Techswitch 1.0: 25 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Расширение возможностей умного дома от TechSwitch-1.0 (режим «Сделай сам»)

Что такое TechSwitch-1.0 (режим DIY)

TechSwitch-1.0 - это интеллектуальный коммутатор на базе ESP8266. он может управлять 5 бытовой техникой.

Почему это режим DIY ??

Он предназначен для повторного перепрошивки в любое время. На плате есть перемычка для выбора двух режимов

1) Рабочий режим: - для нормальной работы.

2) Режим прошивки: - в этом режиме пользователь может повторно прошить чип, выполнив процедуру повторной прошивки.

3) Аналоговый вход: - ESP8266 имеет один АЦП 0–1 В постоянного тока. Его заголовок также находится на печатной плате для работы с любым аналоговым датчиком.

Технические характеристики TechSwitch-1.0 (режим DIY)

1. 5 выходов (230 В переменного тока) + 5 входов (переключение 0 В постоянного тока) + 1 аналоговый вход (0-1 В постоянного тока)

2. Рейтинг: - 2,0 ампер.

3. Коммутационный элемент: - SSR + переключение через ноль.

4. Защита: - Каждый выход защищен 2 ампер. стеклянный предохранитель.

5. Используемые прошивки: - Tasmota - простая в использовании и стабильная прошивка. Его можно прошить другой прошивкой в режиме DIY.

6. Вход: - Оптопара (-Ve) переключение.

7. Регулятор мощности ESP8266 может работать в двух режимах: - можно использовать понижающий преобразователь, а также регулятор AMS1117.

Запасы

• Подробный BOQ прилагается.

  · Источник питания: - Производитель: - Hi-Link, Модель: - HLK-PM01, 230 В при 5 В постоянного тока, 3 Вт (01)

  · Микроконтроллер: - ESP12F (01)

  · Регулятор 3,3 В постоянного тока: - Возможность использования любого из двух устройств

  · Понижающий преобразователь (01)

  · Регулятор напряжения AMS1117. (01)

  · PC817: - Опциональная муфта Марка: - Sharp Упаковка: -THT (10)

  · G3MB-202PL: - SSR Make Omron (05), переключение перехода через ноль.

  · Светодиод: -Цвет: - Любой, Пакет THT (01)

  · Резистор 220 или 250 Ом: - керамический (11)

  · Резистор 100 Ом: - керамический (5)

  · Резистор 8 кОм: - керамический (1)

  · Резистор 2к2 Ом: - керамический (1)

  · Резистор 10 кОм: - керамический (13)

  · Нажимная кнопка: - Код детали: - EVQ22705R, Тип: - с двумя выводами (02)

  · Стеклянный предохранитель: - Тип: - Стеклянный, номинальный: - 2 А при 230 В переменного тока. (5)

  · Мужской заголовок печатной платы: - Три заголовка с тремя контактами и один заголовок с 4 контактами. поэтому предпочтительнее приобретать одну стандартную полосу мужского заголовка.

Шаг 1: Завершение концепции

Доработка концепции: - Я определил требования, как показано ниже

1. Создание умного переключателя с 5 переключателями и может управляться через Wi-Fi.

2. Он может работать без Wi-Fi с помощью физических переключателей или кнопок.

3 Переключатель может быть в режиме DIY, поэтому его можно повторно прошить.

4. Он может поместиться в существующий распределительный щит без замены переключателей или проводки.

5. ВСЕ GPIO микроконтроллера должны использоваться, поскольку это режим DIY.

6. Коммутационное устройство должно SSR и переход через ноль, чтобы избежать шума и скачков переключения.

7. Размер печатной платы должен быть достаточно маленьким, чтобы ее можно было разместить в существующем распределительном щите.

После того, как мы определились с требованиями, следующим шагом будет выбор оборудования

Шаг 2: Выбор микроконтроллера

Критерии выбора микроконтроллера

1. Требуется GPIO: -5 входов + 5 выходов + 1 АЦП.
2. Wi-Fi включен
3. Легко перепрошить, чтобы обеспечить функциональность DIY.

