Techswitch 1.0: 25 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Wzmocnij inteligentny dom dzięki TechSwitch-1.0 (tryb DIY)

Co to jest TechSwitch-1.0 (tryb DIY)

TechSwitch-1.0 to inteligentny przełącznik oparty na ESP8266. może sterować 5 urządzeniami gospodarstwa domowego.

Dlaczego jest to tryb DIY?

Został zaprojektowany do ponownego flashowania w dowolnym momencie. na płytce drukowanej znajdują się dwie zworki wyboru trybu

1) Tryb pracy: - dla normalnej pracy.

2) Tryb Flash:- w tym trybie użytkownik może ponownie flashować chip postępując zgodnie z procedurą Re-flash.

3) Wejście analogowe: - ESP8266 ma jeden ADC 0-1 Vdc. Jego nagłówek również znajduje się na płytce drukowanej, aby grać z dowolnym czujnikiem analogowym.

Specyfikacja techniczna TechSwitch-1.0 (tryb DIY)

1. 5 wyjść (230V AC) + 5 wejść (przełączanie 0VDC) + 1 wejście analogowe (0-1VDC)

2. Ocena:- 2,0 Ampery.

3. Element przełączający:-- SSR + przełączanie przejścia przez zero.

4. Ochrona: - Każde wyjście chronione przez 2 Amp. bezpiecznik szklany.

5. Używane oprogramowanie układowe: - Tasmota jest łatwym w użyciu i stabilnym oprogramowaniem układowym. Może być flashowany przez inne oprogramowanie układowe jako tryb DIY.

6. Wejście: - Przełączanie sprzężone optycznie (-Ve).

7. Regulator mocy ESP8266 może działać w dwóch trybach: - może używać konwertera Buck oraz regulatora AMS1117.

Kieszonkowe dzieci

• Szczegółowe BOQ w załączeniu.

  · Zasilanie:- Marka:- Hi-Link, Model:- HLK-PM01, 230V przy 5 VDC, 3W (01)

  · Mikrokontroler:- ESP12F (01)

  · Regulator 3,3 VDC:- Podwójna rezerwa, każdy może być użyty

  · Konwerter buck (01)

  · Regulator napięcia AMS1117.(01)

  · PC817:- Łącznik optyczny Marka:- Opakowanie Sharp:-THT (10)

  · G3MB-202PL:- SSR Make Omron(05), Przełączanie z przejściem przez zero.

  · LED:-Kolor:- Dowolny, Pakiet THT (01)

  · Rezystor 220 lub 250 Ohm:- Ceramiczny (11)

  · Rezystor 100 Ohm:- Ceramiczny (5)

  · Rezystor 8k Ohm:- Ceramiczny(1)

  · Rezystor 2k2 Ohm:- Ceramiczny(1)

  · Rezystor 10K Ohm:- Ceramiczny (13)

  · Przycisk:-Kod części:- EVQ22705R, Typ:- z dwoma zaciskami (02)

  · Bezpiecznik szklany:- Typ:- Szklany, Ocena:- 2 A @ 230 V AC. (5)

  · PCB męski nagłówek:-trzy nagłówek z trzema pinami i jeden nagłówek z 4 pinami. dlatego preferowany jest jeden standardowy nagłówek Strip of Male.

Krok 1: Finalizacja koncepcji

Finalizacja koncepcji: - Zdefiniowałem wymagania jak poniżej

1. Dokonywanie inteligentnego przełącznika posiadającego 5 przełączników i puszek sterowanych przez WIFI.

2. Może działać bez WIFI za pomocą fizycznych przełączników lub przycisków.

3 Przełącznik może być w trybie DIY, dzięki czemu można go ponownie flashować.

4. Może zmieścić się w istniejącej tablicy rozdzielczej bez zmiany jakichkolwiek przełączników lub okablowania.

5. WSZYSTKIE GPIO mikrokontrolera do użycia, ponieważ jest to tryb DIY.

6. Urządzenie przełączające powinno SSR i przejście przez zero, aby uniknąć szumów i przepięć przełączania.

7. Rozmiar PCB Powinien być wystarczająco mały, aby zmieścił się w istniejącej rozdzielnicy.

Po sfinalizowaniu wymagania, następnym krokiem jest wybór sprzętu

Krok 2: Wybór mikrokontrolera

Kryteria doboru mikrokontrolerów

1. Wymagane GPIO:-5 wejść + 5 wyjść + 1 ADC.
2. Wi-Fi włączone
3. Łatwy do ponownego flashowania, aby zapewnić funkcjonalność DIY.

