Voice Home Control V1.0: 12 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

'N Paar maande gelede het ek 'n persoonlike assistent aangeskaf, spesifiek 'n Echo Dot wat met Alexa toegerus is. Ek het dit gekies omdat ek ontdek het dat ek op 'n eenvoudige manier plugins kan byvoeg om die toestel aan en uit te skakel, soos ligte, waaiers, ens. hoekom nie jou eie maak nie?

Met hierdie idee in gedagte, het ek begin met die ontwerp van 'n bord met 'n Wi-Fi-verbinding en 4 uitvoerrelais. Hieronder beskryf ek die ontwerp stap vir stap uit die skematiese diagram, PCB -ontwerp, programmering en toetsing wat uitloop op 'n suksesvolle werking.

KENMERKE

1. Wifi netwerkverbinding
2. Ingangsspanning 100 / 240VAC
3. 4 Uitgangsrelais (maksimum 10A)
4. Kragaanwyser LED
5. 4 LED se kragaanwyser van die aflos
6. Programmeer kop
7. Herstelknoppie

Stap 1: Komponente en gereedskap

Komponente

1. 3 Weerstande 0805 van 1k ohm
2. 5 Weerstande 0805 van 220 ohm
3. 2 Weerstande 0805 van 10k ohm
4. 1 Weerstand 0805 van 4.7k ohm
5. 2 kondensators 0805 van 0.1uf
6. 2 kondensators 0805 van 10uf
7. 4 diodes ES1B of soortgelyk aan 100v 1A SMA -pakket
8. 1 Spanningsreguleerder AMS1117-3.3
9. 4 groen LED's 0805
10. 1 Rooi LED 0805
11. 4 Transistors NPN MMBT2222A of soortgelyke SOT23 -pakket
12. 1 ESP 12-E Wi-Fi-module
13. 1 Kragtoevoer HLK-PM01
14. 1 Skakel tasbare SMD
15. 1 Speldkop van 6 posisies
16. 5 Aansluitblok van 2 posisies 5,08 mm spoed
17. 4 relais van 5VDC

Gereedskap

1. Soldeerstasie of cautin van 25-30 Watt
2. Lood soldeer
3. Fluks
4. Pincet
5. Desoldeer lont

Stap 2: Kragtoevoer en spanningsreguleerder

Vir die werking van die kring is 2 spannings nodig, een van 3,3 VDC vir die bedieningsgedeelte en 'n ander van 5 VDC vir die kragafdeling, aangesien die idee is dat die bord alles benodig wat nodig is vir gebruik, gebruik 'n skakelaar wat direk voorsien 5v en word deur netspanning aangedryf, is dit noodsaaklik; dit red ons van die behoefte aan 'n eksterne kragadapter en ons hoef slegs 'n 3.3v lineêre reguleerder (LDO) by te voeg.

Met die bogenoemde in gedagte, het ek as bron die Hi-Link HLK-PM01 gekies met 'n ingangsspanning van 100-240VAC by 0.1A en 'n uitset van 5VDC by 0.6A, gevolg deur hierdie, het ek die wyd gebruikte AMS1117-3.3 geplaas reguleerder wat reeds baie algemeen is en dus maklik beskikbaar is.

As u die datablad van die AMS1117 raadpleeg, vind u die waardes vir die ingangs- en uitgangskondenseerders: dit is 0.1uf en 10uf vir die inset en nog 'n gelyke gedeelte vir die uitset. Laastens het ek 'n kragindikator -LED met sy onderskeie beperkende weerstand geplaas, wat maklik bereken kan word met die ohm se wet:

R = 5V-Vled / Iled

R = 5 - 2 / 0,015 = 200

Die stroom van 15mA in die led is sodat dit nie so helder skyn en sy lewensduur verleng nie.

Stap 3: Beheer Seccion

Vir hierdie afdeling het ek 'n ESP-12-E Wi-Fi-module gekies omdat dit klein, goedkoop en baie eenvoudig is om saam met die Arduino IDE te gebruik. Aangesien die module alles benodig wat nodig is vir die werking daarvan, is die eksterne hardeware wat nodig is om die ESP te laat werk minimaal.

