Ovozli uy boshqaruvi V1.0: 12 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:23

Bir necha oy oldin men shaxsiy yordamchimni sotib oldim, xususan, Alexa bilan jihozlangan Echo Dot. Men buni tanladim, chunki men oddiy usulda qurilmani o'chirish va yoqish uchun chiroqlar, fanatlar va boshqalarni boshqarish uchun plaginlarni qo'shish mumkinligini kashf qildim. Internet -do'konlarda men bu funktsiyani bajaradigan ko'p sonli qurilmalarni ko'rdim va men o'yladim … nega o'z qo'llaringiz bilan qilmaysiz?

Bu fikrni inobatga olgan holda, men Wi-Fi ulanishi va 4 ta chiqish rölesi bo'lgan taxta loyihalashni boshladim. Quyida men dizaynni bosqichma -bosqich tasvirlab beraman, sxematik diagramma, PCB dizayni, dasturlash va sinov muvaffaqiyatli yakunlanadi.

XUSUSIYATLARI

1. Wi -Fi tarmog'iga ulanish
2. 100 / 240VAC kirish voltaji
3. 4 chiqish rölesi (maksimal 10A)
4. Quvvat ko'rsatkichli LED
5. 4 LED o'rni quvvat ko'rsatkichi
6. Dasturlash sarlavhasi
7. Qayta tiklash tugmasi

1 -qadam: Komponentlar va asboblar

Komponentlar

1. 1k ohmli 0805 ta 3 ta rezistor
2. 220 ohmli 0805 5 rezistorlar
3. 10k ohmli 2 rezistor 0805
4. 4,7k ohmli 1 rezistor 0805
5. 0,1 dyuymli 0805 ta 2 ta kondansatkich
6. 2 ta 0805 kondansatör 10uf
7. 4 diodli ES1B yoki shunga o'xshash 100v 1A SMA to'plami
8. 1 kuchlanish regulyatori AMS1117-3.3
9. 4 yashil LED 0805
10. 1 qizil LED 0805
11. 4 tranzistorlar NPN MMBT2222A yoki shunga o'xshash SOT23 to'plami
12. 1 ESP 12-E Wi-Fi moduli
13. 1 HLK-PM01 quvvat manbai
14. 1 Kontaktli SMD -ni almashtiring
15. 6 ta pozitsiyaning 1 pinli sarlavhasi
16. 5 pozitsiyali 5 terminalli 5 terminalli qadam
17. 5VDC 4 o'rni

Asboblar

1. Lehimlash stantsiyasi yoki 25-30 vatt
2. Qo'rg'oshinli lehim
3. Oqim
4. Cımbızlar
5. Desoldering fitil

2 -qadam: Elektr ta'minoti va kuchlanish regulyatori

Devrenning ishlashi uchun 2 ta kuchlanish talab qilinadi, nazorat qilish bo'limi uchun 3,3 VDC va quvvat bo'limi uchun 5 VDC, chunki taxtada ishlash uchun zarur bo'lgan hamma narsa bor, to'g'ridan -to'g'ri etkazib beradigan kalitdan foydalaning. 5V va tarmoq kuchlanishidan quvvatlanadi, bu bizni tashqi quvvat adapteriga ehtiyojdan qutqaradi va biz faqat 3.3V chiziqli regulyatorni (LDO) qo'shishimiz kerak.

Yuqoridagilarni inobatga olgan holda, manba sifatida men kirish voltaji 0,1A da 100-240VAC va 0,6A da 5VDC bo'lgan Hi-Link HLK-PM01 ni tanladim, shundan so'ng men keng qo'llaniladigan AMS1117-3.3 ni joylashtirdim. allaqachon juda keng tarqalgan va shuning uchun osonlikcha mavjud bo'lgan regulyator.

AMS1117 ma'lumotlar jadvaliga murojaat qilib, siz kirish va chiqish kondansatörlerinin qiymatlarini topasiz, bu kirish uchun 0,1uf va 10uf va chiqish uchun boshqa teng bo'lim. Oxir -oqibat, men ohm qonunini qo'llash orqali osonlik bilan hisoblab chiqiladigan cheklovli qarshilikka ega LED indikatorini joylashtirdim:

R = 5V-Vled / Iled

R = 5 - 2 / 0,015 = 200

Leddagi 15mA oqimi shunchalik porlamaydi va uning ishlash muddatini uzaytiradi.

3 -qadam: Boshqaruv sektsiyasi

Bu bo'lim uchun men ESP-12-E Wi-Fi modulini tanladim, chunki u kichik, arzon va Arduino IDE bilan ishlatish juda oddiy. Modulda uning ishlashi uchun zarur bo'lgan hamma narsa borligi sababli, ESP ishlashi uchun zarur bo'lgan tashqi uskunalar minimaldir.

