Pametna vtičnica: 6 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Projekti Fusion 360 »

Izjava o omejitvi odgovornosti: Namen tega projekta je pokazati, kako lahko prototipirate s tiskalnikom SV2 PCB. To ni izdelek, ki bi ga morali uporabljati kot vsakdanji izdelek. Niti ni bil zasnovan ali preizkušen v skladu z ustreznimi varnostnimi standardi. Odgovorni ste za vsa tveganja, ki jih prevzamete pri uporabi te zasnove

Pametna vtičnica je naprava IOT, ki omogoča nadzor nad katero koli povezano napravo prek spletnega strežnika prek katerega koli brskalnika. Spletni strežnik, ki smo ga tukaj programirali, nam omogoča, da se odločimo, katere povezane naprave bi se vklopile in izklopile, v bistvu pa omogoča virtualno "priključitev" in "odklop" s pritiskom na gumb na telefonu ali s klikom na računalniku.

Zaloge

Glavne komponente: Količina x kos (številka dela Digikey)

• 1 x NEMA5-15P moški vtič in ožičenje (Q108-ND)
• 3 x ženska posoda NEMA5-15R (Q227-ND)
• 1 x Wifi modul ESP32-WROOM-32D (1904-1023-1-ND)
• 3 x polprevodniški rele (255-3922-1-ND)
• 1 x regulator napetosti 3.3V (AZ1117EH-3.3TRG1DIDKR-ND)
• 3 x NFET (DMN2056U-7DICT-ND)
• 9 x upor 100 ohmov (311-100LRCT-ND)
• 4 x upor 10k ohm (311-10KGRCT-ND)
• 2 x kondenzator 1uF (399-4873-1-ND)
• 1 x kondenzator 10uF (399-4925-1-ND)
• 2 x kondenzator 0,1uF (399-1043-1-ND)
• 3 x LED diode (C503B-BCS-CV0Z0461-ND)
• 1 x robni priključek (S3306-ND)
• 1 x 5V 1A AC-DC pretvornik (945-3181-ND)

Druge uporabljene komponente/materiali:

1. Termoskrčljive cevi, 8 palcev
2. Spajkalna pasta za nizko temperaturo

Orodja in oprema:

• Tiskalnik PCB SV2
• 3D tiskalnik
• Spajkalnik
• Reflow Gun
• DC napajalnik
• Izvijač (3 mm šestkotni)
• Super lepilo
• Serijski programer USB

1. korak: Natisnite zasnovo tiskanega vezja

Ti koraki se lahko razlikujejo glede na to, kako ustvarite svojo napravo. Za izdelavo te posebne naprave smo ustvarili tiskano vezje in ga natisnili s tiskalnikom SV2 PCB. Ker smo uporabili tiskano vezje in ne proto-plošče ali plošče, je večina naših komponent nameščena na površino, na primer mikrokrmilnik, ki je bil modul ESP32-WROOM-32D, in releji, ki smo jih izbrali za visoko moč polprevodniški releji. Posebne komponente, ki smo jih uporabili, skupaj s številkami delov Digi-Key so navedene zgoraj v materialih, vendar lahko komponente spremenite tako, da jih prilagodite svoji posebni zasnovi. Vrednosti kondenzatorja bi morale ostati relativno enake, če nameravate uporabljati iste komponente. Vrednosti za trenutne omejevalne upore se lahko spremenijo glede na barvno LED, ki jo uporabljate, saj sta lahko napetost in tok naprej različni! Ta kalkulator vam bo omogočil, da vnesete parametre vaše zasnove in za vas izračunate vrednosti uporov. Uporabili smo modre LED, za katere je znano, da imajo večji padec napetosti kot pri rdečih variantah. Prepričajte se, da so vaše komponente, ki delujejo z električnim omrežjem (polprevodniški releji, konektorji in vtičnice) ocenjene za omrežno napetost in zadostni tok (120 V 60 Hz v Združenih državah, okoli 10-15 vatov). Shematično in PCB zasnovo, uporabljeno za ustvarjanje naše pametne vtičnice, najdete na spletnem mestu BotFactory, več o njih pa lahko preberete v našem članku na spletnem dnevniku z naslovom Ustvarjanje pametne vtičnice.

