Techswitch 1.0: 25 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Potencia el hogar inteligente con TechSwitch-1.0 (modo de bricolaje)

¿Qué es TechSwitch-1.0 (modo DIY)?

TechSwitch-1.0 es un interruptor inteligente basado en ESP8266. Puede controlar 5 electrodomésticos.

¿Por qué es el modo de bricolaje?

Está diseñado para volver a flashear en cualquier momento. Hay dos puentes de selección de modo en la PCB

1) Modo de ejecución: - para funcionamiento regular.

2) Modo de flash: en este modo, el usuario puede volver a flashear el chip siguiendo el procedimiento de Re-flash.

3) Entrada analógica: - ESP8266 tiene un ADC 0-1 Vdc. Su cabezal también se proporciona en PCB para jugar con cualquier sensor analógico.

Especificación técnica de TechSwitch-1.0 (modo DIY)

1. 5 salidas (230 V CA) + 5 entradas (conmutación 0 V CC) + 1 entrada analógica (0-1 V CC)

2. Clasificación: - 2.0 amperios.

3. Elemento de conmutación: - Conmutación SSR + Paso por cero.

4. Protección: - Cada salida protegida por 2 Amp. fusible de vidrio.

5. Firmware utilizado: - Tasmota es un firmware estable y fácil de usar. Puede ser flasheado por diferentes firmware como su modo de bricolaje.

6. Entrada: - Conmutación optoacoplada (-Ve).

7. El regulador de potencia ESP8266 puede ser de modo dual: - puede utilizar el convertidor Buck y el regulador AMS1117.

Suministros

• Se adjunta BOQ detallado.

  · Fuente de alimentación: - Marca: - Hi-Link, Modelo: - HLK-PM01, 230V por 5 VDC, 3W (01)

  · Microcontrolador: - ESP12F (01)

  · Regulador de 3.3 VCC: - Se puede utilizar cualquiera de las dos provisiones

  · Convertidor Buck (01)

  · Regulador de voltaje AMS1117. (01)

  · PC817: - Opción del acoplador Marca: - Paquete afilado: -THT (10)

  · G3MB-202PL: - SSR Marca Omron (05), Conmutación por cruce por cero.

  · LED: -Color: - Cualquiera, Paquete THT (01)

  · Resistencia 220 o 250 Ohm: - Cerámica (11)

  · Resistencia de 100 Ohm: - Cerámica (5)

  · Resistencia de 8k Ohm: - Cerámica (1)

  · Resistencia 2k2 Ohm: - Cerámica (1)

  · Resistencia de 10K Ohm: - Cerámica (13)

  · Pulsador: -Código de pieza: - EVQ22705R, Tipo: - con dos terminales (02)

  · Fusible de vidrio: - Tipo: - Vidrio, Clasificación: - 2 Amp @ 230V AC. (5)

  · Encabezado macho para PCB: - Tres encabezados con tres pines y uno con 4 pines. por lo que es preferible adquirir un encabezado estándar Strip of Male.

Paso 1: Finalización consept

Finalización del concepto: - He definido el requisito de la siguiente manera

1. Hacer un interruptor inteligente que tiene 5 interruptores y puede controlarse por WIFI.

2. Puede funcionar sin WIFI mediante interruptores físicos o pulsadores.

3 El interruptor puede ser el modo de bricolaje para que pueda volver a parpadear.

4. Puede caber en el tablero de interruptores existente sin cambiar ningún interruptor o cableado.

5. TODOS los GPIO del microcontrolador para ser utilizados ya que es el modo de bricolaje.

6. El dispositivo de conmutación debe SSR y cruce por cero para evitar ruidos y sobretensiones de conmutación.

7. Tamaño de PCB Debe ser lo suficientemente pequeño para que pueda caber en el cuadro de distribución existente.

Como finalizamos el requisito, el siguiente paso es seleccionar el hardware

Paso 2: selección del microcontrolador

Criterios de selección de microcontroladores

1. GPIO requerido: -5 entradas + 5 salidas + 1 ADC.
2. Wi-Fi habilitado
3. Fácil de volver a flashear para proporcionar funcionalidad de bricolaje.

