ხმის სახლის კონტროლი V1.0: 12 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:16

რამდენიმე თვის წინ შევიძინე პერსონალური ასისტენტი, კონკრეტულად Echo Dot, რომელიც აღჭურვილია Alexa– ით. მე ეს ავირჩიე იმიტომ, რომ აღმოვაჩინე, რომ მარტივი გზით შემიძლია დანამატების დამატება მოწყობილობის გამორთვასა და ჩართვაზე, როგორიცაა განათება, გულშემატკივარი და ა.შ. ინტერნეტ მაღაზიებში ვნახე დიდი რაოდენობა მოწყობილობები, რომლებიც ასრულებენ ამ ფუნქციას და სწორედ მაშინ ვიფიქრე…. რატომ არ გააკეთე შენი საკუთარი?

ამ იდეის გათვალისწინებით, დავიწყე დაფის დიზაინი Wi-Fi კავშირით და 4 გამომავალი რელეებით. ქვემოთ მე ეტაპობრივად აღვწერ დიზაინს სქემატური დიაგრამიდან, PCB დიზაინისგან, პროგრამირებისა და ტესტირებისაგან, რომელიც წარმატებული ოპერაციით სრულდება.

ᲛᲐᲮᲐᲡᲘᲐᲗᲔᲑᲚᲔᲑᲘ

1. Wifi ქსელის კავშირი
2. 100 / 240VAC შეყვანის ძაბვა
3. 4 გამომავალი რელე (მაქსიმუმ 10 ა)
4. დენის მაჩვენებელი LED
5. რელეს 4 LED სიმძლავრის მაჩვენებელი
6. პროგრამირების სათაური
7. გადატვირთვის ღილაკი

ნაბიჯი 1: კომპონენტები და ინსტრუმენტები

კომპონენტები

1. 3 რეზისტორი 0805 1k ohm
2. 5 რეზისტორი 0805 220 ომიდან
3. 2 რეზისტორი 0805 10k ohms
4. 1 რეზისტორი 0805 4.7k ohms
5. 2 კონდენსატორი 0805 0.1uf
6. 2 კონდენსატორი 0805 10uf
7. 4 დიოდი ES1B ან მსგავსი 100v 1A SMA პაკეტი
8. 1 ძაბვის რეგულატორი AMS1117-3.3
9. 4 მწვანე LED 0805
10. 1 წითელი LED 0805
11. 4 ტრანზისტორი NPN MMBT2222A ან მსგავსი SOT23 პაკეტი
12. 1 ESP 12-E Wi-Fi მოდული
13. 1 კვების ბლოკი HLK-PM01
14. 1 შეცვლა ტაქტილური SMD
15. 1 პოზიციის სათაური 6 პოზიციიდან
16. 5 ტერმინალის ბლოკი 2 პოზიციიდან 5.08 მმ მოედანზე
17. 4 რელე 5VDC

ინსტრუმენტები

1. შედუღების სადგური ან კაუტინი 25-30 ვატი
2. ტყვიის შესაკრავი
3. ნაკადი
4. პინცეტი
5. დესლდერირების ფითილი

ნაბიჯი 2: ელექტრომომარაგება და ძაბვის მარეგულირებელი

მიკროსქემის მუშაობისთვის საჭიროა 2 ძაბვა, ერთი 3.3 VDC- დან საკონტროლო განყოფილებისთვის, ხოლო მეორე 5 VDC დენის განყოფილებისთვის, რადგან იდეა იმაშია, რომ დაფას აქვს ყველაფერი საჭირო ოპერაციისთვის, გამოიყენეთ გადამრთველი წყარო, რომელიც პირდაპირ აწვდის 5v და იკვებება ხაზის ძაბვით აუცილებელია, ეს გვიხსნის გარე დენის ადაპტერის საჭიროებისგან და ჩვენ მხოლოდ 3.3 ვ ხაზოვანი მარეგულირებლის (LDO) დამატება გვჭირდება.