Iets om in gedagte te hou, is dat sommige GPIO's van die module nie aanbeveel word nie, en ander het spesifieke funksies. Vervolgens sal ek 'n tabel wys oor die penne en watter funksies dit vervul:

GPIO --------- Invoer ---------------- Uitset ---------------------- --- Notas

GPIO16 ------ geen onderbreking ------ geen PWM- of I2C-ondersteuning --- Hoog by die boot word gebruik om wakker te word uit diepe slaap

GPIO5 ------- OK ------------------- OK --------------- word dikwels gebruik as SCL (I2C)

GPIO4 ------- OK ------------------- OK --------------- dikwels gebruik as SDA (I2C)

GPIO0 ------- opgetrek ---------- OK --------------- Laag na FLASH-modus, opstart misluk as dit laag trek

GPIO2 ------- opgetrek ---------- OK --------------- boot misluk as Laag getrek word

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

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

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

GPIO15 ----- na GND getrek ---- OK --------------- SPI (CS) Boot misluk as dit hoog getrek word

GPIO3 ------- OK ------------------- RX-pen ---------- Hoog by bagasieruim

GPIO1 ------- TX-pen -------------- OK --------------- Hoog by die laairuim, die bagasiebak misluk as dit laag trek

ADC0 -------- Analoog invoer ----- X

Bogenoemde inligting is gevind op die volgende skakel:

Op grond van die bogenoemde gegewens, het ek penne 5, 4, 12 en 14 gekies as die digitale uitsette wat elkeen van die aflosse sal aktiveer; dit is die stabielste en veiligste vir aktivering.

Uiteindelik het ek bygevoeg wat nodig is vir programmering, 'n reset -knoppie op die pen, 'n weerstand wat aan die krag op die skakelpen gekoppel is, 'n weerstand teen die grond op die GPIO15, 'n kopstuk wat gebruik word om 'n FTDI aan die TX, RX -penne en die GPIO0 gemaal om die module in die flitsmodus te plaas.

Stap 4: Power Seccion

Hierdie afdeling sorg vir die gebruik van die 3.3VDC -uitvoer op die GPIO -poorte om 'n relais te aktiveer. Die relais benodig meer krag as die wat deur 'n ESP -pen verskaf word, dus is 'n transistor nodig om dit te aktiveer; in hierdie geval gebruik ons die MMBT2222A.

Ons moet die stroom wat deur die kollektor gaan (Ic) in ag neem, met hierdie data kan ons die weerstand bereken wat aan die basis van die transistor geplaas sal word. In hierdie geval is die Ic die som van die stroom wat deur die aflosspoel gaan en die stroom van die LED wat die ontsteking aandui:

Ic = Irelay + Iled

Ic = 75mA + 15mA = 90mA

Aangesien ons die huidige Ic het, kan ons die basisweerstand van die transistor (Rb) bereken, maar ons benodig 'n ekstra datapaar, die wins van die transistor (hFE), wat in die geval van die MMBT2222A 'n waarde van 40 het (die versterking is afmetingsloos, daarom het dit geen meeteenhede nie) en die versperringspotensiaal (VL) wat in silikon -transistors 'n waarde van 0,7v het. Met die bogenoemde kan ons voortgaan om Rb te bereken met die volgende formule:

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

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

Op grond van die berekening hierbo, het ek 'n weerstand van 1 kohm gekies.

Uiteindelik is 'n diode parallel met die aflosspoel geplaas met die katode na Vcc. Die ES1B -diode verhoed omgekeerde FEM (FEM, of Reverse Electromotive Force is die spanning wat plaasvind wanneer die stroom deur 'n spoel wissel)

Stap 5: PCB -ontwerp: skematiese en komponente -organisasie

Vir die uitwerking van die skema en die kaart het ek die Eagle -sagteware gebruik.