Shuni yodda tutish kerakki, modulning ba'zi GPIO -laridan foydalanish tavsiya etilmaydi, boshqalari esa o'ziga xos funktsiyalarga ega, keyin men pinlar va ular qanday vazifalarni bajarishi haqida jadval ko'rsataman:

GPIO --------- Kirish ---------------- Chiqish ---------------------- --- Eslatmalar

GPIO16 ------ uzilish yo'q ------ PWM yoki I2C qo'llab-quvvatlanmaydi --- Yuqori yuklashda qattiq uyqudan uyg'onish uchun ishlatiladi.

GPIO5 ------- OK ------------------- OK --------------- ko'pincha SCL (I2C) sifatida ishlatiladi)

GPIO4 ------- OK ------------------- OK --------------- ko'pincha SDA sifatida ishlatiladi (I2C)

GPIO0 ------- yuqoriga tortildi ---------- OK --------------- FLASH rejimiga past, past bo'lsa yuklash bajarilmaydi

GPIO2 ------- yuqoriga tortildi ---------- OK --------------- Pastga tortilsa yuklash bajarilmaydi

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

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

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

GPIO15 ----- GND ga tortildi ---- OK --------------- SPI (CS) yuklangan bo'lsa yuklamaydi

GPIO3 ------- OK ------------------- RX pin ---------- Yuklash paytida yuqori

GPIO1 ------- TX pin -------------- OK --------------- Yuklash paytida yuqori, past tortilsa yuklash bajarilmaydi

ADC0 -------- Analog kirish ----- X

Yuqoridagi ma'lumotlar quyidagi havolada joylashgan:

Yuqoridagi ma'lumotlarga asoslanib, men 5, 4, 12 va 14 -pinlarni har bir o'rni faollashtiradigan raqamli chiqish sifatida tanladim, bu faollashtirish uchun eng barqaror va xavfsiz.

Oxir -oqibat men dasturlash uchun zarur bo'lgan narsalarni qo'shdim, bu pinni qayta o'rnatish tugmasi, yoqish pinini quvvatga ulangan rezistor, GPIO15 -ga erga qarshilik, FTDI -ni TX, RX pinlariga ulash uchun ishlatiladigan sarlavha. modulni Flash rejimiga qo'yish uchun GPIO0 ni erga ulang.

4 -qadam: Power Seccion

Ushbu bo'limda o'z o'rni faollashishi uchun GPIO portlaridagi 3.3VDC chiqishlari ishlatiladi. O'rnimizni ESP pinidan ko'ra ko'proq kuchga muhtoj, shuning uchun uni faollashtirish uchun tranzistor kerak, bu holda biz MMBT2222A dan foydalanamiz.

Biz kollektor (Ic) orqali o'tadigan oqimni hisobga olishimiz kerak, bu ma'lumot bilan biz tranzistorning tagiga qo'yiladigan qarshilikni hisoblashimiz mumkin. Bunday holda, IC o'rni lasanidan o'tadigan oqim va LEDning oqimini yig'indisi bo'ladi:

Muz = Irelay + Iled

Muz = 75mA + 15mA = 90mA

Bizda joriy Ic borligi uchun biz tranzistorning asosiy qarshiligini hisoblashimiz mumkin (Rb), lekin bizga qo'shimcha ma'lumotlar jufti kerak, bu MMBT2222A holatida 40 (daromad) o'lchovsiz, shuning uchun u o'lchov birligiga ega emas) va silikon tranzistorlarda 0,7v qiymatiga ega bo'lgan to'siq potentsiali (VL). Yuqoridagilar bilan biz Rb ni quyidagi formula bilan hisoblashni davom ettira olamiz:

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

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

Yuqoridagi hisob -kitoblarga asoslanib, men 1kohmli qarshilikni tanladim.

Nihoyat, diod, o'rni lasaniga parallel ravishda, katod Vccga qaragan holda joylashtirildi. ES1B diodi teskari FEMni oldini oladi (FEM yoki teskari elektr harakatlantiruvchi kuch - bu lasan ichidagi oqim o'zgarganda paydo bo'ladigan kuchlanish)

5 -qadam: PCB dizayni: sxematik va komponentli tashkilot

Sxema va kartani ishlab chiqish uchun men Eagle dasturidan foydalandim.

Bu tenglikni sxemasini tuzishdan boshlanadi, u sxemaning oldindan tushuntirilgan har bir qismini qamrab olishi kerak, uni birlashtirgan har bir komponentning belgisini qo'yishdan boshlanadi, keyin har bir komponent o'rtasida aloqa o'rnatiladi, ulanmaslikka ehtiyot bo'lish kerak. noto'g'ri, bu xato, elektron qurilmaning noto'g'ri ishlashiga sabab bo'ladi. Nihoyat, har bir komponentning qiymatlari avvalgi bosqichlarda hisoblanganiga ko'ra ko'rsatiladi.