ზემოაღნიშნულის გათვალისწინებით, როგორც წყაროს მე შევარჩიე Hi-Link HLK-PM01, რომელსაც აქვს 100-240VAC შეყვანის ძაბვა 0.1A– ზე და გამომავალი 5VDC 0.6A– ზე, რასაც მოჰყვა, შემდეგ მოვათავსე ფართოდ გავრცელებული AMS1117-3.3 მარეგულირებელი უკვე ძალიან გავრცელებული და ამიტომ ადვილად ხელმისაწვდომი.

AMS1117– ის მონაცემთა ფურცლის კონსულტაციისას თქვენ ნახავთ მნიშვნელობებს შემავალი და გამომავალი კონდენსატორებისთვის, ეს არის 0.1uf და 10uf შეყვანისთვის და სხვა თანაბარი განყოფილება გამომავალზე. დაბოლოს, მე განათავსე დენის ინდიკატორი LED მისი შესაბამისი შეზღუდვის წინააღმდეგობით, რომელიც ადვილად გამოითვლება ომის კანონის გამოყენებით:

R = 5V-Vled / Iled

R = 5 - 2 / 0.015 = 200

15 mA დენი led– ში არის ისე, რომ იგი არ ბრწყინავს ასე ნათლად და არ ახანგრძლივებს მის სიცოცხლეს.

ნაბიჯი 3: გააკონტროლეთ სექცია

ამ განყოფილებისთვის მე შევარჩიე ESP-12-E Wi-Fi მოდული, რადგან ის არის პატარა, იაფი და ძალიან მარტივი გამოსაყენებლად Arduino IDE– სთან ერთად. ვინაიდან მოდულს აქვს ყველაფერი რაც საჭიროა მისი მუშაობისთვის, ESP– ს მუშაობისათვის აუცილებელი გარე აპარატურა მინიმალურია.

რაღაც უნდა გვახსოვდეს, რომ მოდულის ზოგიერთი GPIO არ არის რეკომენდებული გამოსაყენებლად და სხვებს აქვთ კონკრეტული ფუნქციები, შემდეგ მე ვაჩვენებ ცხრილს ქინძისთავების შესახებ და რა ფუნქციებს ასრულებენ ისინი:

GPIO --------- შეყვანა ---------------- გამომავალი ---------------------- --- შენიშვნები

GPIO16 ------ შეწყვეტის გარეშე ------ არა PWM ან I2C მხარდაჭერა --- ჩატვირთვისას მაღალი სიღრმისგან გამოღვიძებისთვის

GPIO5 ------- OK ------------------- OK --------------- ხშირად გამოიყენება როგორც SCL (I2C)

GPIO4 ------- OK ------------------- OK --------------- ხშირად გამოიყენება როგორც SDA (I2C)

GPIO0 ------- ამოიწია ---------- OK --------------- დაბალი FLASH რეჟიმში, ჩატვირთვისას თუ არ გაიყვანენ დაბალი

GPIO2 ------- ამოიწია ---------- კარგი --------------- ჩატვირთვისას ჩამორჩება თუ დაბალია

GPIO14 ----- კარგი ------------------- კარგი --------------- SPI (SCLK)

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

GPIO13 ----- კარგი ------------------- კარგი --------------- SPI (MOSI)

GPIO15 ----- გაიყვანეს GND ---- OK --------------- SPI (CS) ჩატვირთვა ვერ ხერხდება თუ მაღალია

GPIO3 ------- OK ------------------- RX pin ---------- მაღალი ჩატვირთვისას

GPIO1 ------- TX პინი -------------- კარგი --------------- ჩატვირთვისას მაღალი, ჩატვირთვისას ჩამორჩება თუ დაბალია

ADC0 -------- ანალოგური შეყვანა ----- X

ზემოთ მოყვანილი ინფორმაცია ნაპოვნია შემდეგ ბმულზე:

ზემოაღნიშნული მონაცემების საფუძველზე, მე ავირჩიე 5, 4, 12 და 14 პინები ციფრული შედეგების სახით, რომელიც გააქტიურებს თითოეულ რელეს, ეს არის ყველაზე სტაბილური და უსაფრთხო გააქტიურებისათვის.