Dit begin deur die skets van die PCB te maak, dit moet elke voorheen verduidelikde deel van die stroombaan vasvang, dit begin met die plasing van die simbool van elke komponent wat dit integreer, dan word die verbindings tussen elke komponent gemaak. Let daarop dat daar geen verbinding is nie Hierdie fout sal verkeerdelik weerspieël word in die kringontwerp wat 'n fout veroorsaak. Laastens word die waardes van elke komponent aangedui volgens wat in die vorige stappe bereken is.

Nou kan ons voortgaan met die ontwerp van die kaart; die eerste ding wat ons moet doen is om die komponente so te organiseer dat dit die minste moontlike ruimte inneem; dit sal die vervaardigingskoste verlaag. Persoonlik hou ek daarvan om die komponente so te organiseer dat 'n simmetriese ontwerp waardeer word; hierdie praktyk help my by die routing, maak dit makliker en stylvoller.

Dit is belangrik om 'n rooster te volg by die akkommodasie van die komponente en roete. In my geval het ek 'n 25mil -rooster gebruik, volgens IPC -reël, moet die komponente 'n skeiding tussen hulle hê, gewoonlik is hierdie skeiding ook 25mil.

Stap 6: PCB -ontwerp: rande en monteergate

As ons al die komponente op hul plek het, kan ons die printplaat afbaken met behulp van die laag "20 dimensie", die omtrek van die bord word geteken en verseker dat al die komponente daarin is.

As spesiale oorwegings, is dit die moeite werd om te noem dat die Wi-Fi-module 'n antenne in die printplaat het, om te voorkom dat die ontvangs van die sein verswak, ek het 'n snit gemaak net onder die gebied waarin die antenna geleë is.

Aan die ander kant gaan ons met wisselstroom werk; dit het 'n frekwensie van 50 tot 60Hz, afhangende van die land waarin u is; hierdie frekwensie kan geraas in digitale seine opwek, dus is dit goed om die gedeeltes wat hanteer, te isoleer wisselstroom van die digitale deel, word dit gedoen deur die kaart te sny naby die gebiede waardeur die wisselstroom sal sirkuleer. Bogenoemde help ook om kortsluiting op die PCB te vermy.

Uiteindelik word bevestigingsgate in die vier hoeke van die printplaat geplaas, sodat die plasing maklik en vinnig is as u dit in 'n kas wil plaas.

Stap 7: PCB -ontwerp: Toproetering

Ons begin met die prettige deel: om die verbindings tussen komponente te maak na aanleiding van sekere oorwegings, soos spoorwydte en draaihoeke. Oor die algemeen maak ek eers die verbindings wat nie krag en grond is nie, aangesien ek laasgenoemde met planne maak.

Parallelle grond- en kragvliegtuie is uiters handig om geraas by die kragbron te demp as gevolg van sy kapasitiewe impedansie en moet oor die wydste moontlike oppervlakte van die bord versprei word. Dit help ons ook om elektromagnetiese straling (EMI) te verminder.

Vir die spore moet ons oppas dat ons nie draaie met hoeke van 90 ° genereer nie, nie te wyd of te dun nie. Aanlyn kan u gereedskap vind wat ons help om die breedte van die spore te bereken, met inagneming van die temperatuur, die stroom wat sal sirkuleer en die digtheid van koper op die PCB: https://www.4pcb.com/trace-width-calculator. html

Stap 8: PCB -ontwerp: onderste routing

Aan die onderkant maak ons die ontbrekende verbindings, en in die oormaat ruimte wat ons grond- en kragvliegtuie plaas, kan ons sien dat daar verskeie vias geplaas is wat die grondvlakke van albei vlakke verbind. Hierdie praktyk is om grondlusse te vermy.

Aardlusse is twee punte wat teoreties dieselfde potensiaal moet hê, maar dit is regtig nie vanweë die weerstand van die geleidende materiaal nie.

Die spore van die afloskontakte na die terminale is ook blootgestel om versterk te word met soldeersel en 'n hoër stroomlading te weerstaan sonder om te oorverhit en te brand.