Endi biz karta dizaynini davom ettira olamiz, birinchi navbatda biz komponentlarni iloji boricha kam joy egallashi uchun tartibga solishimiz kerak, bu esa ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytiradi. Shaxsan men komponentlarni nosimmetrik dizayn baholanadigan tarzda tashkil qilishni yaxshi ko'raman, bu amaliyot marshrutlashda menga yordam beradi, uni osonroq va zamonaviy qiladi.

Komponentlar va marshrutni joylashtirishda tarmoqqa rioya qilish muhim, menimcha, men 25 millik tarmoqdan foydalanganman, IPC qoidasiga ko'ra, komponentlar bir -biridan ajratilgan bo'lishi kerak, odatda bu ajratish ham 25 mil.

6 -qadam: PCB dizayni: qirralar va o'rnatish teshiklari

Barcha komponentlar joyida bo'lganida, biz "20 o'lchovli" qatlam yordamida tenglikni chegaralay olamiz, bunda taxtaning perimetri chizilgan bo'lib, uning barcha komponentlari uning ichida bo'ladi.

Shuni alohida ta'kidlash kerakki, Wi-Fi moduli PCB-ga o'rnatilgan antennaga ega, shuning uchun signalni qabul qilishni susaytirmaslik uchun men antenna joylashgan joydan pastda kesib tashladim.

Boshqa tomondan, biz o'zgaruvchan tok bilan ishlayapmiz, bu siz turgan mamlakatga qarab 50-60 Gts chastotaga ega, bu chastota raqamli signallarda shovqin yaratishi mumkin, shuning uchun ishlov beradigan qismlarni ajratish yaxshi. raqamli qismdan o'zgaruvchan tok, bu o'zgaruvchan tok aylanadigan joylar yaqinidagi kartani kesish orqali amalga oshiriladi. Yuqorida aytilganlar, tenglikni har qanday qisqa tutashuvidan saqlaydi.

Nihoyat, o'rnatish teshiklari tenglikni 4 burchagiga joylashtiriladi, shunda siz uni shkafga joylashtirmoqchi bo'lsangiz, joylashtirish oson va tez bo'ladi.

7 -qadam: PCB dizayni: yuqori yo'nalish

Biz yo'lning kengligi va burilish burchagi kabi ba'zi fikrlarni hisobga olgan holda komponentlar orasidagi aloqani o'rnatishning qiziqarli qismini boshlaymiz. Umuman olganda, men birinchi navbatda kuch va asos bo'lmagan aloqalarni o'rnataman, chunki ikkinchisi rejalar bilan.

Parallel er va quvvat samolyotlari uning sig'imli empedansi tufayli quvvat manbaidagi shovqinni pasaytirishda juda foydali va uni kengashning keng maydoniga yoyish kerak. Shuningdek, ular bizga elektromagnit nurlanishni (EMI) kamaytirishga yordam beradi.

Yo'llar uchun biz juda keng yoki juda nozik bo'lmagan 90 ° burchakli burilishlardan ehtiyot bo'lishimiz kerak. Internetda siz yo'llarning kengligini haroratni, aylanadigan oqimni va tenglikni misidagi zichligini hisobga olgan holda hisoblashimizga yordam beradigan vositalarni topishingiz mumkin: https://www.4pcb.com/trace-width-calculator. html

8 -qadam: PCB dizayni: Pastki yo'nalish

Pastki yuzada biz etishmayotgan ulanishlarni o'rnatamiz va ortiqcha bo'shliqqa er va kuch samolyotlarini joylashtiramiz, biz ikkala yuzning er tekisliklarini bir -biriga bog'laydigan bir nechta viyasalar joylashtirilganini ko'rishimiz mumkin, bu esa er halqalarini oldini olishdir.

Er halqalari nazariy jihatdan bir xil potentsialga ega bo'lishi kerak bo'lgan 2 nuqta, lekin ular o'tkazuvchan materialning qarshiligi tufayli emas.

Lehim bilan mustahkamlash va haddan tashqari qizib ketmasdan va yonib ketmasdan yuqori oqim yukiga bardosh berish uchun o'rni kontaktlaridan terminalgacha bo'lgan yo'llar ham ochilgan.

9 -qadam: Gerber fayllari va tenglikni buyurtma qilish

Gerber fayllari bosma platalar sanoatida tenglikni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi, ular tarkibida mis qatlamlari, lehim niqobi, ipak ekran va boshqalar kabi barcha ma'lumotlarni o'z ichiga oladi.