ESP8266 подходит для вышеуказанных требований. он имеет 11 GPIO + 1 ADC + WiFi.

Я выбрал модуль ESP12F, который представляет собой плату Devlopment на базе микроконтроллера ESP8266, она имеет небольшой форм-фактор, и все GPIO заполнены для удобства использования.

Шаг 3: Проверка деталей GPIO платы ESP8266

• Согласно спецификации ESP8266, некоторые GPIO используются для специальных функций.
• Во время пробной версии Breadboard я почесал голову, так как не смог его загрузить.
• Наконец, исследуя Интернет и играя с макетом, я суммировал данные GPIO и составил простую таблицу для облегчения понимания.

Шаг 4: Выбор источника питания

Выбор источника питания

• В Индии 230 В переменного тока - внутреннее питание. поскольку ESP8266 работает от 3,3 В постоянного тока, мы должны выбрать источник питания 230 В постоянного тока / 3,3 В постоянного тока.
• Но устройство переключения питания, которое является SSR и работает от 5 В постоянного тока, поэтому мне нужно выбрать источник питания, который также имеет 5 В постоянного тока.
• В итоге был выбран источник питания 230 В / 5 В постоянного тока.
• Чтобы получить 3,3 В постоянного тока, я выбрал понижающий преобразователь с напряжением 5 В постоянного тока / 3,3 В постоянного тока.
• Поскольку нам нужно разработать режим DIY, я также предоставляю линейный стабилизатор напряжения AMS1117.

Окончательный вывод

Первое преобразование источника питания составляет 230 В переменного тока / 5 В постоянного тока с мощностью 3 Вт.

HI-LINK производит HLK-PM01 smps

Второе преобразование - 5 В постоянного тока в 3,3 В постоянного тока.

Для этого я выбрал понижающий преобразователь 5 В / 3,3 В и линейный стабилизатор напряжения AMS1117

Изготовленная таким образом плата может использовать AMS1117 или понижающий преобразователь (любой желающий).

Шаг 5: Выбор коммутационного устройства

• Я выбрал Omron Make G3MB-202P SSR.

  • ССР имеющий 2 ампер. текущая вместимость.
  • Может работать от 5В постоянного тока.
  • Обеспечьте переключение перехода через нуль.
  • Встроенный демпферный контур.

Что такое Zero Crossing?

• Питание 50 Гц переменного тока - это синусоидальное напряжение.
• Полярность напряжения питания менялась каждые 20 милсекунд и 50 раз за одну секунду.
• Напряжение обнуляется каждые 20 мил. Секунд.

• SSR с переходом через ноль обнаруживает нулевой потенциал напряжения и в этом случае включает выход.

  Например: - если команда отправляется на 45 градусов (напряжение на максимальном пике), SSR включается на 90 градусов (когда напряжение равно нулю)

• Это снижает коммутационные скачки и шум.
• Нулевая точка пересечения показана на прикрепленном изображении (выделенный красным текст)

Шаг 6: Выбор PIN-кода ESP8266

ESP8266 имеет всего 11 GPIO и один вывод ADC. (См. Шаг 3)

Выбор вывода esp8266 имеет решающее значение из-за нижеприведенных критериев.

Критерии выбора входа: -

• GPIO PIN15 должен быть низким во время загрузки, иначе ESP не загрузится.

  Он пытается загрузиться с SD-карты, если GPIO15 высокий во время загрузки

• ESP8266 neve Boot Если GPIO PIN1, GPIO 2 или GPIO 3 LOW во время загрузки.

Критерии выбора результатов: -

• GPIO PIN 1, 2, 15 и 16 становятся высокими во время загрузки (в течение некоторого времени).
• если мы используем этот вывод в качестве входа, а PIN-код находится на НИЗКОМ уровне во время загрузки, то этот вывод будет поврежден из-за короткого замыкания между PIN-кодом, который имеет низкий уровень, но ESP8266 делает его ВЫСОКИЙ во время загрузки.

