Voice Home Control V1.0: 12 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

چند ماه پیش من یک دستیار شخصی ، مخصوصاً Echo Dot مجهز به الکسا ، خریدم. من آن را انتخاب کردم زیرا متوجه شدم که به روش ساده می توان افزونه هایی برای کنترل و خاموش کردن دستگاه مانند چراغ ها ، فن ها و غیره اضافه کرد. در فروشگاه های آنلاین تعداد زیادی دستگاه دیدم که این عملکرد را انجام می دهند ، و آن زمان بود که فکر کردم…. چرا یکی برای خودت نمیسازی؟

با در نظر داشتن این ایده ، من طراحی یک برد با اتصال Wi-Fi و 4 رله خروجی را شروع کردم. در زیر من طرح را به صورت مرحله ای از نمودار شماتیک ، طراحی PCB ، برنامه نویسی و آزمایش که در عملیات موفق به اوج خود می رسد ، توضیح خواهم داد.

امکانات

1. اتصال به شبکه Wifi
2. ولتاژ ورودی 100 / 240VAC
3. 4 رله خروجی (حداکثر 10A)
4. LED نشانگر قدرت
5. 4 نشانگر قدرت LED رله
6. سربرگ برنامه نویسی
7. دکمه تنظیم مجدد

مرحله 1: اجزاء و ابزارها

اجزاء

1. 3 مقاومت 0805 از 1k اهم
2. 5 مقاومت 0805 از 220 اهم
3. 2 مقاومت 0805 از 10k اهم
4. 1 مقاومت 0805 از 4.7k اهم
5. 2 خازن 0805 از 0.1uf
6. 2 خازن 0805 از 10uf
7. 4 دیود ES1B یا مشابه بسته 100V 1A SMA
8. 1 تنظیم کننده ولتاژ AMS1117-3.3
9. 4 چراغ سبز 0805
10. 1 چراغ قرمز 0805
11. 4 ترانزیستور NPN MMBT2222A یا بسته مشابه SOT23
12. 1 ماژول Wi-Fi ESP 12-E
13. 1 منبع تغذیه HLK-PM01
14. 1 SMD لمسی را تغییر دهید
15. 1 هدر پین در 6 موقعیت
16. 5 بلوک ترمینال از 2 موقعیت 5.08 میلی متر زمین
17. 4 رله 5VDC

ابزارها

1. ایستگاه لحیم کاری یا cautin 25-30 وات
2. لحیم سرب
3. هجوم
4. موچین
5. جوشکاری فتیله

مرحله 2: منبع تغذیه و تنظیم کننده ولتاژ

برای عملکرد مدار 2 ولتاژ مورد نیاز است ، یکی از 3.3 VDC برای بخش کنترل و دیگری 5 VDC برای بخش قدرت ، زیرا ایده این است که برد همه چیز لازم برای کار را دارد ، از منبع سوئیچیکی که مستقیماً تامین می کند استفاده کنید. ولتاژ 5 ولت تغذیه می شود و ضروری است ، این ما را از نیاز به آداپتور برق خارجی نجات می دهد و ما فقط نیاز به تنظیم کننده خطی 3.3 ولت (LDO) داریم.

با در نظر گرفتن موارد فوق ، من به عنوان یک منبع Hi-Link HLK-PM01 را انتخاب کردم که دارای ولتاژ ورودی 100-240VAC در 0.1A و خروجی 5VDC در 0.6A است ، و پس از آن ، AMS1117-3.3 پرکاربرد را قرار دادم. در حال حاضر بسیار رایج است و بنابراین به راحتی در دسترس است.

با مشورت برگه اطلاعات AMS1117 مقادیر خازن های ورودی و خروجی را خواهید یافت ، اینها 0.1uf و 10uf برای ورودی و یک قسمت مساوی برای خروجی است. در نهایت ، من یک LED نشانگر قدرت با مقاومت محدود کننده مربوطه قرار دادم که به راحتی با استفاده از قانون اهم محاسبه می شود:

R = 5V-Vled / Iled

R = 5 - 2 / 0.015 = 200

جریان 15 میلی آمپر در led به گونه ای است که چندان روشن نمی شود و طول عمر خود را طولانی می کند.

مرحله 3: بخش را کنترل کنید

برای این بخش من یک ماژول Wi-Fi ESP-12-E را انتخاب کردم زیرا کوچک ، ارزان و بسیار ساده برای استفاده با Arduino IDE است. از آنجا که این ماژول همه چیز لازم برای عملکرد خود را دارد ، سخت افزار خارجی لازم برای کار ESP حداقل است.

