדות 5.08 מ"מ
17. 4 ממסרים של 5VDC

כלים

1. תחנת הלחמה או אזהרה של 25-30 וואט
2. הלחמה עופרת
3. שֶׁטֶף
4. מַלְקֶטֶת
5. הפתיל שנדבק

שלב 2: אספקת החשמל ווסת המתח

להפעלת המעגל נדרשים 2 מתחים, אחד של 3.3 VDC לחלק הבקרה, ואחר של 5 VDC עבור קטע החשמל, מכיוון שהרעיון הוא שללוח יש את כל הדרוש להפעלה, השתמש במקור מופעל המספק ישירות 5v והוא מופעל על ידי מתח קווי הוא חיוני, זה חוסך מאיתנו צורך במתאם מתח חיצוני ואנו רק צריכים להוסיף ווסת לינארי 3.3v (LDO).

בהתחשב באמור לעיל, כמקור בחרתי ב- Hi-Link HLK-PM01 בעל מתח כניסה של 100-240VAC ב 0.1A ופלט של 5VDC ב 0.6A, ואחריו הנחתי את AMS1117-3.3 הנמצא בשימוש נרחב. הרגולטור כבר נפוץ מאוד ולכן זמין בקלות.

התייעצות עם גליון הנתונים של AMS1117 תמצא את הערכים עבור קבלים הכניסה והפלט, אלה הם 0.1uf ו- 10uf עבור הקלט ועוד קטע שווה עבור הפלט. לבסוף, הנחתי נורית חיווי כוח עם ההתנגדות המגבילה שלה, המחושבת בקלות תוך יישום חוק אוהם:

R = 5V-Vled / Iled

R = 5 - 2 / 0.015 = 200

הזרם של 15mA במנורה הוא כך שהוא לא זורח כל כך חזק ומאריך את חייו.

שלב 3: בקרת Seccion

עבור סעיף זה בחרתי מודול Wi-Fi ESP-12-E מכיוון שהוא קטן, זול ופשוט מאוד לשימוש עם ה- Arduino IDE. מכיוון שלמודול יש את כל הדרוש לפעולתו, החומרה החיצונית הדרושה לעבודה של ה- ESP היא מינימלית.

משהו שכדאי לזכור הוא שחלק מה- GPIO של המודול אינו מומלץ לשימוש ולאחרים יש פונקציות ספציפיות, לאחר מכן אראה טבלה לגבי הפינים ואילו פונקציות הם ממלאים:

GPIO --------- קלט ---------------- פלט ---------------------- --- הערות

GPIO16 ------ אין הפרעה ------ אין תמיכה ב- PWM או I2C --- גבוה באתחול המשמש להתעורר משינה עמוקה

GPIO5 ------- אישור ------------------- אישור --------------- משמש לעתים קרובות כ- SCL (I2C)

GPIO4 ------- אישור ------------------- אישור --------------- משמש לעתים קרובות כ- SDA (I2C)

GPIO0 ------- משך למעלה ---------- אישור --------------- נמוך למצב FLASH, האתחול נכשל אם מושך אותו נמוך

GPIO2 ------- משך למעלה ---------- אישור --------------- האתחול נכשל אם מושך נמוך

GPIO14 ----- אישור ------------------- אישור --------------- SPI (SCLK)

GPIO12 ----- אישור ------------------- אישור --------------- SPI (MISO)

GPIO13 ----- אישור ------------------- אישור --------------- SPI (MOSI)

GPIO15 ----- נמשך ל- GND ---- אישור --------------- SPI (CS) אתחול נכשל אם מושך גבוה

GPIO3 ------- אישור ------------------- סיכת RX ---------- גבוה באתחול

GPIO1 ------- סיכה TX -------------- אישור --------------- גבוה בעת האתחול, האתחול נכשל אם הוא מושך נמוך

ADC0 -------- קלט אנלוגי ----- X

המידע הנ ל נמצא בקישור הבא:

בהתבסס על הנתונים לעיל, בחרתי בסיכות 5, 4, 12 ו -14 בתור הפלט הדיגיטלי שיפעיל כל אחד מממסרי, אלה היציבים והבטוחים ביותר להפעלה.