ESP8266 nadaje się do powyższych wymagań. ma włączone 11 GPIO + 1 ADC + WiFi.

Wybrałem moduł ESP12F, który jest płytą Devlopment opartą na mikrokontrolerze ESP8266, ma mały współczynnik kształtu i wszystkie GPIO są zapełnione dla łatwego użycia.

Krok 3: Sprawdzanie szczegółów GPIO płyty ESP8266

• Zgodnie z arkuszem danych ESP8266 niektóre GPIO są używane do specjalnych funkcji.
• Podczas Breadboard Trial podrapałem się w głowę, ponieważ nie mogłem go uruchomić.
• W końcu, badając internet i bawiąc się płytą prototypową, podsumowałem dane GPIO i stworzyłem prostą tabelę dla łatwego zrozumienia.

Krok 4: Wybór zasilacza

Wybór zasilacza

• W Indiach zasilanie krajowe to 230VAC. ponieważ ESP8266 pracuje na 3,3VDC, musimy wybrać zasilanie 230VDC / 3,3VDC.
• Ale urządzenie przełączające zasilanie, które jest SSR i działa na 5VDC, więc muszę wybrać zasilacz, który również ma 5VDC.
• Ostatecznie wybrany zasilacz o napięciu 230V/5VDC.
• Aby uzyskać 3.3VDC wybrałem konwerter Buck mający 5VDC/3.3VDC.
• Ponieważ musimy zaprojektować tryb DIY, zapewniam również liniowy regulator napięcia AMS1117.

Ostateczna konkluzja

Pierwsza konwersja zasilania to 230VAC / 5 VDC o mocy 3W.

HI-LINK sprawia, że HLK-PM01 smps

Druga konwersja to 5VDC na 3,3VDC

W tym celu wybrałem konwerter buck 5V/3.3V i zapewnienie liniowego regulatora napięcia AMS1117

Tak wykonana płytka może korzystać z AMS1117 lub konwertera buck (Każdy).

Krok 5: Wybór urządzenia przełączającego

• Wybrałem Omron Make G3MB-202P SSR

  • SSR mający 2 amp. aktualna pojemność.
  • Może działać na 5VDC.
  • Zapewnij przełączanie przejścia przez zero.
  • Wbudowany obwód tłumiący.

Co to jest przejście przez zero?

• Zasilanie prądem zmiennym 50 Hz jest napięciem sinusoidalnym.
• Polaryzacja napięcia zasilania zmieniała się co 20 milisekund i 50 razy w ciągu jednej sekundy.
• Napięcie spada co 20 milisekund.

• Przejście przez zero SSR wykrywa potencjał zerowy napięcia i włącza wyjście w tej instancji.

  Na przykład:- jeśli komenda jest wysyłana pod kątem 45 stopni (napięcie przy maksymalnym szczycie), SSR włącza się pod kątem 90 stopni (gdy napięcie wynosi zero)

• Zmniejsza to przepięcia i hałas podczas przełączania.
• Punkt przejścia przez zero jest pokazany na załączonym obrazku (tekst podświetlony na czerwono)

Krok 6: Wybór PIN ESP8266

ESP8266 ma łącznie 11 GPIO i jeden pin ADC. (Patrz Krok 3)

Wybór pinów esp8266 jest kluczowy ze względu na poniższe kryteria.

Kryteria wyboru wejścia:-

• GPIO PIN15 Wymagany, aby był niski podczas rozruchu, w przeciwnym razie ESP nie uruchomi się.

  Próbuje uruchomić się z karty SD, jeśli GPIO15 jest wysoki podczas uruchamiania

• ESP8266 neve Boot Jeśli GPIO PIN1 lub GPIO 2 lub GPIO 3 jest LOW podczas uruchamiania.

Kryteria wyboru wyjścia:-

• GPIO PIN 1, 2, 15 i 16 osiągają stan wysoki podczas rozruchu (przez ułamek czasu).
• jeśli użyjemy tego pinu jako wejścia i PIN jest na NISKIM poziomie podczas uruchamiania, to ten pin zostanie uszkodzony z powodu zwarcia między PINem, który jest niski, a ESP8266 turin to WYSOKI podczas uruchamiania.

Ostateczna konkluzja:-

Na koniec wybierane są GPIO 0, 1, 5, 15 i 16 dla wyjścia.

GPIO 3, 4, 12, 13 i 14 są wybrane jako Wejście.