نکته ای که باید در نظر داشته باشید این است که استفاده از برخی GPIO های ماژول توصیه نمی شود و برخی دیگر دارای عملکردهای خاصی هستند ، در ادامه من جدولی در مورد پین ها و عملکردهایی که آنها انجام می دهند نشان خواهم داد:

GPIO --------- ورودی ---------------- خروجی ---------------------- ---یادداشت

GPIO16 ------ بدون وقفه ------ بدون پشتیبانی از PWM یا I2C --- هنگام بوت بالا برای بیدار شدن از خواب عمیق

GPIO5 ------- خوب ------------------- خوب --------------- اغلب به عنوان SCL (I2C)

GPIO4 ------- خوب ------------------- خوب --------------- اغلب به عنوان SDA (I2C)

GPIO0 ------- بالا کشیده شد

GPIO2 ------- کشیده شد بالا ---------- خوب --------------- بوت در صورت پایین کشیدن خراب می شود

GPIO14 ----- خوب ------------------- خوب --------------- SPI (SCLK)

GPIO12 ----- خوب ------------------- خوب --------------- SPI (MISO)

GPIO13 ----- خوب ------------------- خوب --------------- SPI (MOSI)

GPIO15 ----- به GND کشیده شد ---- خوب --------------- SPI (CS) بوت در صورت کشیدن بالا ناموفق است

GPIO3 ------- خوب ------------------- پین RX ---------- بالا در هنگام راه اندازی

GPIO1 ------- پین TX -------------- خوب --------------- بالا در بوت ، اگر بوت پایین بیاید ، بوت شکست می خورد

ADC0 -------- ورودی آنالوگ ----- X

اطلاعات فوق در پیوند زیر یافت شد:

بر اساس داده های فوق ، من پین های 5 ، 4 ، 12 و 14 را به عنوان خروجی های دیجیتالی انتخاب کردم که هر یک از رله ها را فعال می کند ، این پایدارترین و مطمئن ترین ها برای فعال سازی هستند.

سرانجام آنچه را که برای برنامه نویسی لازم است اضافه کردم ، یک دکمه تنظیم مجدد روی آن پین ، یک مقاومت متصل به برق در پین فعال ، مقاومت در برابر زمین در GPIO15 ، یک سربرگ که برای اتصال FTDI به پین های TX ، RX و GPIO0 را زمین کنید تا ماژول را در حالت فلش قرار دهید.

مرحله 4: بخش قدرت

در این بخش استفاده از خروجی 3.3VDC در پورت GPIO برای فعال کردن رله مورد بررسی قرار می گیرد. رله ها به قدرت بیشتری نسبت به پین ESP نیاز دارند ، بنابراین برای فعال سازی آن به ترانزیستور نیاز است ، در این حالت ما از MMBT2222A استفاده می کنیم.

ما باید جریانی را که از کلکتور عبور می کند (Ic) در نظر بگیریم ، با این داده ها می توانیم مقاومت را که در پایه ترانزیستور قرار می گیرد محاسبه کنیم. در این حالت ، Ic مجموع جریانی است که از سیم پیچ رله عبور می کند و جریان LED که نشان دهنده احتراق است:

Ic = ایرلای + ایلد

Ic = 75mA + 15mA = 90mA

از آنجا که ما Ic فعلی داریم ، می توانیم مقاومت پایه ترانزیستور (Rb) را محاسبه کنیم ، اما به یک جفت داده اضافی نیاز داریم ، سود ترانزیستور (hFE) ، که در مورد MMBT2222A دارای مقدار 40 (افزایش بدون ابعاد است ، بنابراین واحد اندازه گیری ندارد) و پتانسیل مانع (VL) که در ترانزیستورهای سیلیکونی دارای مقدار 0.7 ولت است. با استفاده از موارد فوق می توانیم Rb را با فرمول زیر محاسبه کنیم:

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

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

بر اساس محاسبه بالا ، من مقاومت 1kohm را انتخاب کردم.

در نهایت ، یک دیود موازی سیم پیچ رله با کاتد رو به Vcc قرار گرفت. دیود ES1B از FEM معکوس جلوگیری می کند (FEM یا نیروی الکتروموتور معکوس ولتاژی است که هنگام تغییر جریان از طریق سیم پیچ ایجاد می شود)

مرحله 5: طراحی PCB: سازمان شماتیک و مonلفه

برای تشریح شماتیک و کارت از نرم افزار Eagle استفاده کردم.

با ساختن شماتیک PCB شروع می شود ، باید هر قسمت از مدار را که قبلاً توضیح داده شده است ضبط کند ، با قرار دادن نماد هر جزء که آن را ادغام می کند ، شروع می شود ، سپس اتصالات بین هر جزء ایجاد می شود ، باید مراقب باشید که وصل نشوید به اشتباه ، این خطا در طراحی مدار منعکس می شود که باعث خرابی می شود. در نهایت ، مقادیر هر جزء طبق آنچه در مراحل قبل محاسبه شده است نشان داده می شود.