ESP8266 es adecuado para los requisitos anteriores. tiene 11 GPIO + 1 ADC + WiFi habilitado.

He seleccionado el módulo ESP12F, que es una placa de desarrollo basada en microcontroladores ESP8266, tiene un factor de forma pequeño y todos los GPIO están poblados para facilitar su uso.

Paso 3: Verificación de los detalles GPIO de la placa ESP8266

• Según la hoja de datos ESP8266, algunos GPIO se utilizan para funciones especiales.
• Durante la prueba de la placa de pruebas, me rasqué la cabeza porque no podía arrancarlo.
• Finalmente, investigando en Internet y jugando con la placa de pruebas, he resumido los datos GPIO y he creado una tabla simple para una fácil comprensión.

Paso 4: Selección de la fuente de alimentación

Selección de fuente de alimentación

• En India, 230VAC es de suministro doméstico. Como el ESP8266 funciona con 3.3VDC, tenemos que seleccionar una fuente de alimentación de 230VDC / 3.3VDC.
• Pero el dispositivo de conmutación de energía que es SSR y funciona con 5 V CC, así que tengo que seleccionar la fuente de alimentación que también tiene 5 V CC.
• Fuente de alimentación finalmente seleccionada que tiene 230V / 5VDC.
• Para obtener 3.3VDC, he seleccionado un convertidor Buck que tiene 5VDC / 3.3VDC.
• Como tenemos que diseñar el modo de bricolaje, también proporciono un regulador de voltaje lineal AMS1117.

Conclusión final

La primera conversión de la fuente de alimentación es 230VAC / 5 VDC con 3W de capacidad.

HI-LINK hace smps de HLK-PM01

La segunda conversión es de 5 V CC a 3,3 V CC

Para esto, he seleccionado un convertidor Buck de 5V / 3.3V y la provisión del regulador de voltaje lineal AMS1117

PCB hecho de tal manera que puede usar AMS1117 o convertidor buck (cualquiera).

Paso 5: Selección del dispositivo de conmutación

• He seleccionado Omron Make G3MB-202P SSR

  • SSR con 2 amperios. capacidad actual.
  • Puede funcionar con 5 V CC.
  • Proporcionar conmutación de cruce por cero.
  • Circuito amortiguador incorporado.

¿Qué es el paso por cero?

• El suministro de CA de 50 HZ es voltaje sinusoidal.
• La polaridad del voltaje de suministro cambia cada 20 milésimas de segundo y 50 veces en un segundo.
• El voltaje se pone a cero cada 20 milésimas de segundo.

• El SSR de cruce por cero detecta el potencial cero de voltaje y enciende la salida en esta instancia.

  Por ejemplo: - si el comando se envía a 45 grados (voltaje en el pico máximo), SSR se enciende a 90 grados (cuando el voltaje es cero)

• Esto reduce las sobretensiones y el ruido de conmutación.
• El punto de cruce cero se muestra en la imagen adjunta (texto resaltado en rojo)

Paso 6: Selección del PIN ESP8266

ESP8266 tiene un total de 11 GPIO y un pin ADC. (Consulte el paso 3)

La selección de pines de esp8266 es crucial debido a la siguiente critaria.

Criterios para la selección de entrada: -

• GPIO PIN15 Se requiere que sea bajo durante el arranque, de lo contrario, el ESP no arrancará.

  Intenta arrancar desde la tarjeta SD si GPIO15 está alto durante el arranque

• ESP8266 neve Boot Si GPIO PIN1 o GPIO 2 o GPIO 3 está BAJO durante el arranque.

Criterios para la selección de salida: -

• Los PIN 1, 2, 15 y 16 de GPIO se ponen altos durante el arranque (por una fracción de tiempo).
• Si usamos este pin como entrada y el PIN está en nivel BAJO durante el arranque, entonces este pin se daña debido a un cortocircuito entre el PIN que es Bajo pero ESP8266 lo torna ALTO durante el arranque.

