Smart Outlet: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Projekty Fusion 360 »

Disclaimer: This project is intended to show how you can prototype with a SV2 PCB printer. Není to produkt, který byste měli používat jako každodenní předmět. Nebyl navržen ani testován tak, aby vyhovoval příslušným bezpečnostním normám. Nesete odpovědnost za jakékoli riziko, které při používání tohoto designu podstupujete

Chytrá zásuvka je zařízení IOT, které umožňuje ovládat jakékoli připojené zařízení pomocí webového serveru prostřednictvím libovolného prohlížeče. Webový server, který jsme zde naprogramovali, nám umožňuje rozhodnout, která připojená zařízení se budou zapínat a vypínat, což v podstatě umožňuje virtuální „připojení“a „odpojení“stisknutím tlačítka na telefonu nebo kliknutím na počítači.

Zásoby

Hlavní součásti: množství x položka (číslo dílu Digikey)

• 1 x Zástrčka a zapojení NEMA5-15P (Q108-ND)
• 3 x zásuvka NEMA5-15R (Q227-ND)
• 1 x WiFi modul ESP32-WROOM-32D (1904-1023-1-ND)
• 3 x polovodičové relé (255-3922-1-ND)
• 1 x regulátor napětí 3,3 V (AZ1117EH-3.3TRG1DIDKR-ND)
• 3 x NFET (DMN2056U-7DICT-ND)
• 9 x odpor 100 ohmů (311-100LRCT-ND)
• 4 x odpor 10 kOhm (311-10KGRCT-ND)
• 2 x kondenzátor 1uF (399-4873-1-ND)
• 1 x kondenzátor 10uF (399-4925-1-ND)
• 2 x kondenzátor 0,1 uF (399-1043-1-ND)
• 3 x LED (C503B-BCS-CV0Z0461-ND)
• 1 x konektor Edge (S3306-ND)
• 1 x 5V 1A měnič AC-DC (945-3181-ND)

Další použité součásti/materiály:

1. Smršťovací bužírka, 8 palců
2. Nízkoteplotní pájecí pasta

Nástroje a vybavení:

• Tiskárna desek plošných spojů SV2
• 3D tiskárna
• Páječka
• Reflow pistole
• Zdroj stejnosměrného proudu
• Šroubovák (3 mm šestihranný)
• Super lepidlo
• USB sériový programátor

Krok 1: Vytiskněte návrh DPS

V závislosti na tom, jak si vytvoříte vlastní zařízení, se tyto kroky mohou lišit. Abychom vyrobili toto konkrétní zařízení, vytvořili jsme návrh desky plošných spojů a vytiskli ji pomocí tiskárny PCB SV2. Vzhledem k tomu, že jsme použili desku plošných spojů, a nikoli proto desku nebo prkénko, je většina našich součástí montována na povrch, například mikrořadič, což byl modul ESP32-WROOM-32D, a relé, která jsme zvolili jako vysoce výkonná polovodičová relé. Konkrétní komponenty, které jsme použili, spolu s čísly dílů Digi-Key, jsou uvedeny výše v materiálech, ale komponenty můžete změnit a přizpůsobit tak svému konkrétnímu designu. Hodnoty kondenzátoru by měly zůstat relativně stejné, pokud máte v úmyslu používat stejné součásti. Hodnoty pro odpory omezující proud se mohou měnit podle toho, jakou barevnou LED diodu používáte, protože dopředné napětí a proud se mohou lišit! Tato kalkulačka vám umožní zadat parametry vašeho návrhu a vypočítat hodnoty odporu pro vás. Použili jsme modré LED diody, o kterých je známo, že mají vyšší úbytek napětí než u červených variant. Zajistěte, aby vaše komponenty, které budou interagovat se síťovým napájením (polovodičová relé, konektory a zásuvky), byly dimenzovány na střídavé síťové napětí a dostatečný proud (120 V 60 Hz v USA, kolem 10–15 W). Schéma a návrh desky plošných spojů použité k vytvoření naší chytré zásuvky najdete na webových stránkách BotFactory a více si o nich můžete přečíst v našem článku na blogu s názvem Vytvoření chytré zásuvky.