Wymusić:-

• GPIO1 i 3 to piny UART, które służą do flashowania ESP8266 i chcieliśmy również użyć ich jako wyjścia.
• GPIO0 służy do przełączania ESP w tryb lampy błyskowej i zdecydowaliśmy się również użyć go jako wyjścia.

Rozwiązanie dla powyższego ograniczenia:-

1. Problem rozwiązany przez zapewnienie dwóch zworek.

   1. Zworka trybu błysku: - W tej pozycji wszystkie trzy piny są odizolowane od obwodu przełączającego i podłączone do złącza trybu błysku.
   2. Zworka trybu pracy: - W tej pozycji wszystkie trzy piny zostaną podłączone do obwodu przełączającego.

Krok 7: Wybór transoptora

Szczegóły PIN:-

• Strona wejścia PIN 1 i 2 (wbudowana dioda LED)

  • Pin 1:-Anoda
  • Pnd 2:-katoda

• Strona wyjściowa PIN 3 i 4 (tranzystor fotograficzny.

  • Pin 3: - Emiter
  • Pin 4:-kolektor

Wybór obwodu przełączania wyjścia

1. ESP 8266 GPIO może zasilać tylko 20 m.a. jak na esprissif.
2. Transoptor służy do ochrony ESP GPIO PIN podczas przełączania SSR.

3. Rezystor 220 Ohm służy do ograniczenia prądu GPIO.

   Użyłem 200, 220 i 250 i wszystkie rezystory działają dobrze

4. Obliczanie prądu I = V/R, I = 3,3 V / 250*Ohm = 13 ma.
5. Dioda LED wejścia PC817 ma pewną rezystancję, która jest uważana za zero dla bezpiecznej strony.

Wejście Wybór obwodu przełączającego

1. W obwodzie wejściowym zastosowano transoptory PC817 z rezystorem ograniczającym prąd 220 omów.
2. Wyjścia transoptora połączone są z GPIO wraz z rezystorem Pull-UP.

Krok 8: Przygotowanie układu obwodu

Po wybraniu wszystkich komponentów i określeniu metodologii okablowania, możemy przejść do opracowania obwodu przy użyciu dowolnego oprogramowania.

Użyłem Easyeda, która jest platformą do tworzenia PCB opartą na sieci Web i łatwą w użyciu.

URL Easyeda:- EsasyEda

Dla prostego wyjaśnienia podzieliłem cały obwód na kawałki. i pierwszy to obwód zasilania.

Obwód zasilający A:- 230 VAC do 5VDC

1. HI-Link sprawia, że zasilacze impulsowe HLK-PM01 są używane do konwersji 230Vac na 5V DC.
2. Maksymalna moc to 3 waty. oznacza, że może dostarczyć 600 ma.

Obwód zasilający B:- 5VDC do 3,3VDC

Ponieważ ta płytka drukowana jest w trybie DIY. podaję dwie metody konwersji 5V na 3,3V.

1. Korzystanie z regulatora napięcia AMS1117.
2. Korzystanie z konwertera Buck.

każdy może być używany zgodnie z dostępnością komponentów.

Krok 9: Okablowanie ESP8266

Opcja portu sieciowego służy do uproszczenia schematu.

Co to jest port sieciowy?

1. Net post oznacza, że możemy nadać nazwę wspólnemu węzłowi.
2. używając tej samej nazwy w innej części, Easyeda będzie traktować tę samą nazwę jako pojedyncze podłączone urządzenie.

Kilka podstawowych zasad okablowania esp8266

1. Pin CH_PD musi być wysoki.
2. Styk resetujący musi być wysoki podczas normalnej pracy.
3. GPIO 0, 1 i 2 nie powinny być w stanie Low podczas uruchamiania.
4. GPIO 15 nie powinno być na wysokim poziomie podczas rozruchu.
5. Mając na uwadze wszystkie powyższe punkty przygotowano schemat okablowania ESP8266. i pokazano na schematycznym obrazie.
6. GPIO2 jest używany jako dioda LED stanu i podłączona dioda LED w odwrotnej polaryzacji, aby uniknąć GPIO2 LOW podczas rozruchu.

Krok 10: Obwód przełączania wyjścia ESP8266

ESO8266 GPIO 0, 1, 5, 15 i 16 używane jako wyjście.