Окончательный вывод: -

Наконец, для вывода выбираются GPIO 0, 1, 5, 15 и 16.

GPIO 3, 4, 12, 13 и 14 выбраны для ввода.

Ограничить: -

• GPIO1 и 3 - это контакты UART, которые используются для прошивки ESP8266, и мы также хотели использовать их в качестве выходных.
• GPIO0 используется для перевода ESP в режим вспышки, и мы также решили использовать его в качестве вывода.

Решение для вышеуказанного ограничения: -

1. Проблема решена установкой двух перемычек.

   1. Перемычка режима вспышки: - В этом положении все три контакта изолированы от цепи переключения и подключены к разъему режима вспышки.
   2. Перемычка режима работы: - В этом положении все три контакта будут подключены к цепи переключения.

Шаг 7: Выбор оптопары

Сведения о PIN-коде: -

• Сторона входа PIN 1 и 2 (встроенный светодиод)

  • Контакт 1: - Анод
  • Pnd 2: - Катод

• Контакты 3 и 4 на выходе (фототранзистор.

  • Контакт 3: - Излучатель
  • Контакт 4: - Коллектор

Выбор схемы переключения выхода

1. ESP 8266 GPIO может питать только 20 млн лет. согласно esprissif.
2. Оптопара используется для защиты PIN-кода ESP GPIO во время переключения SSR.

3. Резистор 220 Ом используется для ограничения тока GPIO.

   Я использовал 200, 220 и 250, и все резисторы работают нормально

4. Расчет тока I = V / R, I = 3,3 В / 250 * Ом = 13 мА.
5. Светодиод входа PC817 имеет некоторое сопротивление, которое в целях безопасности считается нулевым.

Выбор схемы переключения входа

1. Оптопары PC817 используются во входной цепи с токоограничивающим резистором 220 Ом.
2. Выход оптопары соединен с GPIO вместе с Pull-UP резистором.

Шаг 8: Подготовка схемы схемы

После выбора всех компонентов и определения методологии подключения мы можем перейти к разработке Circuit с использованием любого программного обеспечения.

Я использовал Easyeda, простую в использовании веб-платформу для разработки печатных плат.

URL Easyeda: - EsasyEda

Для простого объяснения я разделил всю схему на куски. & во-первых, это силовая цепь.

Силовая цепь A: - от 230 В переменного тока до 5 В постоянного тока

1. HI-Link делает HLK-PM01 SMPS используемым для преобразования 230 В переменного тока в 5 В постоянного тока.
2. Максимальная мощность 3 Вт. означает, что он может обеспечить 600 мА.

Силовая цепь B: - от 5 до 3,3 В постоянного тока

Поскольку эта печатная плата находится в режиме DIY. У меня есть два метода преобразования 5 В в 3,3 В.

1. С помощью регулятора напряжения AMS1117.
2. Использование Buck Converter.

любой может использовать в зависимости от наличия компонента.

Шаг 9: Подключение ESP8266

Опция сетевого порта используется для упрощения схемы.

Что такое сетевой порт ??

1. Сетевой пост означает, что мы можем дать имя общему узлу.
2. используя одно и то же имя в разных частях, Easyeda будет рассматривать все имена как одно подключенное устройство.

Некоторые основные правила разводки esp8266

1. Вывод CH_PD должен быть высоким.
2. Штифт сброса должен быть высоким во время нормальной работы.
3. GPIO 0, 1 и 2 не должны быть на низком уровне во время загрузки.
4. GPIO 15 не должен находиться на высоком уровне во время загрузки.
5. Учитывая все вышеизложенное, схема подключения ESP8266 подготовлена. & показано на схематическом изображении.
6. GPIO2 используется в качестве светодиода состояния и подключенного светодиода с обратной полярностью, чтобы избежать GPIO2 LOW во время загрузки.

Шаг 10: Цепь переключения выхода ESP8266

ESO8266 GPIO 0, 1, 5, 15 и 16 используются как выход.