საბოლოოდ დავამატე ის, რაც საჭიროა პროგრამირებისთვის, გადატვირთვის ღილაკი ამ პინზე, რეზისტორი ჩართული ჩართვის პინზე, წინააღმდეგობა ადგილზე GPIO15- ზე, სათაური, რომელიც გამოიყენება FTDI- ს TX, RX ქინძისთავებთან დასაკავშირებლად და დააწკაპუნეთ GPIO0– ით, რომ მოდული განათავსოთ Flash რეჟიმში.

ნაბიჯი 4: ძალაუფლების სექცია

ეს განყოფილება იზრუნებს GPIO პორტებზე გამომავალი 3.3VDC- ების გამოყენებასთან რელეს გასააქტიურებლად. რელეებს უფრო მეტი ენერგია სჭირდებათ ვიდრე ESP პინით გათვალისწინებული, ამიტომ ტრანზისტორი საჭიროა მის გასააქტიურებლად, ამ შემთხვევაში ჩვენ ვიყენებთ MMBT2222A.

ჩვენ უნდა გავითვალისწინოთ დენი, რომელიც გაივლის კოლექტორს (Ic), ამ მონაცემებით შეგვიძლია გამოვთვალოთ წინააღმდეგობა, რომელიც განთავსდება ტრანზისტორის ბაზაზე. ამ შემთხვევაში, Ic იქნება დენის ჯამი, რომელიც გადის სარელეო კოჭაში და LED- ის დენი, რომელიც მიუთითებს ანთებაზე:

Ic = Irelay + Iled

Ic = 75mA + 15mA = 90mA

ვინაიდან ჩვენ გვაქვს მიმდინარე Ic, შეგვიძლია გამოვთვალოთ ტრანზისტორის (Rb) საბაზისო წინააღმდეგობა, მაგრამ ჩვენ გვჭირდება დამატებითი მონაცემთა წყვილი, ტრანზისტორის (hFE) მოგება, რომელსაც MMBT2222A- ს შემთხვევაში აქვს 40 მნიშვნელობა (მოგება არის განზომილებიანი, ამიტომ მას არ აქვს საზომი ერთეულები) და ბარიერული პოტენციალი (VL), რომელსაც სილიციუმის ტრანზისტორებში აქვს ღირებულება 0.7 ვ. ზემოაღნიშნულით ჩვენ შეგვიძლია გავაგრძელოთ Rb გამოთვლა შემდეგი ფორმულით:

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

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

ზემოაღნიშნული გაანგარიშებიდან გამომდინარე, მე ავირჩიე 1kohm წინააღმდეგობა.

დაბოლოს, სარელეო კოჭის პარალელურად დიოდი მოათავსეს, სადაც კათოდი Vcc- ისკენ არის მიმართული. ES1B დიოდი ხელს უშლის საპირისპირო FEM- ს (FEM, ან უკუ ელექტრომოძრავის ძალა არის ძაბვა, რომელიც ხდება მაშინ, როდესაც დენის გადახვევა იცვლება)

ნაბიჯი 5: PCB დიზაინი: სქემატური და კომპონენტური ორგანიზაცია

სქემისა და ბარათის შემუშავებისთვის გამოვიყენე Eagle პროგრამული უზრუნველყოფა.

ის იწყება PCB- ის სქემატური შედგენით, მან უნდა აიღოს სქემის თითოეული ადრე განმარტებული ნაწილი, ის იწყება თითოეული კომპონენტის სიმბოლოს, რომელიც მას აერთიანებს, შემდეგ კი თითოეულ კომპონენტს შორის კავშირები იქმნება, ზრუნვა უნდა მოხდეს შეცდომით, ეს შეცდომა აისახება სქემის დიზაინში, რამაც გამოიწვია გაუმართაობა. დაბოლოს, თითოეული კომპონენტის ღირებულებები მითითებული იქნება იმის მიხედვით, რაც გამოითვალა წინა ნაბიჯებში.