לבסוף הוספתי את מה שצריך לתכנות, כפתור איפוס על אותו סיכה, נגד המחובר לחשמל על סיכת ההפעלה, התנגדות לקרקע ב- GPIO15, כותרת המשמשת לחיבור FTDI ל- TX, סיכות RX ו- הקרקע GPIO0 לשים את המודול במצב פלאש.

שלב 4: Power Seccion

סעיף זה ידאג לשימוש בפלט 3.3VDC ביציאות GPIO להפעלת ממסר. הממסרים זקוקים ליותר כוח מזה שמספק סיכת ESP, ולכן נדרש טרנזיסטור כדי להפעיל אותו, במקרה זה אנו משתמשים ב- MMBT2222A.

עלינו לקחת בחשבון את הזרם שיעבור דרך הקולט (Ic), בעזרת נתונים אלה נוכל לחשב את ההתנגדות שתוצב בבסיס הטרנזיסטור. במקרה זה, ה- Ic יהיה סכום הזרם העובר דרך סליל הממסר וזרם הנורית המציין את ההצתה:

Ic = Irelay + Iled

Ic = 75mA + 15mA = 90mA

מכיוון שיש לנו את ה- Ic הנוכחי אנו יכולים לחשב את התנגדות הבסיס של הטרנזיסטור (Rb) אך אנו זקוקים לזוג נתונים נוסף, הרווח של הטרנזיסטור (hFE), שבמקרה של ה- MMBT2222A יש ערך של 40 (הרווח הוא חסר ממדים, ולכן אין לו יחידות מדידה) ופוטנציאל המחסום (VL) שבטרנזיסטורים של סיליקון יש ערך של 0.7v. עם האמור לעיל אנו יכולים להמשיך לחשב Rb עם הנוסחה הבאה:

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

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

בהתבסס על החישוב לעיל, בחרתי בהתנגדות של 1 קאוהם.

לבסוף הוצבה דיודה במקביל לסליל הממסר כאשר הקתודה פונה ל- Vcc. דיודת ES1B מונעת FEM הפוכה (FEM, או כוח אלקטרומוטורי הפוך הוא המתח המתרחש כאשר הזרם דרך סליל משתנה)

שלב 5: עיצוב PCB: ארגון סכמטי ורכיבים

לצורך פירוט הסכימה והכרטיס השתמשתי בתוכנת הנשר.

זה מתחיל בהפיכת הסכימה של ה- PCB, הוא חייב ללכוד כל חלק שהוסבר בעבר במעגל, הוא מתחיל בהצבת הסמל של כל רכיב שמשלב אותו, ואז נוצרים החיבורים בין כל רכיב, יש להקפיד לא להתחבר באופן שגוי, שגיאה זו תבוא לידי ביטוי בעיצוב המעגל הגורם לתקלה. לבסוף, הערכים של כל רכיב יצוינו בהתאם לחישוב בשלבים הקודמים.

כעת נוכל להמשיך בעיצוב הכרטיס, הדבר הראשון שעלינו לעשות הוא לארגן את הרכיבים כך שיתפסו את המקום הפחות אפשרי, זה יקטין את עלות הייצור. באופן אישי, אני אוהב לארגן את הרכיבים בצורה כזו שמעריכים עיצוב סימטרי, תרגול זה עוזר לי בעת ניתוב, הופך אותו לקל ומסוגנן יותר.

חשוב לעקוב אחר רשת בעת התאמת הרכיבים והמסלול, במקרה שלי השתמשתי ברשת 25mil, לפי כלל IPC, על הרכיבים להיות בעלי הפרדה ביניהם, בדרך כלל הפרדה זו היא גם 25mil.