1. Чтобы поддерживать GPIO 0 и 1 на высоком уровне, его проводка немного отличается от другого выхода.

   1. В будке этот вывод находится под напряжением 3,3 В во время загрузки.
   2. PIN1 PC817, который является анодом, подключен к 3,3 В.
   3. PIN2, который является катодом, подключается к GPIO с помощью токоограничивающего резистора (220/250 Ом).
   4. Поскольку диод с прямым смещением может пропускать 3,3 В (падение напряжения на диоде 0,7 В), оба GPIO получают почти 2,5 В постоянного тока во время загрузки.

2. Оставшийся вывод GPIO соединен с PIN1, который является анодом PC817, а земля соединена с PIN2, который является катодом, с использованием токоограничивающего резистора.

   1. Поскольку земля соединена с катодом, она будет проходить от светодиода PC817 и поддерживать GPIO на низком уровне.
   2. Это делает GPIO15 НИЗКИМ во время загрузки.
3. Мы решили проблему всех трех GPIO, приняв другую схему подключения.

Шаг 11: Ввод Esp8266

GPIO 3, 4, 12, 13 и 14 используются как вход.

Поскольку входная проводка будет подключена к полевому устройству, для ESP8266 GPIO потребуется защита.

Оптопара PC817 используется для изоляции входа.

1. Входные катоды PC817 подключаются к контактным разъемам с помощью токоограничивающего резистора (250 Ом).
2. Анод всех оптопар подключен к 5 В постоянного тока.
3. Всякий раз, когда входной контакт подключен к земле, оптопара смещается в прямом направлении, а выходной транзистор включается.
4. Коллектор оптопары подключается к GPIO вместе с подтягивающим резистором 10 кОм.

Что такое подтягивания ???

• Подтягивающий резистор используется для обеспечения стабильности GPIO, высокоомный резистор подключен к GPIO, а другой конец подключен к 3,3 В.
• это поддерживает высокий уровень GPIO и позволяет избежать ложных срабатываний.

Шаг 12: Окончательная схема

После завершения всех деталей самое время проверить проводку.

Для этого предусмотрена функция Easyeda.

Шаг 13: преобразовать печатную плату

Шаги по преобразованию схемы в макет печатной платы

1. После изготовления схемы мы можем преобразовать ее в макет печатной платы.
2. При нажатии опции Convert to PCB системы Easyeda начнется преобразование схемы в компоновку печатной платы.
3. Если присутствует какая-либо ошибка проводки или неиспользуемые контакты, генерируется ошибка / аварийный сигнал.
4. Установив флажок «Ошибка» в разделе «Правая сторона» страницы «Разработка программного обеспечения», мы можем устранять каждую ошибку одну за другой.
5. Макет печатной платы сгенерирован после устранения всех ошибок.

Шаг 14: компоновка печатной платы и компоновка компонентов

Размещение компонентов

1. Все компоненты с актуальными

2. размеры и метки показаны на экране компоновки печатной платы.

   Первый шаг - расставить компонент

3. Постарайтесь разместить компоненты высокого и низкого напряжения как можно дальше.

4. Отрегулируйте каждый компонент в соответствии с требуемым размером печатной платы.

   После расстановки всех компонентов можно делать следы

5. (ширину дорожек необходимо отрегулировать в соответствии с током части схемы)
6. Некоторые следы выводятся в нижней части платы с помощью функции изменения компоновки.
7. Следы питания остаются открытыми для заливки при пайке после изготовления.

Шаг 15: Окончательная компоновка печатной платы

Шаг 16: Отметьте «3D-вид» и «Создание файла Ggerber»

Easyeda предоставляет возможность 3D-просмотра, в которой мы можем проверить 3D-вид печатной платы и получить представление о том, как она выглядит после изготовления.

После проверки 3D вида Сгенерируйте файлы Gerber.

Шаг 17: Размещение заказа

После создания файловой системы Gerber предоставляется вид спереди окончательной компоновки печатной платы и стоимость 10 печатных плат.

Мы можем разместить заказ на JLCPCB напрямую, нажав кнопку «Заказать в JLCPCB».