Conclusión final:-

Finalmente, GPIO 0, 1, 5, 15 y 16 se seleccionan para la salida.

Se seleccionan GPIO 3, 4, 12, 13 y 14 para Entrada.

Constreñir:-

• GPIO1 y 3 son pines UART que se usan para flashear ESP8266 y también queríamos usarlos como salida.
• GPIO0 se usa para poner ESP en modo flash y también decidimos usarlo como salida.

Solución para la restricción anterior: -

1. Problema resuelto proporcionando dos puentes.

   1. Puente de modo flash: - En esta posición, los tres pines están aislados del circuito de conmutación y conectados al encabezado del modo flash.
   2. Puente de modo de funcionamiento: - En esta posición, los tres pines se conectarán al circuito de conmutación.

Paso 7: Selección del optoacoplador

Detalle del PIN: -

• Lado de entrada PIN 1 y 2 (LED incorporado)

  • Pin 1: - Ánodo
  • Pnd 2: - Cátodo

• Lado de salida de PIN 3 y 4 (foto transistor.

  • Pin 3: - Emisor
  • Pin 4: - Colector

Selección del circuito de conmutación de salida

1. ESP 8266 GPIO puede alimentar solo 20 m.a. según esprissif.
2. Los optoacopladores se utilizan para proteger ESP GPIO PIN durante la conmutación SSR.

3. La resistencia de 220 ohmios se utiliza para limitar la corriente de GPIO.

   He usado 200, 220 y 250 y todas las resistencias funcionan bien

4. Cálculo de corriente I = V / R, I = 3.3V / 250 * Ohms = 13 ma.
5. El LED de entrada PC817 tiene cierta resistencia que se considera cero para el lado seguro.

Selección del circuito de conmutación de entrada

1. Los optoacopladores PC817 se utilizan en el circuito de entrada con una resistencia limitadora de corriente de 220 ohmios.
2. La salida del optoacoplador está conectada con GPIO junto con la resistencia Pull-UP.

Paso 8: Preparación del diseño del circuito

Después de seleccionar todos los componentes y definir la metodología de cableado, podemos pasar a desarrollar Circuit utilizando cualquier software.

He usado Easyeda, que es una plataforma de desarrollo de PCB basada en la web y fácil de usar.

URL de Easyeda: - EsasyEda

Para una explicación simple, he dividido todo el circuito en partes. Y primero es el circuito de potencia.

Circuito de alimentación A: - 230 VAC a 5VDC

1. HI-Link hace que el HLK-PM01 SMPS se utilice para convertir 230 Vac a 5 V CC.
2. La potencia máxima es de 3 vatios. significa que puede suministrar 600 ma.

Circuito de alimentación B: - 5 V CC a 3,3 V CC

Como este PCB es modo de bricolaje. He proporcionado dos métodos para convertir 5V a 3.3V.

1. Usando regulador de voltaje AMS1117.
2. Usando Buck Converter.

cualquiera puede utilizarlo según la disponibilidad de los componentes.

Paso 9: cableado ESP8266

La opción de puerto de red se utiliza para simplificar el esquema.

¿Qué es el puerto de red?

1. La publicación neta significa que podemos proporcionar el nombre a la unión común.
2. Al usar el mismo nombre en una parte diferente, Easyeda considerará todos los mismos nombres como un solo dispositivo conectado.

Alguna regla básica del cableado esp8266

1. Se requiere que el pin CH_PD sea alto.
2. Se requiere que el pin de reinicio esté alto durante el funcionamiento normal.
3. GPIO 0, 1 y 2 no deben estar en Bajo durante el arranque.
4. GPIO 15 no debería estar en un nivel alto durante el arranque.
5. Teniendo en cuenta todos los puntos anteriores, se prepara el esquema de cableado ESP8266. & mostrado en la imagen esquemática.
6. GPIO2 se utiliza como LED de estado y LED conectado en polaridad inversa para evitar GPIO2 LOW durante el arranque.

Paso 10: Circuito de conmutación de salida ESP8266

ESO8266 GPIO 0, 1, 5, 15 y 16 utilizado como salida.

