Voice Home Control V1.0: 12 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Ilang buwan na ang nakakaraan kumuha ako ng isang personal na katulong, partikular ang isang Echo Dot na nilagyan ng Alexa. Napili ko ito sapagkat natuklasan ko na sa isang simpleng paraan ay maaaring magdagdag ng mga plugin upang makontrol ang aparato off at sa tulad ng mga ilaw, tagahanga, atbp. Sa mga online na tindahan nakita ko ang isang malaking bilang ng mga aparato na natutupad ang pagpapaandar na ito, at doon ko naisip…. bakit hindi gumawa ng sarili mo?

Sa pagiisip ng ideyang ito, sinimulan ko ang pagdidisenyo ng isang board na may koneksyon sa Wi-Fi at 4 na output relay. Sa ibaba ay ilalarawan ko ang disenyo ng hakbang-hakbang mula sa diagram ng eskematiko, disenyo ng PCB, programa at pagsubok na nagtatapos sa matagumpay na operasyon.

TAMPOK

1. Koneksyon sa Wifi network
2. 100 / 240VAC boltahe ng pag-input
3. 4 Mga output relay (Maximum 10A)
4. LED tagapagpahiwatig ng kuryente
5. 4 tagapagpahiwatig ng kuryente ng LED ng relay
6. Header ng programa
7. I-reset ang pindutan

Hakbang 1: Mga Bahagi at Tool

Mga Bahagi

1. 3 Resistors 0805 ng 1k ohm
2. 5 Resistors 0805 ng 220 ohms
3. 2 Resistors 0805 ng 10k ohms
4. 1 Resistor 0805 ng 4.7k ohms
5. 2 Mga Capacitor 0805 ng 0.1uf
6. 2 Mga Capacitor 0805 ng 10uf
7. 4 Diode ES1B o katulad ng 100v 1A SMA package
8. 1 Voltage regulator AMS1117-3.3
9. 4 Green LED's 0805
10. 1 Pula na LED 0805
11. 4 Transistors NPN MMBT2222A o katulad na SOT23 na pakete
12. 1 module ng ESP 12-E Wi-Fi
13. 1 Power Supply HLK-PM01
14. 1 Lumipat ng tactile SMD
15. 1 Pin header ng 6 na posisyon
16. 5 Terminal Block ng 2 posisyon na 5.08mm pitch
17. 4 na mga relay ng 5VDC

Mga kasangkapan

1. Istasyon ng paghihinang o pag-iingat ng 25-30 Watts
2. Lead solder
3. Pagkilos ng bagay
4. Mga Tweezer
5. Paputok na wick

Hakbang 2: Power Supply at Voltage Regulator

Para sa pagpapatakbo ng circuit 2 voltages ay kinakailangan, isa sa 3.3 VDC para sa seksyon ng kontrol, at isa pa sa 5 VDC para sa seksyon ng kuryente, dahil ang ideya ay ang board ay may lahat ng kinakailangan para sa pagpapatakbo, gumamit ng isang lumipat na mapagkukunan na direktang nagbibigay Ang 5v at pinalakas ng linya ng boltahe ay mahalaga, ito ay nakakatipid sa amin mula sa nangangailangan ng isang panlabas na power adapter at kailangan lamang namin magdagdag ng isang 3.3v linear regulator (LDO).

Sa isip sa itaas, bilang isang mapagkukunan pinili ko ang Hi-Link HLK-PM01 na may input boltahe na 100-240VAC sa 0.1A at output ng 5VDC sa 0.6A, na sinusundan nito, inilagay ko ang malawak na ginamit na AMS1117-3.3 regulator na kung saan ay napaka-pangkaraniwan at samakatuwid madaling magagamit.

