Inteligentne gniazdko: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Projekty Fusion 360 »

Zastrzeżenie: Ten projekt ma na celu pokazanie, w jaki sposób można prototypować za pomocą drukarki PCB SV2. Nie jest to produkt, który należy stosować jako przedmiot codziennego użytku. Nie został zaprojektowany ani przetestowany pod kątem zgodności z odpowiednimi normami bezpieczeństwa. Ponosisz odpowiedzialność za wszelkie ryzyko, jakie podejmujesz podczas korzystania z tego projektu

Inteligentne gniazdko to urządzenie IOT, które umożliwia kontrolę nad dowolnym podłączonym urządzeniem za pomocą serwera WWW za pośrednictwem dowolnej przeglądarki. Zaprogramowany tutaj serwer sieciowy pozwala nam decydować, które podłączone urządzenia będą się włączać i wyłączać, zasadniczo umożliwiając wirtualne „podłączanie” i „odłączanie” za naciśnięciem przycisku telefonu lub kliknięciem komputera.

Kieszonkowe dzieci

Główne składniki: ilość x pozycja (numer części Digikey)

• 1 x wtyk męski NEMA5-15P i okablowanie (Q108-ND)
• 3 x żeńskie gniazdo NEMA5-15R (Q227-ND)
• 1 x moduł Wifi ESP32-WROOM-32D (1904-1023-1-ND)
• 3 x przekaźnik półprzewodnikowy (255-3922-1-ND)
• 1 x Regulator napięcia 3.3V (AZ1117EH-3.3TRG1DIDKR-ND)
• 3 x NFET (DMN2056U-7DICT-ND)
• 9 x rezystor 100 omów (311-100LRCT-ND)
• 4 x rezystor 10k omów (311-10KGRCT-ND)
• 2 x kondensator 1uF (399-4873-1-ND)
• 1 x kondensator 10uF (399-4925-1-ND)
• 2 x kondensator 0.1uF (399-1043-1-ND)
• 3 x diody LED (C503B-BCS-CV0Z0461-ND)
• 1 x złącze krawędziowe (S3306-ND)
• Przetwornica 1x5V 1A AC-DC (945-3181-ND)

Inne użyte komponenty/materiały:

1. Rurki termokurczliwe, 8 cali
2. Pasta lutownicza w niskiej temperaturze

Narzędzia i wyposażenie:

• Drukarka PCB SV2
• drukarka 3d
• Lutownica
• Pistolet rozpływowy
• Zasilacz
• Śrubokręt (sześciokąt 3 mm)
• Super klej
• Programator szeregowy USB

Krok 1: Wydrukuj projekt PCB

W zależności od tego, jak tworzysz własne urządzenie, te kroki mogą się różnić. Aby wykonać to konkretne urządzenie, stworzyliśmy projekt PCB i wydrukowaliśmy go za pomocą drukarki PCB SV2. Ponieważ użyliśmy płytki drukowanej, a nie płytki prototypowej lub płytki stykowej, większość naszych komponentów jest montowana powierzchniowo, tak jak mikrokontroler, który był modułem ESP32-WROOM-32D, oraz przekaźniki, które wybraliśmy jako o dużej mocy przekaźniki półprzewodnikowe. Konkretne komponenty, których użyliśmy, wraz z ich numerami części Digi-Key, są podane powyżej w materiałach, ale możesz zmienić komponenty, aby dostosować je do swojego konkretnego projektu. Wartości kondensatorów powinny pozostać względnie takie same, jeśli zamierzasz używać tych samych komponentów. Wartości rezystorów ograniczających prąd mogą się zmieniać w zależności od używanego koloru diody LED, ponieważ napięcie i prąd przewodzenia mogą się różnić! Ten kalkulator pozwoli ci wprowadzić parametry twojego projektu i obliczyć wartości rezystorów dla ciebie. Użyliśmy niebieskich diod LED, o których wiadomo, że mają wyższy spadek napięcia niż w czerwonych wariantach. Upewnij się, że komponenty, które będą współdziałać z zasilaniem sieciowym (przekaźniki półprzewodnikowe, złącza i gniazda wtykowe) są przystosowane do napięcia sieciowego i wystarczającego prądu (120 V 60 Hz w Stanach Zjednoczonych, około 10-15 watów). Schemat i projekt PCB użyte do stworzenia naszego inteligentnego gniazdka można znaleźć na stronie BotFactory, a więcej na ich temat można przeczytać w naszym artykule na blogu zatytułowanym Tworzenie inteligentnego gniazdka.