1. Aby utrzymać GPIO 0 i 1 na wysokim poziomie, jego okablowanie różni się nieco od innych wyjść.

   1. Booth ten pin jest na 3,3V podczas rozruchu.
   2. PIN1 PC817, który jest anodą, jest podłączony do 3,3V.
   3. PIN2, który jest katodą, jest podłączony do GPIO za pomocą rezystora ograniczającego prąd (220/250 omów).
   4. Ponieważ dioda spolaryzowana do przodu może przepuszczać 3,3 V (spadek diody 0,7 V) Oba GPIO uzyskują prawie 2,5 VDC podczas rozruchu.

2. Pozostały pin GPIO połączony z PIN1, który jest anodą PC817 i uziemieniem, jest połączony z PIN2, który jest katodą za pomocą rezystora ograniczającego prąd.

   1. Ponieważ uziemienie jest połączone z katodą, przejdzie z diody LED PC817 i utrzyma GPIO na niskim poziomie.
   2. To sprawia, że GPIO15 jest NISKI podczas uruchamiania.
3. Rozwiązaliśmy problem wszystkich trzech GPIO, przyjmując inny schemat okablowania.

Krok 11: Wejście Esp8266

GPIO 3, 4, 12, 13 i 14 są używane jako wejścia.

Ponieważ okablowanie wejściowe zostanie podłączone do urządzenia polowego, wymagane jest zabezpieczenie dla GPIO ESP8266.

Transoptor PC817 używany do izolacji wejścia.

1. Katody wejściowe PC817 są połączone z listwami stykowymi za pomocą rezystora ograniczającego prąd (250 omów).
2. Anoda wszystkich transoptorów jest połączona z napięciem 5VDC.
3. Za każdym razem, gdy pin wejściowy jest podłączony do uziemienia, transoptor będzie spolaryzowany do przodu i włączony tranzystor wyjściowy.
4. Kolektor transoptora połączony jest z GPIO wraz z rezystorem 10K Pull-up.

Co to jest podciąganie???

• Rezystor podciągający służy do utrzymania stabilnego GPIO, rezystor o wysokiej wartości jest połączony z GPIO, a drugi koniec jest podłączony do 3,3V.
• to utrzymuje GPIO na wysokim poziomie i pozwala uniknąć fałszywego wyzwalania.

Krok 12: Ostateczny schemat

Po zakończeniu wszystkich części nadszedł czas na sprawdzenie okablowania.

Easyeda Zapewnij funkcję do tego.

Krok 13: Konwersja PCB

Kroki, aby przekonwertować obwód na układ PCB

1. Po wykonaniu obwodu możemy go przekonwertować na układ PCB.
2. Po naciśnięciu opcji Konwertuj na PCB systemu Easyeda rozpocznie się konwersja schematu do układu PCB.
3. Jeśli wystąpi jakikolwiek błąd okablowania lub nieużywane styki, zostanie wygenerowany błąd/alarm.
4. Zaznaczając Błąd w prawej części strony rozwoju oprogramowania, możemy rozwiązać każdy błąd jeden po drugim.
5. Układ PCB wygenerowany po rozwiązaniu wszystkich błędów.

Krok 14: Układ PCB i rozmieszczenie komponentów

Umieszczenie komponentu

1. Wszystkie elementy z jego rzeczywistym

2. wymiary i etykiety są pokazane na ekranie układu PCB.

   Pierwszym krokiem jest ułożenie komponentu

3. Spróbuj umieścić komponent wysokiego i niskiego napięcia tak daleko, jak to możliwe.

4. Dostosuj każdy element zgodnie z wymaganym rozmiarem PCB.

   Po ułożeniu wszystkich elementów możemy wykonać ślady

5. (szerokość śladów należy dostosować zgodnie z prądem części obwodu)
6. Niektóre ślady są śledzone na spodzie płytki drukowanej za pomocą funkcji zmiany układu.
7. Ślady zasilania są odsłonięte do lutowania po wylaniu.

Krok 15: Ostateczny układ PCB

Krok 16: Sprawdź widok 3D i generuj plik Ggerber

Easyeda udostępnia opcję widoku 3D, w której możemy sprawdzić widok 3D PCB i zorientować się, jak wygląda po wyprodukowaniu.

Po sprawdzeniu widoku 3D Generuj pliki Gerber.

Krok 17: Złożenie zamówienia

Po wygenerowaniu systemu plików Gerber zapewnia widok z przodu końcowego układu PCB i koszt 10 PCB.

Możemy złożyć zamówienie bezpośrednio w JLCPCB, naciskając przycisk "Zamów w JLCPCB".

Możemy wybrać maskowanie kolorystyczne zgodnie z wymaganiami i wybrać sposób dostawy.