Ang pagkonsulta sa datasheet ng AMS1117 ay mahahanap mo ang mga halaga para sa input at output capacitors, ito ang 0.1uf at 10uf para sa input at isa pang pantay na seksyon para sa output. Panghuli, naglagay ako ng isang tagapagpahiwatig ng kuryente na LED na may kanya-kanyang paglilimita sa paglaban, na madaling kalkulahin ang paglalapat ng batas ng ohm:

R = 5V-Vled / Iled

R = 5 - 2 / 0.015 = 200

Ang kasalukuyang 15mA sa humantong ay upang hindi ito lumiwanag nang napakaliwanag at pahabain ang oras ng buhay nito.

Hakbang 3: Kontrolin ang Seccion

Para sa seksyon na ito pumili ako ng isang module ng Wi-Fi na ESP-12-E sapagkat ito ay maliit, mura at napakasimpleng gamitin sa Arduino IDE. Dahil ang module ay mayroong lahat ng kinakailangan para sa pagpapatakbo nito, ang panlabas na hardware na kinakailangan para gumana ang ESP ay minimal.

Ang isang bagay na dapat tandaan ay ang ilang GPIO ng module ay hindi inirerekumenda na gamitin at ang iba ay may mga tiyak na pag-andar, sa susunod ay magpapakita ako ng isang talahanayan tungkol sa mga pin at kung anong mga pagpapaandar ang natutupad nila:

GPIO --------- Input ---------------- Output ----------------- --- Mga Tala

GPIO16 ------ walang makagambala ------ walang suporta sa PWM o I2C --- Mataas sa boot na ginamit upang magising mula sa mahimbing na pagtulog

GPIO5 ------- OK ----------------- OK OK ------------- madalas na ginagamit bilang SCL (I2C)

GPIO4 ------- OK ----------------- OK OK ------------- madalas na ginagamit bilang SDA (I2C)

Ang GPIO0 ------- ay hinila ---------- OK ------------- Mababa sa FLASH mode, nabigo ang boot kung hinila ang Mababa

Ang GPIO2 ------- ay hinila ---------- OK ------------- Nabigo ang boot kung hinila ang Mababa

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

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

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

GPIO15 ----- hinila sa GND ---- OK ------------- Ang SPI (CS) Boot ay nabigo kung hinila ang Mataas

GPIO3 ------- OK ----------------- RX pin ---------- Mataas sa boot

GPIO1 ------- TX pin -------------- OK ------------- Mataas sa boot, nabigo ang boot kung hinila pababa

ADC0 -------- Anput Input ----- X

Ang impormasyon sa itaas ay natagpuan sa sumusunod na link:

Batay sa data sa itaas, pinili ko ang mga pin na 5, 4, 12 at 14 bilang mga digital na output na magpapagana ng bawat isa sa mga relay, ito ang pinaka-matatag at ligtas para sa pag-aktibo.

Sa wakas ay idinagdag ko kung ano ang kinakailangan para sa programa, isang pindutan ng pag-reset sa pin na iyon, isang risistor na konektado sa kapangyarihan sa paganahin ang pin, isang paglaban sa lupa sa GPIO15, isang header na ginagamit upang ikonekta ang isang FTDI sa TX, RX pin at ground ang GPIO0 upang ilagay ang module sa Flash mode.

Hakbang 4: Power Seccion

Ang bahaging ito ay mag-aalaga ng paggamit ng output na 3.3VDCs sa mga port ng GPIO upang maisaaktibo ang isang relay. Ang mga relay ay nangangailangan ng higit na lakas kaysa sa ibinigay ng isang pin ng ESP, kaya kinakailangan ang isang transistor upang buhayin ito, sa kasong ito ginagamit namin ang MMBT2222A.