اکنون می توانیم طراحی کارت را ادامه دهیم ، اولین کاری که باید انجام دهیم این است که قطعات را طوری سازماندهی کنیم که حداقل فضای ممکن را اشغال کنند ، این امر هزینه تولید را کاهش می دهد. شخصاً ، من دوست دارم اجزا را به گونه ای سازمان دهم که از یک طرح متقارن قدردانی شود ، این عمل هنگام مسیریابی به من کمک می کند ، آن را راحت تر و شیک تر می کند.

هنگام قرار دادن اجزا و مسیر ، رعایت یک شبکه مهم است ، در مورد من من از یک شبکه 25 میلی لیتر استفاده کردم ، طبق قانون IPC ، اجزاء باید بین آنها جدا باشد ، به طور کلی این جداسازی نیز 25 میلی متر است.

مرحله 6: طراحی PCB: لبه ها و سوراخ های نصب

با در اختیار داشتن همه اجزاء ، می توانیم PCB را محدود کنیم ، با استفاده از لایه "20 Dimension" ، محیط برد کشیده می شود و اطمینان حاصل می شود که همه اجزا داخل آن هستند.

به عنوان ملاحظات ویژه ، شایان ذکر است که ماژول Wi-Fi دارای آنتن یکپارچه شده در PCB است ، برای جلوگیری از تضعیف دریافت سیگنال ، من برشی را درست زیر ناحیه ای که آنتن در آن قرار دارد ، انجام دادم.

از طرف دیگر ، ما قصد داریم با جریان متناوب کار کنیم ، این فرکانس بسته به کشوری که در آن هستید 50 تا 60 هرتز است ، این فرکانس می تواند در سیگنال های دیجیتالی نویز ایجاد کند ، بنابراین خوب است بخشهایی که کار می کنند را جدا کنید. جریان متناوب از قسمت دیجیتال ، این کار با ایجاد برش در کارت در نزدیکی مناطقی که جریان متناوب از طریق آنها در گردش است انجام می شود. موارد فوق همچنین به جلوگیری از اتصال کوتاه بر روی PCB کمک می کند.

در نهایت ، سوراخ های نصب در 4 گوشه PCB قرار می گیرند تا اگر می خواهید آن را در یک کابینت قرار دهید ، قرار دادن آن آسان و سریع باشد.

مرحله 7: طراحی PCB: مسیریابی برتر

ما قسمت سرگرم کننده ، مسیریابی را شروع می کنیم ، این است که با رعایت ملاحظات خاصی مانند عرض مسیر و زاویه چرخش ، بین اجزاء ارتباط برقرار کنیم. به طور کلی ، من ابتدا ارتباطاتی را برقرار می کنم که قدرت و زمینه نیستند ، زیرا دومی را با برنامه ها ایجاد می کنم.

هواپیماهای زمینی و موازی موازی به دلیل امپدانس خازنی در کاهش نویز در منبع تغذیه بسیار مفید هستند و باید در وسیع ترین سطح ممکن از برد پخش شوند. آنها همچنین به ما در کاهش تابش الکترومغناطیسی (EMI) کمک می کنند.

برای مسیرها باید مراقب باشیم که زاویه 90 درجه ایجاد نکند ، نه زیاد عرض و نه نازک. به صورت آنلاین می توانید ابزارهایی را پیدا کنید که به ما در محاسبه عرض مسیرها با در نظر گرفتن دما ، جریانی که به گردش درمی آید و چگالی مس در PCB کمک می کند: https://www.4pcb.com/trace-width-calculator. html

مرحله 8: طراحی PCB: مسیریابی پایین

در قسمت پایین ما اتصالات مفقوده را ایجاد می کنیم و در فضای اضافی هواپیماهای زمین و نیرو را قرار می دهیم ، می توانیم متوجه شویم که چندین ویاس قرار داده شده است که سطح زمین هر دو صورت را به هم متصل می کند ، این عمل برای جلوگیری از حلقه های زمین است.

حلقه های زمینی 2 نقطه هستند که از لحاظ نظری باید دارای پتانسیل یکسانی باشند اما در واقع به دلیل مقاومت مواد رسانا نیستند.

مسیرها از مخاطبین رله تا پایانه ها نیز در معرض دید قرار گرفتند تا با لحیم تقویت شوند و بارهای بیشتری را بدون گرم شدن و سوزاندن بیشتر تحمل کنند.

مرحله 9: فایل های Gerber و سفارش PCB ها

فایل های Gerber در صنعت برد مدار چاپی برای تولید PCB استفاده می شود ، آنها حاوی تمام اطلاعات لازم برای تولید آنها مانند لایه های مس ، ماسک لحیم کاری ، صفحه ابریشم و غیره هستند.