Krok 2: Přidejte součásti

Dalším krokem bylo přidání všech komponent na desku s plošnými spoji. Existují dva způsoby, jak toho dosáhnout, buď můžete použít možnost vyzvednutí a umístění SV2, pokud jeden používáte, nebo můžete ručně pájet každou součástku na palubu jeden po druhém. Protože se jednalo o první prototyp a chtěli jsme zajistit, aby každý díl fungoval jeden s druhým, umístili jsme každý komponent ručně a zajistili jsme kontinuitu mezi komponentami pomocí multimetru. K zajištění součástí k desce plošných spojů jsme použili tepelně stabilní nízkoteplotní pájecí pastu. Některá externí připojení, například připojení k zásuvkovým zásuvkám a připojení k převodníku AC-DC, byla provedena pomocí okrajového konektoru. Z tohoto důvodu vše, co bylo potřeba, bylo vytisknout zlaté prsty na desku plošných spojů a zapojit je, aby bylo zajištěno připojení obvodu. Jakmile bylo vše na desce, bylo napájeno z proměnného napětí a proudu, který má funkci omezující proud, aby se zabránilo úniku kouzelného kouře na zkrat. Pokud je vše v pořádku (žádný kouř, žádné přehřívající se součásti, žádné výbuchy), můžete přistoupit k nahrání kódu do ESP32.

Krok 3: Nahrajte svůj kód

ESP32 byl připojen k počítači pomocí pinů TXD, RXD a GND pomocí kabelu USB na sériový port. Pamatujte, že TXD na vašem kabelu se připojuje ke kolíku RXD na mikrořadiči a naopak. Pomocí Arduino IDE byly načteny desky pro varianty ESP32 a byla vybrána deska „FireBeetle-ESP32“, protože měla nativní podporu pro holý čip ESP32, který jsme použili. Použitý kód v podstatě spojuje mikrořadič s vaším Wi-Fi routerem a otevírá připojení na portu 80. Jakmile je tento port otevřený, dodává webovou stránku jakémukoli zařízení, které se k němu připojuje, a může přepínat piny GPIO mezi vysokou a nízkou na základě zadávání tlačítek na webové stránce. Kromě toho lze k zapnutí nebo vypnutí zařízení použít konkrétní adresy URL. Ujistěte se, že jste změnili přiložený kód tak, aby zahrnoval SSID Wi-Fi a heslo pro síť, ke které chcete připojit inteligentní zásuvku. Síť, ke které jsme ji připojili, byla zabezpečena pomocí WPA2, ale může, ale nemusí fungovat s nezabezpečenými sítěmi.

Krok 4: Testujte

Pomocí správných nástrojů a připojení vyzkoušejte, zda všechna připojení a součásti na téměř dokončeném zařízení fungují! Zkoušejte střídavé součásti (převodník AC-DC a zástrčka NEMA5) samostatně a správně s nimi zacházejte, jsou určeny pro vysoké napětí! Pomocí externího zdroje stejnosměrného napájení zapněte obvod a vyzkoušejte, zda můžete tranzistory zapínat a vypínat pomocí webového rozhraní, které by mělo zase ovládat odpovídající diody LED a umožňovat průtok proudu polovodičovými relé.

Krok 5: Vytiskněte přílohu

V závislosti na tom, jaké komponenty jste vybrali a jak je uspořádáte, může mít vaše skříň jiný tvar. Zde jsme použili obdélníkový kryt, ve kterém je umístěn převodník AC-DC, PCB, okrajový konektor a má profily pro zásuvky NEMA5-15R. Navrhli jsme to pomocí Fusion 360 a vytisklo to pomocí 3D tiskárny a připevnilo horní čelní desku pomocí 3mm tepelně nastavitelných vložek a 3mm šestihranných šroubů. Lepidlo funguje stejně dobře, pokud nemáte k dispozici tepelně nastavitelné vložky. Pokud používáte vložky tepelně vytvrzované, otvory v přiložených souborech STL jsou široké 4 mm a budete potřebovat páječku na 250 ° C. Pomocí skutečných komponent byl poté proveden testovací fit, aby se zajistilo, že každá část správně zapadne do skříně.

Krok 6: Sestavte se

Nakonec byly trvalé spoje pájeny a součásti vloženy do skříně. Zde jsme postupovali podle schématu správného připojení mezi deskou plošných spojů, zásuvkovými zásuvkami, převodníkem AC-DC a zástrčkou. Všechny součásti byly poté znovu testovány, aby se zjistilo, zda při společné práci nejsou nějaké problémy. Při práci se střídavými obvody dbejte zvýšené opatrnosti! Pokud je obvod napájen ze zdi, nedotýkejte se desky ani vodičů. Před pájením, pohybem vodičů nebo opravou uvolněných spojů jej odpojte. Pokud je vše v pořádku, jste nyní připraveni zavřít kryt pomocí čtyř šroubů M3 a použít svou novou chytrou zásuvku!