ახლა ჩვენ შეგვიძლია გავაგრძელოთ ბარათის დიზაინი, პირველი რაც ჩვენ უნდა გავაკეთოთ არის კომპონენტების ორგანიზება ისე, რომ მათ დაიკავონ რაც შეიძლება ნაკლები ადგილი, ეს შეამცირებს წარმოების ღირებულებას. პირადად მე, მომწონს კომპონენტების ორგანიზება ისე, რომ სიმეტრიული დიზაინი დაფასდეს, ეს პრაქტიკა მეხმარება მარშრუტიზაციისას, ამარტივებს და უფრო ელეგანტურს ხდის.

კომპონენტების და მარშრუტის განთავსებისას მნიშვნელოვანია დაიცვან ბადე, ჩემს შემთხვევაში მე გამოვიყენე 25 მლ ბადე, IPC წესით, კომპონენტებს უნდა ჰქონდეთ ერთმანეთისგან გამიჯვნა, საერთოდ ეს გამოყოფა ასევე არის 25 მლ.

ნაბიჯი 6: PCB დიზაინი: კიდეები და სამონტაჟო ხვრელები

ყველა კომპონენტის ადგილზე ყოფნით, ჩვენ შეგვიძლია გამოვყოთ PCB, "20 განზომილების" ფენის გამოყენებით, დაფის პერიმეტრი შედგენილია, რაც უზრუნველყოფს ყველა კომპონენტის შიგნით.

როგორც განსაკუთრებული მოსაზრებები, აღსანიშნავია, რომ Wi-Fi მოდულს აქვს PCB- ში ინტეგრირებული ანტენა, სიგნალის მიღების შესუსტების თავიდან ასაცილებლად, მე გავაკეთე გაჭრა იმ უბნის ქვემოთ, სადაც ანტენა მდებარეობს.

მეორეს მხრივ, ჩვენ ვაპირებთ მუშაობას ალტერნატიული დენით, ამას აქვს სიხშირე 50 -დან 60 ჰც -მდე, იმისდა მიხედვით, თუ რომელ ქვეყანაში იმყოფებით, ამ სიხშირემ შეიძლება გამოიწვიოს ხმაური ციფრულ სიგნალებში, ამიტომ კარგია იმ ნაწილების იზოლირება, რომლებიც ამუშავებენ ალტერნატიული დენი ციფრული ნაწილისგან, ეს კეთდება ბარათში ჭრილობების გაკეთებით იმ უბნების მახლობლად, რომლის მეშვეობითაც ალტერნატიული დენი ბრუნავს. ზემოაღნიშნული ასევე ხელს უწყობს PCB– ზე რაიმე მოკლე ჩართვის თავიდან აცილებას.

დაბოლოს, სამონტაჟო ხვრელები მოთავსებულია PCB– ს 4 კუთხეში, რათა თუ გსურთ მისი განთავსება კაბინეტში, განთავსება ადვილი და სწრაფია.

ნაბიჯი 7: PCB დიზაინი: საუკეთესო მარშრუტიზაცია

ჩვენ ვიწყებთ მხიარულ ნაწილს, მარშრუტს, არის კავშირის დამყარება კომპონენტებს შორის გარკვეული მოსაზრებების დაცვით, როგორიცაა ბილიკის სიგანე და შემობრუნების კუთხეები. საერთოდ, მე პირველად ვამყარებ კავშირებს, რომლებიც არ არის ძალა და საფუძველი, ვინაიდან ამ უკანასკნელს ვაწყობ გეგმებით.

პარალელური გრუნტისა და სიმძლავრის თვითმფრინავები ძალზე სასარგებლოა ენერგიის წყაროს ხმაურის შესამცირებლად მისი ტევადობის წინაღობის გამო და უნდა იყოს გავრცელებული დაფის მაქსიმალურად ფართო არეზე. ისინი ასევე გვეხმარებიან ელექტრომაგნიტური გამოსხივების (EMI) შემცირებაში.