Мы можем выбрать цветовую маскировку в соответствии с требованиями и выбрать способ доставки.

При оформлении заказа и оплате мы получаем печатную плату в течение 15-20 дней.

Шаг 18: Получение печатной платы

После получения проверьте печатную плату спереди и сзади.

Шаг 19: Компонентное кольцо на печатной плате

По обозначению компонентов на плате началась пайка всех компонентов.

Будьте осторожны: - Некоторые детали имеют обратную сторону, поэтому перед окончательной пайкой проверьте маркировку на печатной плате и руководство по детали.

Шаг 20: Увеличение толщины гусеницы

Для дорожек подключения питания я ставил открытые дорожки в процессе разводки печатной платы.

Как показано на изображении, все следы питания открыты, поэтому на них вылили дополнительную пайку, чтобы повысить эффективность ухода за смородиной.

Шаг 21: окончательная проверка

После пайки всех компонентов проверил все компоненты мультиметром

1. Проверка номинала резистора
2. Проверка светодиода оптопары
3. Проверка заземления.

Шаг 22: Прошивка прошивки

Три перемычки на плате используются для перевода esp в режим загрузки.

Проверьте перемычку выбора питания на 3,3 В постоянного тока микросхемы FTDI.

Подключите чип FTDI к печатной плате

1. FTDI TX: - Печатная плата RX
2. FTDI RX: - Печатная плата TX
3. FTDI VCC: - Печатная плата 3,3 В
4. FTDI G: - Печатная плата G

Шаг 23: Прошивка прошивки Tasamota на ESP

Прошить Тасмоту на ESP8266

1. Загрузите файл Tasamotizer и tasamota.bin.
2. Ссылка для скачивания Tasmotizer: - tasmotizer
3. Ссылка для скачивания tasamota.bin: - Tasmota.bin
4. Установите тасмотазер и откройте его.
5. В тасмотизере нажмите selectport Drill Dawn.
6. если подключен FTDI, порт появится в списке.
7. Выберите порт из списка. (В случае нескольких портов проверьте, какой порт имеет FTDI)
8. нажмите кнопку «Открыть» и выберите файл Tasamota.bin в месте загрузки.
9. нажмите на «Стереть перед прошивкой» (очистить spiff, если есть какие-либо данные)
10. Нажмите Tasamotize! Кнопка
11. если все в порядке, вы увидите индикатор стирания вспышки.
12. после завершения процесса отображается всплывающее окно «перезапустить esp».

Отсоедините FTDI от печатной платы.

Измените перемычку Three с Flash на Run Side.

Шаг 24: настройка Тасмота

Подключите питание переменного тока к печатной плате

Онлайн-справка по настройке Tasmota: -Справка по настройке Tasmota

ESP запустится, и индикатор состояния печатной платы начнет мигать. Откройте Wifimanger на ноутбуке Показывает новую AP "Tasmota", подключающую его. после открытия подключенной веб-страницы.

1. Настройте SSID и пароль Wi-Fi вашего маршрутизатора на странице «Настройка Wi-Fi».
2. Устройство перезагрузится после сохранения.
3. После повторного подключения Откройте маршрутизатор, проверьте IP-адрес нового устройства и запишите его IP-адрес.
4. откройте веб-страницу и введите этот IP-адрес. Веб-страница открыта для настройки тасмота.
5. Задайте тип модуля (18) в параметрах конфигурации модуля и настройте все входные и выходные данные, как указано в образе для миграции.
6. перезапустите печатную плату и все готово.

Шаг 25: Руководство по подключению и демонстрация

Окончательная разводка и испытание печатной платы

Проводка всех 5 входов подключена к 5 переключателям / кнопкам.

Второе соединение всех 5 устройств подключается к общему проводу «G» входного разъема.

Сторона выхода 5 Подключение провода к 5 бытовой технике.

Подайте 230 на вход печатной платы.

Smart Swith с 5 входами и 5 выходами готов к использованию.

Демо-версия: - Демо