Krok 2: Dodaj komponenty

Następnym krokiem było dodanie wszystkich komponentów do płytki drukowanej. Są na to dwa sposoby, możesz użyć funkcji pick-and-place SV2, jeśli używasz jednego, lub możesz ręcznie przylutować każdy komponent do płytki jeden po drugim. Ponieważ był to pierwszy prototyp i chcieliśmy, aby każda część współpracowała ze sobą, umieściliśmy każdy komponent ręcznie i zapewniliśmy ciągłość między komponentami za pomocą multimetru. Do zabezpieczenia elementów na płytce drukowanej zastosowaliśmy stabilną termicznie pastę lutowniczą w niskich temperaturach. Część połączeń zewnętrznych, takich jak połączenia z gniazdami wtykowymi i połączenia z przetwornikiem AC-DC, wykonano za pomocą złącza krawędziowego. Z tego powodu wystarczyło nadrukować złote palce na płytce drukowanej i podłączyć je, aby zapewnić połączenie obwodu. Gdy wszystko było na płytce, było zasilane z zasilacza o zmiennym napięciu i prądzie, który ma funkcję ograniczania prądu, aby zapobiec ulatnianiu się magicznego dymu po zwarciu. Jeśli wszystko jest w porządku (brak magicznego dymu, brak przegrzewających się podzespołów, brak eksplozji) można przystąpić do wgrywania kodu do ESP32.

Krok 3: Prześlij swój kod

ESP32 został podłączony do komputera za pomocą pinów TXD, RXD i GND, za pomocą kabla USB do szeregowego. Pamiętaj, że TXD na twoim kablu łączy się z pinem RXD w mikrokontrolerze i odwrotnie. Korzystając z Arduino IDE, załadowano płyty dla wariantów ESP32 i wybrano płytę „FireBeetle-ESP32”, ponieważ miała ona natywną obsługę samego układu ESP32, którego używaliśmy. Użyty kod zasadniczo łączy mikrokontroler z routerem Wi-Fi i otwiera połączenie na porcie 80. Gdy ten port jest otwarty, dostarcza stronę internetową do dowolnego urządzenia, które się z nim łączy i może przełączać piny GPIO między wysokim a niskim na podstawie wejść przycisków na stronie internetowej. Ponadto określone adresy URL mogą służyć do włączania lub wyłączania urządzenia. Upewnij się, że dołączony kod został zmieniony, tak aby zawierał identyfikator SSID Wi-Fi i hasło do sieci, do której chcesz podłączyć inteligentne gniazdko. Sieć, do której go podłączyliśmy, była zabezpieczona za pomocą WPA2, ale może, ale nie musi, działać z niezabezpieczonymi sieciami.

Krok 4: Przetestuj

Używając odpowiednich narzędzi i połączeń, sprawdź, czy wszystkie połączenia i komponenty w prawie ukończonym urządzeniu działają! Przetestuj komponenty AC (przetwornik AC-DC i wtyczka NEMA5) osobno i postępuj z nimi prawidłowo, są one przeznaczone do wysokiego napięcia! Korzystając z zewnętrznego zasilacza prądu stałego, włącz obwód i sprawdź, czy możesz włączać i wyłączać tranzystory za pomocą interfejsu sieciowego, który z kolei powinien obsługiwać odpowiednie diody LED i umożliwiać przepływ prądu przez przekaźniki półprzewodnikowe.

Krok 5: Wydrukuj załącznik

W zależności od tego, jakie komponenty wybierzesz i jak je zaaranżujesz, Twoja obudowa może mieć różny kształt. Tutaj zastosowaliśmy prostokątną obudowę, która mieści konwerter AC-DC, płytkę PCB, złącze krawędziowe i posiada profile do gniazd NEMA5-15R. Zaprojektowaliśmy go przy użyciu Fusion 360 i wydrukowaliśmy za pomocą drukarki 3D, a górną płytę czołową przymocowaliśmy za pomocą wkładek termoutwardzalnych 3 mm i śrub sześciokątnych 3 mm. Klej działa równie dobrze, jeśli nie masz dostępu do wkładek termoutwardzalnych. Jeśli używasz wkładek termoutwardzalnych, otwory w dołączonych plikach STL mają szerokość 4 mm i będziesz potrzebować lutownicy w temperaturze 250C. Korzystając z rzeczywistych komponentów, przeprowadzono następnie testowe dopasowanie, aby upewnić się, że każda część jest prawidłowo dopasowana do obudowy.

Krok 6: Złóż

Na koniec przylutowano stałe połączenia i włożono komponenty do obudowy. Tutaj postępowaliśmy zgodnie ze schematem, aby uzyskać prawidłowe połączenia między płytką drukowaną, gniazdami wtykowymi, konwerterem AC-DC i wtyczką męską. Wszystkie komponenty zostały następnie ponownie przetestowane, aby sprawdzić, czy występują jakiekolwiek problemy podczas współpracy. Zachowaj szczególną ostrożność podczas pracy z obwodami prądu przemiennego! Nie dotykaj płytki ani przewodów, gdy obwód jest zasilany ze ściany. Upewnij się, że odłączyłeś go przed lutowaniem, przesuwaniem przewodów lub mocowaniem luźnych połączeń. Jeśli wszystko jest w porządku, możesz teraz zamknąć obudowę za pomocą czterech śrub M3 i użyć nowego inteligentnego gniazdka!