שלב 6: עיצוב PCB: קצוות וחורי הרכבה

לאחר שכל הרכיבים נמצאים במקומם, נוכל לתחום את הלוח המודרני באמצעות שכבת "20 הממדים", היקף הלוח נמשך, להבטיח שכל הרכיבים נמצאים בתוכו.

כשיקולים מיוחדים, ראוי להזכיר כי במודול ה- Wi-Fi יש אנטנה המשולבת במעגל הלוח, כדי להימנע מחלשת קליטת האות, ביצעתי חתך ממש מתחת לאזור בו נמצאת האנטנה.

מצד שני, אנחנו הולכים לעבוד עם זרם חילופין, יש לזה תדר של 50 עד 60 הרץ בהתאם למדינה שבה אתה נמצא, תדר זה יכול לייצר רעש באותות דיגיטליים, ולכן טוב לבודד את הקטעים המטפלים זרם חילופין מהחלק הדיגיטלי, הדבר נעשה על ידי ביצוע חתכים בכרטיס ליד האזורים שדרכם יזרם הזרם החילופי. האמור לעיל גם עוזר למנוע כל קצר במעגל הלוח.

לבסוף, חורי הרכבה ממוקמים בארבע פינות הלוח על מנת שאם תרצו למקם אותו בארון, המיקום קל ומהיר.

שלב 7: עיצוב PCB: ניתוב עליון

אנו מתחילים את החלק המהנה, ניתוב, הוא ליצור את החיבורים בין רכיבים בעקבות שיקולים מסוימים כגון רוחב מסילה וזוויות סיבוב. באופן כללי, אני קודם כל יוצר את החיבורים שאינם כוח ואדמה, שכן את האחרון אני יוצר עם תוכניות.

מטוסי קרקע וכוח מקבילים שימושיים ביותר בהחלשת רעש ממקור החשמל בשל העכבה הקיבולית שלו ויש לפזר אותם על פני השטח הרחב ביותר האפשרי של הלוח. הם גם עוזרים לנו להפחית קרינה אלקטרומגנטית (EMI).

עבור המסלולים עלינו להיזהר לא ליצור סיבובים בעלי זוויות של 90 °, לא רחבים מדי או דקים מדי. באינטרנט תוכלו למצוא כלים שעוזרים לנו לחשב את רוחב המסילות תוך התחשבות בטמפרטורה, הזרם שיסתובב וצפיפות הנחושת על הלוח: https://www.4pcb.com/trace-width-calculator. html

שלב 8: עיצוב PCB: ניתוב תחתון

על החלק התחתון אנו יוצרים את החיבורים החסרים ובמרחב העודף שמנו מטוסי קרקע וכוח, אנו יכולים להבחין כי הוצבו כמה ויאסות המחברות בין מטוסי הקרקע של שני הפנים, נוהג זה הוא הימנעות מלולאות קרקע.

לולאות קרקע הן 2 נקודות שבאופן תיאורטי יצטרכו להיות אותו פוטנציאל אבל הן ממש לא בגלל ההתנגדות של החומר המוליך.

המסלולים ממגעי הממסר ועד הטרמינלים נחשפו אף הם, על מנת להתחזק בהלחמה ולעמוד בעומס זרם גבוה יותר מבלי להתחמם ולשרוף.

שלב 9: קבצי גרבר והזמנת PCB

קבצי גרבר משמשים את תעשיית המעגלים המודפסים לייצור PCB, הם מכילים את כל המידע הדרוש לייצורם, כגון שכבות נחושת, מסכת הלחמה, מסך משי וכו '.