ბილიკებისთვის ჩვენ ფრთხილად უნდა ვიყოთ, რომ არ მოხდეს ბრუნვები 90 ° -იანი კუთხეებით, არც ძალიან ფართო და არც ძალიან თხელი. ინტერნეტში შეგიძლიათ იპოვოთ ინსტრუმენტები, რომლებიც გვეხმარება გამოვთვალოთ ბილიკების სიგანე ტემპერატურის გათვალისწინებით, დენი, რომელიც შემოვა და სპილენძის სიმკვრივე PCB– ზე: https://www.4pcb.com/trace-width-calculator. html

ნაბიჯი 8: PCB დიზაინი: ქვედა მარშრუტიზაცია

ქვედა სახეზე ჩვენ ვაკეთებთ დაკარგული კავშირებს და ჭარბ სივრცეში ვდებთ მიწას და დენის თვითმფრინავებს, ჩვენ შეგვიძლია შევნიშნოთ, რომ რამდენიმე ვია იყო მოთავსებული, რომლებიც აკავშირებდა ორივე სახის მიწის ზედაპირს, ეს პრაქტიკა არის მიწის მარყუჟების თავიდან აცილება.

სახმელეთო მარყუჟები არის 2 წერტილი, რომლებიც თეორიულად უნდა იყოს იგივე პოტენციალი, მაგრამ ისინი ნამდვილად არ არის გამტარ მასალის წინააღმდეგობის გამო.

ასევე გამოიკვეთა სარელეო კონტაქტები ტერმინალებამდე, რათა გამყარდეს გამაგრებით და გაუძლოს უფრო მაღალ მიმდინარე დატვირთვას გადახურების და წვის გარეშე.

ნაბიჯი 9: გერბერის ფაილები და PCB– ების შეკვეთა

გერბერის ფაილები გამოიყენება დაბეჭდილი მიკროსქემის დაფის ინდუსტრიის მიერ PCB– ების დასამზადებლად, ისინი შეიცავს მათ წარმოებისთვის საჭირო ყველა ინფორმაციას, როგორიცაა სპილენძის ფენები, გამწოვი ნიღაბი, აბრეშუმის ეკრანი და ა.

გერბერის ფაილების ექსპორტი არწივიდან ძალიან მარტივია "გენერირება CAM მონაცემთა" ვარიანტის გამოყენებით, CAM პროცესორი წარმოქმნის.zip ფაილს, რომელიც შეიცავს 10 ფაილს, რომელიც შეესაბამება შემდეგი PCB ფენებს:

1. ქვედა სპილენძი
2. ქვედა აბრეშუმის ეკრანი
3. ქვედა Solder Paste
4. ქვედა სოლდერმასკი
5. წისქვილის ფენა
6. ზედა სპილენძი
7. ზედა აბრეშუმის ეკრანი
8. ზედა Solder Paste
9. ზედა Soldermask
10. საბურღი ფაილი

ახლა დროა ჩვენი გერბერის ფაილები გადავაქციოთ ნამდვილ PCB- ად. ატვირთეთ ჩემი გერბერის ფაილები JLCPCB– ში ჩემი PCB წარმოებისათვის. მათი მომსახურება საკმაოდ სწრაფია. მე მივიღე ჩემი PCB მექსიკაში 10 დღეში.

ნაბიჯი 10: PCB- ის აწყობა

ახლა, როდესაც ჩვენ გვყავს PCB, ჩვენ მზად ვართ გამგეობის შესაქმნელად, ამისათვის ჩვენ გვჭირდება შესადუღებელი სადგური, შესადუღებელი, ნაკადი, პინცეტი და ბადე გასაშლელად.

ჩვენ დავიწყებთ ყველა რეზისტორის შედუღებით მათ ადგილას, ჩვენ ვათავსებთ მცირე რაოდენობის შედუღებას ერთ ორ ბალიშზე, ვკრავთ წინააღმდეგობის ტერმინალს და ვაგრძელებთ დარჩენილი ტერმინალის შედუღებას, ამას ვიმეორებთ თითოეულში რეზისტორების.