خروج فایل های Gerber از Eagle با استفاده از گزینه "Generate CAM Data" بسیار ساده است ، پردازنده CAM یک فایل.zip تولید می کند که شامل 10 فایل مربوط به لایه های PCB زیر است:

1. مس پایین
2. صفحه ابریشمی پایین
3. چسب لحیم کاری پایین
4. ماسک سولدرم پایین
5. لایه میل
6. مس بالا
7. صفحه نمایش ابریشمی بالا
8. بالا چسب سرب
9. بالا Soldermask
10. فایل مته

اکنون زمان آن است که پرونده های Gerber خود را به یک PCB واقعی تبدیل کنیم. فایل های Gerber من را در JLCPCB بارگذاری کنید تا PCB من تولید شود. خدمات آنها بسیار سریع است. من PCB خود را در مکزیک طی 10 روز دریافت کردم.

مرحله 10: مونتاژ PCB

اکنون که PCB ها را داریم ، آماده مونتاژ برد هستیم ، برای این کار به جوش لحیم کاری ، لحیم کاری ، شار ، موچین و مش نیاز داریم.

ما ابتدا لحیم کاری می کنیم که همه مقاومت ها را در محل خود قرار می دهیم ، مقدار کمی لحیم را روی یکی از دو پد قرار می دهیم ، پایانه مقاومت را لحیم می کنیم و ترمینال باقی مانده را لحیم می کنیم ، این کار را در هر کدام تکرار می کنیم. از مقاومت ها

به همین ترتیب ، ما با خازن ها و LED ها ادامه می دهیم ، باید در مورد دومی مراقب باشیم زیرا آنها یک علامت سبز کوچک دارند که کاتد را نشان می دهد.

ما لحیم کاری دیودها ، ترانزیستورها ، تنظیم کننده ولتاژ و دکمه را انجام می دهیم. به قطب دیودهایی که صفحه ابریشم را نشان می دهد احترام می گذارد ، همچنین هنگام لحیم کاری ترانزیستورها مراقب باشید ، گرم شدن بیش از حد آنها می تواند به آنها آسیب برساند.

اکنون ماژول Wi-Fi را قرار می دهیم ، ابتدا یک پین را لحیم می کنیم و مراقب هستیم که کاملاً تراز شده باشد ، برای رسیدن به این هدف ، تمام پین های باقی مانده را لحیم می کنیم.

فقط جوشکاری تمام اجزای گودال باقی می ماند ، زیرا آنها از نظر اندازه بزرگتر ساده ترین هستند ، فقط مطمئن شوید که یک جوش تمیز با ظاهری براق ایجاد کنید.

به عنوان یک گام اضافی ، آهنگهای رله رله را با قلع تقویت می کنیم ، همانطور که قبلاً اشاره کردم ، این امر به ردیابی جریان بیشتر بدون سوختن کمک می کند.

مرحله 11: نرم افزار

برای برنامه نویسی ، کتابخانه Arduino fauxmoesp را نصب کردم ، با این کتابخانه می توانید از چراغ های Phillips Hue تقلید کنید ، اگرچه می توانید سطح روشنایی را نیز کنترل کنید ، این برد فقط به عنوان سوئیچ روشن / خاموش کار می کند.

پیوند را برای شما می گذارم تا بتوانید کتابخانه را بارگیری و نصب کنید:

از یک کد نمونه از این کتابخانه استفاده کنید و تغییرات لازم را برای عملکرد دستگاه انجام دهید ، من کد Arduino را برای شما می گذارم تا بارگیری و آزمایش کنید.

مرحله 12: نتیجه گیری

هنگامی که دستگاه مونتاژ و برنامه ریزی شد ، ما عملکرد آن را آزمایش می کنیم ، ما فقط باید یک کابل برق را در برد ترمینال بالایی قرار دهیم و آن را به سوکت متصل کنیم که 100-240VAC را فراهم می کند ، چراغ قرمز (روشن) روشن می شود ، شبکه اینترنت را جستجو کرده و متصل می شود.

ما برنامه Alexa خود را وارد می کنیم و از شما می خواهیم که دستگاه های جدید را جستجو کنید ، این فرآیند حدود 45 ثانیه طول می کشد. اگر همه چیز درست است ، باید 4 دستگاه جدید ، یک دستگاه برای هر رله روی برد ببینید.

اکنون فقط باید به الکسا بگویید دستگاه ها را خاموش و روشن کند ، این آزمایش در ویدیو نشان داده شده است.

آماده!!! اکنون می توانید دستگاه مورد نظر خود را با دستیار شخصی خود روشن و خاموش کنید.