Dapat nating isaalang-alang ang kasalukuyang dumadaan sa kolektor (Ic), sa data na ito maaari nating kalkulahin ang paglaban na mailalagay sa base ng transistor. Sa kasong ito, ang Ic ay magiging kabuuan ng kasalukuyang dumadaan sa relay coil at ang kasalukuyang LED na nagpapahiwatig ng pag-aapoy:

Ic = Irelay + Iled

Ic = 75mA + 15mA = 90mA

Dahil mayroon kaming kasalukuyang Ic maaari naming kalkulahin ang base resistensya ng transistor (Rb) ngunit kailangan namin ng dagdag na pares ng data, ang nakuha ng transistor (hFE), na sa kaso ng MMBT2222A ay may halagang 40 (ang nakuha ay walang sukat, samakatuwid wala itong mga yunit ng pagsukat) at ang hadlang na potensyal (VL) na sa mga transaksyon ng silicon ay may halagang 0.7v. Sa itaas maaari naming magpatuloy upang makalkula ang Rb sa sumusunod na formula:

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

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

Batay sa pagkalkula sa itaas, pumili ako ng paglaban ng 1kohm.

Sa wakas, isang diode ay inilagay kahilera sa relay coil na may katod na nakaharap sa Vcc. Pinipigilan ng diode ng ES1B ang pag-reverse ng FEM (FEM, o Reverse Electromotive Force ay ang boltahe na nangyayari kapag nag-iiba ang kasalukuyang sa pamamagitan ng isang coil)

Hakbang 5: Disenyo ng PCB: Organisasyong Skematika at Bahagi

Para sa pagpapaliwanag ng eskematiko at ang card ginamit ko ang Eagle software.

Nagsisimula ito sa pamamagitan ng paggawa ng eskematiko ng PCB, dapat itong makuha ang bawat dating naipaliwanag na bahagi ng circuit, nagsisimula ito sa pamamagitan ng paglalagay ng simbolo ng bawat bahagi na isinasama ito, pagkatapos ay ang mga koneksyon sa pagitan ng bawat bahagi ay ginawa, dapat mag-ingat upang hindi makakonekta nagkamali, ang error na ito ay makikita sa disenyo ng circuit na nagdudulot ng isang madepektong paggawa. Sa wakas, ang mga halaga ng bawat bahagi ay ipapahiwatig ayon sa kung ano ang nakalkula sa mga nakaraang hakbang.

Ngayon ay maaari naming ipagpatuloy ang disenyo ng kard, ang unang bagay na dapat nating gawin ay ayusin ang mga bahagi upang sakupin nila ang pinakamaliit na posibleng puwang, babawasan nito ang gastos sa pagmamanupaktura. Sa personal, nais kong ayusin ang mga bahagi sa isang paraan na ang isang simetriko na disenyo ay pinahahalagahan, ang kasanayan na ito ay makakatulong sa akin kapag ang pagruruta, ginagawang mas madali at mas naka-istilo.

Mahalagang sundin ang isang grid kapag tumatanggap ng mga sangkap at ruta, sa aking kaso gumamit ako ng isang 25mil grid, sa panuntunan ng IPC, ang mga sangkap ay dapat magkaroon ng paghihiwalay sa pagitan nila, sa pangkalahatan ang paghihiwalay na ito ay 25mil din.

Hakbang 6: Disenyo ng PCB: Mga Mataas at Mga Mabilis na Bukas

Ang pagkakaroon ng lahat ng mga bahagi sa lugar, maaari naming limitahan ang PCB, gamit ang layer na "20 Dimensyon", iginuhit ang perimeter ng board, tinitiyak na ang lahat ng mga bahagi ay nasa loob nito.

Bilang mga espesyal na pagsasaalang-alang, sulit na banggitin na ang module ng Wi-Fi ay may isang antena na isinama sa PCB, upang maiwasan ang pagpapalambing sa pagtanggap ng signal, gumawa ako ng isang hiwa sa ibaba lamang ng lugar kung saan matatagpuan ang antena.