1. Para mantener GPIO 0 y 1 en un nivel alto, su cableado es un poco diferente al de otras salidas.

   1. Booth, este pin está a 3.3V durante el arranque.
   2. El PIN1 de PC817, que es el ánodo, está conectado a 3.3V.
   3. El PIN2, que es cátodo, se conecta a GPIO mediante una resistencia limitadora de corriente (220/250 ohmios).
   4. Como el diodo con polarización directa puede pasar 3.3V (caída de diodo de 0.7V) Ambos GPIO obtienen casi 2.5 VDC durante el arranque.

2. El pin GPIO restante conectado con el PIN1, que es el ánodo de PC817 y la tierra, está conectado con el PIN2, que es cátodo, utilizando una resistencia limitadora de corriente.

   1. Como la tierra está conectada con el cátodo, pasará del LED PC817 y mantendrá GPIO en un nivel bajo.
   2. Esto hace que GPIO15 sea BAJO durante el arranque.
3. Resolvimos el problema de los tres GPIO adoptando diferentes esquemas de cableado.

Paso 11: Entrada Esp8266

GPIO 3, 4, 12, 13 y 14 se utilizan como entrada.

Como el cableado de entrada se conectará al dispositivo de campo, se requiere protección para ESP8266 GPIO.

Optoacoplador PC817 utilizado para aislamiento de entrada.

1. Los cátodos de entrada PC817 se conectan con encabezados de clavija utilizando una resistencia limitadora de corriente (250 ohmios).
2. El ánodo de todos los optoacopladores está conectado con 5VDC.
3. Siempre que el pin de entrada esté conectado a tierra, el optoacoplador se desviará hacia adelante y el transistor de salida se encenderá.
4. El colector del optoacoplador está conectado con GPIO junto con una resistencia Pull-up de 10 K.

¿Qué es el Pull-up?

• Se utiliza una resistencia pull-up Para mantener GPIO estable, una resistencia de alto valor conectada con GPIO y otro extremo está conectado a 3.3V.
• esto mantiene GPIO en un nivel alto y evita disparos falsos.

Paso 12: Esquema final

Después de completar todas las partes, es hora de verificar el cableado.

Facilidad de Easyeda Provide para esto.

Paso 13: convertir PCB

Pasos para convertir Circuito en diseño de PCB

1. Aftermaking Circuit podemos convertirlo en un diseño de PCB.
2. Al presionar la opción Convertir a PCB del sistema Easyeda, se iniciará la conversión del esquema en el diseño de PCB.
3. Si hay algún error de cableado o pines no utilizados, se genera un error / alarma.
4. Al marcar Error en la sección del lado derecho de la página de desarrollo de software, podemos resolver cada error uno por uno.
5. Diseño de PCB generado después de toda la resolución de errores.

Paso 14: Disposición de la PCB y disposición de los componentes

Colocación de componentes

1. Todos los componentes con su actual

2. Las dimensiones y etiquetas se muestran en la pantalla de diseño de PCB.

   El primer paso es organizar el componente

3. Trate de poner los componentes de alto voltaje y bajo voltaje lo más lejos posible.

4. Ajuste cada componente según el tamaño requerido de PCB.

   Después de ordenar todos los componentes podemos hacer trazas

5. (el ancho de las trazas debe ajustarse según la corriente de la parte del circuito)
6. Algunos de los rastros se rastrean en la parte inferior de la placa mediante la función de cambio de diseño.
7. Las trazas de energía se mantienen expuestas para el vertido de soldadura después de la fabricación.

Paso 15: Disposición final de la PCB

Paso 16: Verifique la vista 3D y genere el archivo Ggerber

Easyeda proporciona la opción de vista 3D en la que podemos verificar la vista 3D de la PCB y tener una idea de cómo se ve después de la fabricación.

Después de comprobar la vista 3D Generar archivos Gerber.

Paso 17: Realización del pedido

El sistema de archivos After Generation of Gerber proporciona una vista frontal del diseño final de la PCB y el costo de 10 PCB.

Podemos realizar un pedido a JLCPCB directamente presionando el botón "Pedido en JLCPCB".