ანალოგიურად, ჩვენ გავაგრძელებთ კონდენსატორებსა და LED- ებს, ჩვენ ფრთხილად უნდა ვიყოთ ამ უკანასკნელთან, რადგან მათ აქვთ პატარა მწვანე ნიშანი, რომელიც მიუთითებს კათოდზე.

ჩვენ გავაგრძელებთ დიოდების, ტრანზისტორების, ძაბვის მარეგულირებლის და ღილაკის დაჭერას. ის პატივს სცემს დიოდების პოლარობის ნიშნებს, რომლითაც ის აჩვენებს აბრეშუმის ეკრანს, ასევე ფრთხილად იყავით ტრანზისტორების შედუღებისას, მათმა ძალიან გაცხელებამ შეიძლება დააზიანოს ისინი.

ახლა ჩვენ მოვათავსებთ Wi-Fi მოდულს, პირველ რიგში გავამაგრებთ პინს, რომ ვიზრუნოთ, რომ ის სრულყოფილად იყოს მორგებული და ამის მისაღწევად, ჩვენ გავამაგრებთ ყველა დანარჩენ ქინძისთავს.

რჩება მხოლოდ ხვრელის ყველა კომპონენტის შედუღება, ისინი უმარტივესია უფრო დიდი ზომისთვის, უბრალოდ დარწმუნდით, რომ გააკეთეთ სუფთა შედუღება, რომელსაც აქვს ბრწყინვალე გარეგნობა.

როგორც დამატებითი ნაბიჯი, ჩვენ გავაძლიერებთ რელეების დაუცველ ბილიკებს თუნუქით, როგორც უკვე აღვნიშნე, ეს დაეხმარება ტრასა გაუძლოს უფრო მეტ დენს დაწვის გარეშე.

ნაბიჯი 11: პროგრამული უზრუნველყოფა

პროგრამირებისთვის დავაინსტალირე Arduino fauxmoesp ბიბლიოთეკა, ამ ბიბლიოთეკით შეგიძლიათ მიბაძოთ Phillips Hue განათებას, თუმცა თქვენ ასევე შეგიძლიათ აკონტროლოთ სიკაშკაშის დონე, ეს დაფა იმუშავებს მხოლოდ როგორც ჩართვის / გამორთვის შეცვლა.

მე გიტოვებთ ბმულს, ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ ჩამოტვირთოთ და დააინსტალიროთ ბიბლიოთეკა:

გამოიყენეთ ბიბლიოთეკის მაგალითი და გააკეთეთ აუცილებელი ცვლილებები მოწყობილობის მუშაობისთვის, მე ვტოვებ Arduino კოდს თქვენ გადმოსაწერად და შესამოწმებლად.

ნაბიჯი 12: დასკვნა

მას შემდეგ, რაც მოწყობილობა შეიკრიბება და დაპროგრამდება, ჩვენ გავაგრძელებთ მისი ფუნქციონირების შესამოწმებლად, ჩვენ მხოლოდ უნდა მოვათავსოთ კვების კაბელი ზედა ტერმინალის დაფაზე და დავუკავშიროთ ის სოკეტს, რომელიც უზრუნველყოფს 100-240VAC- ს, წითელი LED (ON) ანათებს, ეძებს ინტერნეტის ქსელს და დაუკავშირდება.

ჩვენ ვწერთ ჩვენს Alexa პროგრამას და გეკითხებით ახალი მოწყობილობების მოსაძებნად, ამ პროცესს დაახლოებით 45 წამი დასჭირდება. თუ ყველაფერი სწორია, თქვენ უნდა ნახოთ 4 ახალი მოწყობილობა, თითო თითოეული სარელეო დაფაზე.

ახლა მხოლოდ ალექსას უნდა ვუთხრა, რომ მოწყობილობები ჩართოს და გამორთოს, ეს ტესტი ნაჩვენებია ვიდეოში.

მზადაა !!! ახლა თქვენ შეგიძლიათ ჩართოთ და გამორთოთ თქვენთვის სასურველი მოწყობილობა თქვენი პირადი ასისტენტით.