"CAM ma'lumotlarini yaratish" opsiyasi yordamida Gerber fayllarini eksport qilish juda oson, CAM protsessori quyidagi tenglikni qatlamlariga mos keladigan 10 ta faylni o'z ichiga olgan.zip faylini yaratadi:

1. Pastki mis
2. Pastki ipak ekran
3. Pastki lehim pastasi
4. Pastki soldermask
5. Tegirmon qatlami
6. Yuqori mis
7. Yuqori Silkscreen
8. Yuqori lehim pastasi
9. Yuqori Soldermask
10. Matkap fayli

Endi Gerber fayllarimizni haqiqiy tenglikka aylantirish vaqti keldi. PCB ishlab chiqarish uchun Gerber fayllarimni JLCPCB -ga yuklang. Ularning xizmati juda tez. Men 10 kun ichida Meksikada tenglikni oldim.

10 -qadam: tenglikni yig'ish

Endi bizda PCB bor, biz taxtani yig'ishga tayyormiz, buning uchun bizga lehim stantsiyasi, lehim, oqim, cımbız va to'rni ochish kerak bo'ladi.

Biz barcha rezistorlarni o'z joylarida lehimlashdan boshlaymiz, biz ikkita prokladkaning biriga oz miqdorda lehim joylashtiramiz, qarshilik terminalini lehimlaymiz va qolgan terminalni lehimlashga o'tamiz, buni har birida takrorlaymiz. rezistorlar haqida.

Xuddi shu tarzda, biz kondansatörler va LEDlarni davom ettiramiz, ikkinchisiga ehtiyot bo'lishimiz kerak, chunki ular katodni ko'rsatadigan kichik yashil belgiga ega.

Biz diodlarni, tranzistorlarni, voltaj regulyatorini va tugmani lehimlashga o'tamiz. Ipak ekranini ko'rsatadigan diodlarning qutblanish belgilarini hurmat qiladi, shuningdek, tranzistorlarni lehimlashda ehtiyot bo'ling, ularni haddan tashqari qizdirish ularga zarar etkazishi mumkin.

Endi biz Wi-Fi modulini joylashtiramiz, avval biz pinni lehimlab, uning to'g'ri hizalanishiga e'tibor beramiz va bunga erishamiz, qolgan pinlarni lehimlaymiz.

Teshikli teshiklarning barcha qismlarini payvandlashgina qoladi, ular kattaroq o'lchamda bo'lishi uchun eng oddiylari, faqat porloq ko'rinishga ega bo'lgan toza payvand qilish kerak.

Qo'shimcha qadam sifatida, biz o'rni ochilgan izlarini qalay bilan mustahkamlaymiz, bu yuqorida aytib o'tganimdek, bu yo'lni yonib ketmasdan ko'proq oqimga bardosh berishga yordam beradi.

11 -qadam: dasturiy ta'minot

Dasturlash uchun men Arduino fauxmoesp kutubxonasini o'rnatdim, bu kutubxona yordamida siz Phillips Hue chiroqlarini taqlid qilishingiz mumkin, lekin siz yorqinlik darajasini ham boshqarishingiz mumkin, lekin bu karta faqat yoqish / o'chirish tugmasi sifatida ishlaydi.

Men sizga havolani qoldiraman, shunda siz kutubxonani yuklab olishingiz va o'rnatishingiz mumkin:

Ushbu kutubxonadan namuna kodini ishlating va qurilmaning ishlashi uchun kerakli o'zgartirishlarni kirgizing, men Arduino kodini yuklash va sinab ko'rish uchun qoldiraman.

12 -qadam: Xulosa

Qurilma yig'ilib, dasturlashtirilgandan so'ng, biz uning ishlashini tekshirishni davom ettiramiz, faqat yuqori terminal platasiga quvvat simini qo'yishimiz va uni 100-240VAC kuchlanishli rozetkaga ulashimiz kerak, qizil LED (ON) yonadi, Internet tarmog'ini qidiradi va ulanadi.

biz Alexa dasturimizga kiramiz va sizdan yangi qurilmalarni qidirishingizni so'raymiz, bu jarayon taxminan 45 soniya davom etadi. Agar hamma narsa to'g'ri bo'lsa, siz 4 ta yangi qurilmani ko'rishingiz kerak, bortdagi har bir o'rni uchun bitta.

Endi Alexa -ga qurilmalarni yoqish va o'chirishni aytishgina qoladi, bu test videoda ko'rsatilgan.

Tayyor !!! Endi siz shaxsiy yordamchingiz bilan kerakli qurilmani yoqishingiz va o'chirishingiz mumkin.