Podemos seleccionar el enmascaramiento de color según los requisitos y seleccionar el modo de entrega.

Al realizar el pedido y realizar el pago, obtenemos PCB en un plazo de 15 a 20 días.

Paso 18: Recepción de PCB

Revise la parte delantera y trasera de la PCB después de recibirla.

Paso 19: Componente vendido en PCB

Según la identificación de los componentes en la PCB, se inició la soldadura de todos los componentes.

Tenga cuidado: - Parte de la huella de la pieza está hacia atrás, así que verifique el etiquetado en la PCB y el manual de la pieza antes de la soldadura final.

Paso 20: Aumento del grosor de la pista de potencia

Para las pistas de conexión de energía, puse pistas abiertas durante el proceso de diseño de PCB.

Como se muestra en la imagen, todas las trazas de energía están abiertas, por lo que se vierte soldadura adicional para aumentar la capacidad de cuidado de la grosella.

Paso 21: Verificación final

Después de soldar todos los componentes, revisó todos los componentes con un multímetro

1. Comprobación del valor de la resistencia
2. Comprobación del LED del optoacoplador
3. Comprobación de puesta a tierra.

Paso 22: Firmware intermitente

Se utilizan tres puentes de PCB para poner esp en modo de arranque.

Verifique el puente de selección de energía en 3.3VDC del chip FTDI.

Conecte el chip FTDI a PCB

1. FTDI TX: - PCB RX
2. FTDI RX: - PCB TX
3. FTDI VCC: - PCB 3,3 V
4. FTDI G: - PCB G

Paso 23: Flash Tasamota Firmware en ESP

Flash Tasmota en ESP8266

1. Descargar el archivo Tasamotizer y tasamota.bin.
2. Enlace de descarga de Tasmotizer: - tasmotizer
3. Enlace de descarga de tasamota.bin: - Tasmota.bin
4. Instale tasmotazer y ábralo.
5. En tasmotizer, haga clic en selectport drill dawn.
6. si FTDI está conectado, el puerto aparecerá en la lista.
7. Seleccione el puerto de la lista (en caso de que haya varios puertos, compruebe cuál es el puerto FTDI)
8. haga clic en el botón Abrir y seleccione el archivo Tasamota.bin de la ubicación de descarga.
9. haga clic en la opción Borrar antes de flashear (borre spiff si hay algún dato)
10. Presione Tasamotize! Botón
11. si todo está bien, obtienes la barra de progreso para borrar el flash.
12. una vez completado el proceso, muestra la ventana emergente "reiniciar esp".

Desconecte FTDI de la PCB.

Cambie Three jumper de Flash a Run Side.

Paso 24: Configuración de Tasmota

Conecte la alimentación de CA a la PCB

Ayuda en línea de configuración de Tasmota: -Ayuda de configuración de Tasmota

El ESP se iniciará y el LED de estado de la PCB parpadeará una vez. Abrir Wifimanger en la computadora portátil Muestra el nuevo AP "Tasmota" que lo conecta. una vez abierta la página web conectada.

1. Configure el ssid WIFI y la contraseña de su enrutador en la página Configurar Wifi.
2. El dispositivo se reiniciará después de guardar.
3. Una vez que se vuelva a conectar, abra su enrutador, verifique la nueva IP del dispositivo y anote su IP.
4. abra la página web e ingrese esa IP. Página web abierta para configuración de tasmota.
5. Configure el tipo de módulo (18) en la opción de configuración del módulo y configure todas las entradas y salidas como se menciona en la imagen de configuración.
6. reinicie PCB y listo.

Paso 25: Guía de cableado y demostración

Cableado final y prueba de PCB

El cableado de las 5 entradas está conectado a 5 interruptores / botones.

La segunda conexión de los 5 dispositivos se conecta al cable "G" común del encabezado de entrada.

Conexión de 5 cables del lado de salida a 5 electrodomésticos.

Dar 230 a la entrada de PCB.

Smart Swith con 5 entradas y 5 salidas está listo para usar.

Demo de prueba: - Demo