ייצוא קבצי Gerber מאגל הוא פשוט מאוד באמצעות האפשרות "צור נתוני מצלמות", מעבד ה- CAM מייצר קובץ.zip המכיל 10 קבצים המתאימים לשכבות ה- PCB הבאות:

1. נחושת תחתונה
2. מסך משי תחתון
3. הדבק הלחמה תחתונה
4. מסכת הלחמה תחתונה
5. שכבת מיל
6. נחושת עליונה
7. מסך משי עליון
8. הדבק הלחמה עליון
9. מסכת הלחמה עליונה
10. קובץ מקדחה

עכשיו זה הזמן להפוך את קבצי הגרבר שלנו ל- PCB אמיתי. העלה את קבצי Gerber שלי ב- JLCPCB כדי לייצר את ה- PCB שלי. השירות שלהם די מהיר. קיבלתי את ה- PCB שלי במקסיקו תוך 10 ימים.

שלב 10: הרכבת ה- PCB

כעת, כשיש לנו את ה- PCB, אנו מוכנים להרכבת הלוח, לשם כך נזדקק לתחנת הלחמה, הלחמה, שטף, פינצטה ורשת להתייבשות.

נתחיל בהלחמת כל הנגדים במקומות שלהם, נניח כמות קטנה של הלחמה על אחת משתי הרפידות, נלחם את מסוף ההתנגדות ונמשיך להלחם את המסוף הנותר, נחזור על כך בכל אחת מהן. של הנגדים.

באותו אופן, נמשיך עם הקבלים ונורות הלדים, עלינו להיזהר מהאחרונים מכיוון שיש להם סימן ירוק קטן המציין את הקתודה.

נמשיך להלחם את הדיודות, הטרנזיסטורים, ווסת המתח ולחצן הלחיצה. הוא מכבד את סימני הקוטביות של הדיודות שהוא מציג את מסך המשי, היזהר גם בעת הלחמת הטרנזיסטורים, חימוםם יתר על המידה עלול לפגוע בהם.

כעת נניח את מודול ה- Wi-Fi, תחילה נלחם סיכה ונדאג שהוא יישר בצורה מושלמת, נשיג זאת ונלחם את כל הסיכות הנותרות.

נותר רק לרתך את כל רכיבי ה- Hole Through, הם הפשוטים ביותר להיות בגודל גדול יותר, רק הקפד לבצע ריתוך נקי בעל מראה מבריק.

כשלב נוסף, נחזק את המסלולים החשופים של הממסרים בעזרת פח, כפי שציינתי קודם, זה יעזור למסלול לעמוד בזרם רב יותר מבלי להישרף.

שלב 11: תוכנה

לתכנות התקנתי את ספריית ה- fauxmoesp Arduino, עם ספרייה זו אתה יכול לחקות אורות של פיליפס גוון, למרות שאתה יכול גם לשלוט ברמת הבהירות, לוח זה יפעל כמתג הפעלה / כיבוי בלבד.

אני משאיר לך את הקישור כדי שתוכל להוריד ולהתקין את הספרייה:

השתמש בקוד לדוגמה מספרייה זו ובצע את השינויים הדרושים להפעלת המכשיר, אני משאיר לך את קוד הארדואינו להורדה ובדיקה.

שלב 12: סיכום

לאחר הרכבה והתכנות של המכשיר, נמשיך לבדוק את הפונקציונליות שלו, עלינו רק לשים כבל חשמל בלוח המסוף העליון ולחבר אותו לשקע המספק 100-240VAC, הנורית האדומה (דולקת) נדלקת, יחפש את רשת האינטרנט ויתחבר.

אנו נכנסים לאפליקציית Alexa שלנו ומבקשים ממך לחפש מכשירים חדשים, תהליך זה ייקח בערך 45 שניות. אם הכל נכון, אתה אמור לראות 4 מכשירים חדשים, אחד לכל ממסר על הלוח.

עכשיו רק נשאר להגיד לאלקסה להדליק ולכבות את המכשירים, הבדיקה הזו מוצגת בסרטון.

מוּכָן!!! עכשיו אתה יכול להדליק ולכבות עם העוזר האישי שלך את המכשיר שאתה רוצה.