Stap 9: Gerber -lêers en die bestel van die PCB's

Gerber -lêers word deur die drukplaatbedryf gebruik om PCB's te vervaardig; dit bevat al die nodige inligting vir die vervaardiging daarvan, soos koperlae, soldeermasker, syskerm, ens.

Die uitvoer van Gerber -lêers van Eagle is baie eenvoudig met behulp van die opsie "Genereer CAM -data", die CAM -verwerker genereer 'n.zip -lêer wat 10 lêers bevat wat ooreenstem met die volgende PCB -lae:

1. Onderste koper
2. Sykant onderaan
3. Onder soldeer plak
4. Onderste soldeermasker
5. Meullaag
6. Top koper
7. Boonste syskerm
8. Top soldeer plak
9. Top soldeermasker
10. Boorlêer

Dit is nou die tyd om ons Gerber -lêers in 'n regte PCB te verander. Laai my Gerber -lêers op in JLCPCB om my PCB te vervaardig. Hulle diens is redelik vinnig. Ek het my PCB binne 10 dae in Mexiko ontvang.

Stap 10: Monteer die PCB

Noudat ons die PCB's het, is ons gereed vir die samestelling van die bord, hiervoor benodig ons die soldeerstasie, soldeer, vloed, pincet en gaas om te ontsoldeer.

Ons sal begin met die soldeer van al die weerstande op hul onderskeie plekke, ons plaas 'n klein hoeveelheid soldeer op een van die twee pads, ons soldeer die weerstandsterminal en gaan voort met die soldeer van die oorblywende terminaal; ons sal dit in elke een herhaal van die weerstande.

Op dieselfde manier gaan ons voort met die kapasitors en LED's; ons moet versigtig wees met laasgenoemde, aangesien dit 'n klein groen merkie het wat die katode aandui.

Ons gaan voort met die soldeer van die diodes, transistors, spanningsreguleerder en drukknoppie. Dit respekteer die polariteitsmerke van die diodes wat dit op die seeskerm vertoon, en wees ook versigtig as u die transistors soldeer, aangesien dit te veel verhit kan word.

Nou plaas ons die Wi-Fi-module, eers soldeer ons 'n pen en sorg dat dit perfek in lyn is, om dit te bereik, soldeer ons al die oorblywende penne.

Dit is net om al die deur-gat-komponente te sweis; dit is die eenvoudigste om 'n groter grootte te hê; maak net 'n skoon sweis met 'n blink voorkoms.

As 'n ekstra stap versterk ons die blootgestelde spore van die aflosse met blik, soos ek alreeds genoem het, dit sal die baan help om meer stroom te weerstaan sonder om te brand.

Stap 11: sagteware

Vir die programmering het ek die Arduino fauxmoesp -biblioteek geïnstalleer; met hierdie biblioteek kan u Phillips Hue -ligte navolg, alhoewel u ook die helderheidsvlak kan beheer, werk hierdie bord slegs as 'n aan / uit -skakelaar.

Ek laat die skakel vir u sodat u die biblioteek kan aflaai en installeer:

Gebruik 'n voorbeeldkode uit hierdie biblioteek en maak die nodige wysigings vir die werking van die toestel. Ek laat die Arduino -kode vir u aflaai en toets.

Stap 12: Gevolgtrekking

Sodra die toestel saamgestel en geprogrammeer is, gaan ons na die funksionaliteit daarvan; ons hoef net 'n kragkabel in die boonste aansluitbord te plaas en dit aan te sluit op 'n stopcontact wat 100-240VAC bied, die rooi LED (AAN) brand, sal die internetnetwerk soek en sal koppel.

ons voer ons Alexa -toepassing in en vra u om na nuwe toestelle te soek; hierdie proses duur ongeveer 45 sekondes. As alles reg is, moet u 4 nuwe toestelle sien, een vir elke aflos op die bord.

Dit is nou net om Alexa te vertel om die toestelle aan en af te skakel; hierdie toets word in die video getoon.

Gereed !!! Nou kan u die toestel wat u wil met u persoonlike assistent aan- en uitskakel.