Po złożeniu zamówienia i dokonaniu płatności otrzymujemy PCB w ciągu 15-20 dni.

Krok 18: Odbieranie PCB

Sprawdź przód i tył PCB po otrzymaniu.

Krok 19: Lutowanie komponentów na płytce drukowanej

Zgodnie z identyfikacją komponentów na płytce drukowanej rozpoczęto lutowanie wszystkich komponentów.

Uważaj: - Niektóre części są odwrócone, więc przed ostatecznym lutowaniem sprawdź etykietę na płytce drukowanej i instrukcję części.

Krok 20: Zwiększanie grubości toru zasilającego

W przypadku ścieżek przyłączeniowych zasilania umieściłem otwarte ścieżki podczas procesu układania PCB.

Jak pokazano na zdjęciu, wszystkie ścieżki zasilania są otwarte, więc wylano na nie dodatkowe lutowanie, aby zwiększyć zdolność do pielęgnacji porzeczek.

Krok 21: Końcowa kontrola

Po zlutowaniu wszystkich podzespołów sprawdził multimetrem wszystkie podzespoły

1. Sprawdzanie wartości rezystora
2. Sprawdzanie diody LED transoptora
3. Sprawdzenie uziemienia.

Krok 22: Flashowanie oprogramowania układowego

Trzy zworki na płytce drukowanej służą do przełączenia esp w tryb rozruchu.

Sprawdź zworkę wyboru zasilania na 3.3VDC układu FTDI.

Podłącz układ FTDI do PCB

1. FTDI TX:- PCB RX
2. FTDI RX:- PCB TX
3. FTDI VCC:- PCB 3.3 V
4. FTDI G:- PCB G

Krok 23: Flash Tasamota Firmware na ESP

Flash Tasmota na ESP8266

1. Pobierz plik Tasamotizer i tasamota.bin.
2. Pobierz link do Tasmotizera: - tasmotizer
3. Link do pobrania tasamota.bin: - Tasmota.bin
4. Zainstaluj tasmotazer i otwórz go.
5. W tasmotizerze kliknij selectport drill świt.
6. jeśli FTDI jest podłączony, na liście pojawi się port.
7. Wybierz port z listy (w przypadku wielu portów sprawdź, który port jest z FTDI)
8. kliknij przycisk Otwórz i wybierz plik Tasamota.bin z lokalizacji pobierania.
9. kliknij opcję Wymaż przed flashowaniem (wyczyść spiff, jeśli są tam jakieś dane)
10. Naciśnij Tasamotize! Przycisk
11. jeśli wszystko jest w porządku, pojawi się pasek postępu kasowania flasha.
12. po zakończeniu procesu pojawi się wyskakujące okienko „restart esp”.

Odłącz FTDI od PCB.

Zmień zworkę Three z Flash na Run Side.

Krok 24: Ustawienie Tasmota

Podłącz zasilanie AC do PCB

Pomoc online dotycząca konfiguracji Tasmota:-Pomoc dotycząca konfiguracji Tasmota

ESP uruchomi się, a dioda statusu PCB mignie jeden raz. Otwórz Wifimanger na laptopie Pokazuje nowy AP "Tasmota" podłącz go. po otwarciu połączonej strony internetowej.

1. Skonfiguruj WIFI ssid i hasło routera na stronie Konfiguruj Wifi.
2. Po zapisaniu urządzenie uruchomi się ponownie.
3. Po ponownym połączeniu Otwórz router, sprawdź adres IP nowego urządzenia i zanotuj jego adres IP.
4. otwórz stronę internetową i wprowadź ten adres IP. Strona internetowa otwarta dla ustawienia tasmota.
5. Ustaw typ modułu (18) w opcji konfiguracji modułu i ustaw wszystkie wejścia i wyjścia, jak wspomniano w obrazie konfiguracji.
6. uruchom ponownie PCB i gotowe.

Krok 25: Przewodnik okablowania i demo

Ostateczne okablowanie i próba PCB

Okablowanie wszystkich 5 wejść jest podłączone do 5 przełączników/przycisków.

Drugie połączenie wszystkich 5 urządzeń jest podłączone do wspólnego przewodu "G" złącza wejściowego.

Strona wyjściowa 5 Połączenie przewodowe do 5 urządzeń domowych.

Podaj 230 na wejście PCB.

Smart Swith z 5 wejściami i 5 wyjściami jest gotowy do użycia.

Wersja próbna:- Demo