Sa kabilang banda, gagana kami sa alternating kasalukuyang, ito ay may dalas na 50 hanggang 60Hz depende sa bansa kung nasaan ka, ang dalas na ito ay maaaring makabuo ng ingay sa mga digital signal, kaya mainam na ihiwalay ang mga seksyon na humahawak alternating kasalukuyang mula sa digital na bahagi, ito ay ginagawa sa pamamagitan ng paggawa ng mga pagbawas sa kard malapit sa mga lugar kung saan ang sirkulasyon ay magpapalipat-lipat. Nakakatulong din ang nasa itaas na maiwasan ang anumang maikling circuit sa PCB.

Sa wakas, ang mga tumataas na butas ay inilalagay sa 4 na sulok ng PCB upang kung nais mong ilagay ito sa isang gabinete, ang paglalagay ay madali at mabilis.

Hakbang 7: Disenyo ng PCB: Nangungunang Pagruruta

Sinimulan namin ang kasiya-siyang bahagi, ang pagruruta, ay upang gawin ang mga koneksyon sa pagitan ng mga sangkap na sumusunod sa ilang mga pagsasaalang-alang tulad ng lapad ng track at pag-on ng mga anggulo. Pangkalahatan, unang ginawa ko ang mga koneksyon na hindi kapangyarihan at lupa, dahil ang huli ay ginagawa ko sa mga plano.

Ang magkatulad na mga eroplano ng lupa at kuryente ay lubos na kapaki-pakinabang sa pagpapahina ng ingay sa pinagmulan ng kuryente dahil sa capacitive impedance at dapat na kumalat sa pinakamalawak na posibleng lugar ng board. Tinutulungan din nila kaming bawasan ang electromagnetic radiation (EMI).

Para sa mga track dapat kaming maging maingat na hindi makabuo ng mga liko na may 90 ° mga anggulo, hindi masyadong malawak o masyadong manipis. Sa online maaari kang makahanap ng mga tool na makakatulong sa amin na kalkulahin ang lapad ng mga track na isinasaalang-alang ang temperatura, ang kasalukuyang magpapalipat-lipat at ang density ng tanso sa PCB: https://www.4pcb.com/trace-width-calculator. html

Hakbang 8: Disenyo ng PCB: Bottom Routing

Sa Ibabang mukha ginagawa namin ang mga nawawalang koneksyon at sa labis na puwang na inilalagay namin ang mga eroplano sa lupa at kuryente, mapapansin namin na maraming mga vias ang inilagay na kumonekta sa mga ground plane ng parehong mukha, ang kasanayan na ito ay upang maiwasan ang mga ground loop.

Ang mga ground loop ay 2 puntos na ayon sa teoretikal na magkatulad na potensyal ngunit hindi talaga dahil sa paglaban ng kondaktibong materyal.

Ang mga track mula sa mga contact na relay sa mga terminal ay nakalantad din, upang mapalakas ng panghinang at makatiis ng isang mas mataas na kasalukuyang karga nang hindi nag-overheat at nasusunog.

Hakbang 9: Mga Gerber Files at Pag-order ng mga PCB

Ang mga file ng gerber ay ginagamit ng industriya ng naka-print na circuit board upang makagawa ng mga PCB, naglalaman ang lahat ng impormasyong kinakailangan para sa paggawa nito, tulad ng mga layer ng tanso, solder mask, silkscreen, atbp.

Ang pag-export ng mga Gerber file mula sa Eagle ay napaka-simple gamit ang pagpipiliang "Bumuo ng CAM Data", ang CAM processor ay bumubuo ng isang.zip file na naglalaman ng 10 mga file na naaayon sa mga sumusunod na layer ng PCB:

1. Bottom Copper
2. Ibabang Silkscreen
3. Bottom Solder Paste
4. Ibabang Soldermask
5. Mill Layer
6. Nangungunang Copper
7. Nangungunang Silkscreen
8. Nangungunang Solder Paste
9. Nangungunang Soldermask
10. File ng drill

Ngayon na ang oras upang gawing isang tunay na PCB ang aming mga Gerber file. I-upload ang aking mga Gerber file sa JLCPCB upang makagawa ng aking PCB. Ang kanilang serbisyo ay medyo mabilis. Natanggap ko ang aking PCB sa Mexico sa loob ng 10 araw.