Korak: Dodajte komponente

Naslednji korak je bil dodati vse komponente na tiskano ploščo. To lahko storite na dva načina: lahko uporabite možnost izbire in namestitve SV2, če ga uporabljate, ali pa ročno spajkate vsako komponento na ploščo eno za drugo. Ker je bil to prvi prototip in smo želeli zagotoviti, da vsak del deluje drug z drugim, smo vsako komponento postavili ročno in zagotovili kontinuiteto med komponentami z uporabo večmetrskega. Za pritrditev komponent na tiskano vezje smo uporabili toplotno stabilno nizkotemperaturno spajkalno pasto. Nekatere zunanje povezave, na primer povezave z vtičnicami in priključki na pretvornik AC-DC, so bile izvedene z robnim priključkom. Zaradi tega je bilo vse, kar je bilo potrebno, natisniti zlate prste na tiskano vezje in jih priključiti, da bi zagotovili povezavo z vezjem. Ko je bilo vse na plošči, se je napajal iz spremenljive napetosti in toka, ki ima funkcijo omejevanja toka, da prepreči uhajanje čarobnega dima ob kratkem stiku. Če je vse v redu (brez čarobnega dima, brez pregretja komponent, brez eksplozij), lahko nadaljujete z nalaganjem kode v ESP32.

3. korak: naložite kodo

ESP32 je bil priključen na računalnik z uporabo zatičev TXD, RXD in GND z uporabo kabla USB na zaporedni kabel. Ne pozabite, da se TXD na vašem kablu poveže z zatičem RXD na mikrokrmilniku in obratno. Z uporabo Arduino IDE so bile naložene plošče za različice ESP32 in izbrana je bila plošča »FireBeetle-ESP32«, saj je imela izvorno podporo za goli čip ESP32, ki smo ga uporabili. Koda, ki je bila uporabljena, v bistvu poveže mikrokrmilnik z vašim usmerjevalnikom Wi-Fi in odpre povezavo na vratih 80. Ko so ta vrata odprta, naloži spletno stran na katero koli napravo, ki se poveže z njo, in lahko preklopi zatiče GPIO med visokim in nizkim. na podlagi vnosov gumbov na spletni strani. Poleg tega lahko za vklop ali izklop naprave uporabite posebne URL -je. Prepričajte se, da ste vključeno kodo vključili tako, da vključite SSID Wi-Fi in geslo za omrežje, v katerega želite priključiti pametno vtičnico. Omrežje, s katerim smo ga povezali, je bilo zaščiteno z WPA2, vendar lahko deluje z nezavarovanimi omrežji ali pa tudi ne.

4. korak: Preizkusite

Z ustreznimi orodji in povezavami preverite, ali vse povezave in komponente na vaši skoraj dokončani napravi delujejo! Preizkusite komponente AC (pretvornik AC-DC in vtič NEMA5) ločeno in z njimi ravnajte pravilno, saj so za visoko napetost! Z zunanjim napajanjem z enosmernim tokom vklopite vezje in preizkusite, ali lahko tranzistorje vklopite in izklopite s spletnim vmesnikom, ki naj bi nato deloval z ustreznimi LED in omogočal pretok toka skozi polprevodniške releje.

5. korak: Natisnite ohišje

Glede na to, katere komponente ste izbrali in kako jih razporedite, je lahko vaše ohišje drugače oblikovano. Tu smo uporabili pravokotno ohišje, v katerem so pretvornik AC-DC, tiskana vezja, robni priključek in profili za posode NEMA5-15R. Zasnovali smo ga s pomočjo Fusion 360 in ga natisnili s 3D tiskalnikom, zgornjo ploščo pa pritrdili s 3 mm vložki za toplotno nastavitev in 3 mm vijaki s šestkotnikom. Lepilo deluje enako dobro, če vam vložki s toplotno nastavitvijo niso na voljo. Če uporabljate toplotno nastavljene vložke, so luknje v priloženih datotekah STL široke 4 mm in potrebujete spajkalnik pri 250 ° C. Z uporabo dejanskih sestavnih delov je bilo nato izvedeno preskusno prileganje, da se zagotovi, da se vsak del pravilno prilega notranjosti ohišja.

6. korak: Sestavite

Na koncu so bile trajne povezave spajkane in komponente so bile vstavljene v ohišje. Tukaj smo sledili shemi za pravilne povezave med tiskanim vezjem, vtičnicami, pretvornikom AC-DC in moškim vtičem. Nato so bile vse komponente ponovno testirane, da bi ugotovili, ali je pri skupnem delu prišlo do težav. Pri delu z vezjem za izmenični tok bodite še posebej previdni! Ne dotikajte se plošče ali žic, ko se vezje napaja iz stene. Pred spajkanjem, premikanjem žic ali popravljanjem ohlapnih povezav ga izključite. Če je vse v redu, ste pripravljeni zapreti ohišje s štirimi vijaki M3 in uporabiti novo pametno vtičnico!