Hakbang 10: Pagtitipon ng PCB

Ngayon na mayroon kaming mga PCB, handa na kami para sa pagpupulong ng lupon, para dito kakailanganin namin ang istasyon ng paghihinang, panghinang, pagkilos ng bagay, sipit at mesh upang masira.

Magsisimula kami sa pamamagitan ng paghihinang ng lahat ng mga resistors sa kani-kanilang mga lugar, naglalagay kami ng isang maliit na halaga ng panghinang sa isa sa dalawang pad, hinihinang namin ang terminal ng paglaban at nagpapatuloy kaming maghinang ng natitirang terminal, ulitin namin ito sa bawat isa ng mga resistors.

Sa parehong paraan, magpapatuloy kami sa mga capacitor at LEDs, dapat kaming maging maingat sa huli dahil mayroon silang isang maliit na berdeng marka na nagpapahiwatig ng cathode.

Kami ay magpapatuloy sa paghihinang ng mga diode, transistor, boltahe regulator at pindutan ng push. Iginagalang ang mga polarity mark ng mga diode na ipinapakita nito ang silkscreen, maging maingat din sa pag-solder ng mga transistor, ang pag-init ng mga ito nang labis ay maaaring makapinsala sa kanila.

Ngayon ay ilalagay namin ang module ng Wi-Fi, una kaming maghinang ng isang pin na nag-aalaga na perpektong nakahanay, na makamit ito, solder namin ang lahat ng natitirang mga pin.

Nananatili lamang ito upang hinangin ang lahat ng mga bahagi ng Hol-Hole, ang mga ito ang pinakasimpleng para sa isang mas malaking sukat, siguraduhin lamang na gumawa ng isang malinis na hinang na may isang makintab na hitsura.

Bilang isang karagdagang hakbang, palalakasin namin ang mga nakalantad na track ng mga relay na may lata, tulad ng nabanggit ko dati, makakatulong ito sa track na makatiis ng mas maraming kasalukuyang nang hindi nasusunog.

Hakbang 11: Software

Para sa programa na na-install ko ang Arduino fauxmoesp library, sa library na ito maaari mong tularan ang mga ilaw ng Phillips Hue, bagaman maaari mo ring kontrolin ang antas ng liwanag, gagana lang ang board na ito bilang isang on / off switch.

Iniwan ko sa iyo ang link upang maaari mong i-download at mai-install ang library:

Gumamit ng isang halimbawa ng code mula sa library na ito at gawin ang mga kinakailangang pagbabago para sa pagpapatakbo ng aparato, iniiwan ko ang Arduino code para ma-download at subukan mo.

Hakbang 12: Konklusyon

Kapag ang aparato ay tipunin at na-program, magpapatuloy kaming subukan ang pagpapaandar nito, kailangan lamang naming maglagay ng isang power cable sa itaas na terminal board at ikonekta ito sa isang socket na nagbibigay ng 100-240VAC, ang pulang LED (ON) ay nag-iilaw, hahanapin ang network ng internet at makakonekta.

ipinasok namin ang aming aplikasyon ng Alexa at hinihiling sa iyo na maghanap para sa mga bagong aparato, tatagal ng 45 segundo ang prosesong ito. Kung tama ang lahat, dapat kang makakita ng 4 na bagong aparato, isa para sa bawat relay sa pisara.

Ngayon ay nananatili lamang ito upang sabihin kay Alexa na i-on at i-off ang mga aparato, ipinapakita ang pagsubok na ito sa video.

Handa na !!! Ngayon ay maaari mong i-on at i-off kasama ang iyong personal na katulong ang aparato na gusto mo.