Έξυπνη έξοδος: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Έργα Fusion 360 »

Αποποίηση ευθυνών: Αυτό το έργο προορίζεται να δείξει πώς μπορείτε να κάνετε πρωτότυπο με έναν εκτυπωτή PCB SV2. Δεν είναι ένα προϊόν που πρέπει να χρησιμοποιείτε ως καθημερινό αντικείμενο. Δεν σχεδιάστηκε ούτε δοκιμάστηκε για να συμμορφώνεται με τα κατάλληλα πρότυπα ασφαλείας. Είστε υπεύθυνοι για κάθε κίνδυνο που αναλαμβάνετε όταν χρησιμοποιείτε αυτό το σχέδιο

Μια έξυπνη πρίζα είναι μια συσκευή IOT που επιτρέπει τον έλεγχο οποιασδήποτε συνδεδεμένης συσκευής χρησιμοποιώντας διακομιστή ιστού μέσω οποιουδήποτε προγράμματος περιήγησης. Ο διακομιστής ιστού που προγραμματίσαμε εδώ μας επιτρέπει να αποφασίσουμε ποιες συνδεδεμένες συσκευές θα ενεργοποιηθούν και θα απενεργοποιηθούν, επιτρέποντας ουσιαστικά εικονική "σύνδεση" και "αποσύνδεση" με το πάτημα ενός κουμπιού στο τηλέφωνο ή ένα κλικ σε έναν υπολογιστή.

Προμήθειες

Κύρια εξαρτήματα: Ποσότητα x Στοιχείο (Digikey Part Number)

• 1 x αρσενικό βύσμα και καλωδίωση NEMA5-15P (Q108-ND)
• 3 x θηλυκό δοχείο NEMA5-15R (Q227-ND)
• 1 x μονάδα Wifi ESP32-WROOM-32D (1904-1023-1-ND)
• 3 x ρελέ στερεάς κατάστασης (255-3922-1-ND)
• 1 x Ρυθμιστής Τάσης 3.3V (AZ1117EH-3.3TRG1DIDKR-ND)
• 3 x NFET (DMN2056U-7DICT-ND)
• 9 x Αντίσταση 100 ohm (311-100LRCT-ND)
• 4 x Αντίσταση 10k ohm (311-10KGRCT-ND)
• 2 x Πυκνωτής 1uF (399-4873-1-ND)
• 1 x Πυκνωτής 10uF (399-4925-1-ND)
• 2 x Πυκνωτής 0.1uF (399-1043-1-ND)
• 3 x LED (C503B-BCS-CV0Z0461-ND)
• 1 x Edge Connector (S3306-ND)
• Μετατροπέας 1 x 5V 1A AC-DC (945-3181-ND)

Άλλα εξαρτήματα/υλικά που χρησιμοποιούνται:

1. Σωλήνας Heat Shrink, 8 ίντσες
2. Πάστα κόλλας χαμηλής θερμοκρασίας

Εργαλεία και εξοπλισμός:

• Εκτυπωτής PCB SV2
• Τρισδιάστατος εκτυπωτής
• Συγκολλητικό σίδερο
• Reflow Gun
• Τροφοδοτικό DC
• Κατσαβίδι (Hex 3mm)
• Υπερκόλλα
• Σειριακός προγραμματιστής USB

Βήμα 1: Εκτυπώστε το σχέδιο PCB

Ανάλογα με τον τρόπο δημιουργίας της δικής σας συσκευής, αυτά τα βήματα ενδέχεται να διαφέρουν. Για να φτιάξουμε αυτήν τη συγκεκριμένη συσκευή, δημιουργήσαμε ένα σχέδιο PCB και το εκτυπώσαμε χρησιμοποιώντας τον εκτυπωτή PCV SV2. Δεδομένου ότι χρησιμοποιήσαμε ένα PCB και όχι έναν πρωτο-πίνακα ή ένα breadboard, τα περισσότερα από τα εξαρτήματά μας είναι επιτοίχια, όπως ο μικροελεγκτής, που ήταν μια μονάδα ESP32-WROOM-32D, και τα ρελέ, τα οποία επιλέξαμε να είναι υψηλής ισχύος ρελέ στερεάς κατάστασης. Τα συγκεκριμένα στοιχεία που χρησιμοποιήσαμε, μαζί με τους αριθμούς μερών Digi-Key, δίνονται παραπάνω στα υλικά, αλλά μπορείτε να αλλάξετε τα εξαρτήματα για να το προσαρμόσετε στο συγκεκριμένο σχεδιασμό σας. Οι τιμές των πυκνωτών θα πρέπει να παραμένουν σχετικά ίδιες εάν σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε τα ίδια εξαρτήματα. Οι τιμές των αντιστάσεων περιορισμού ρεύματος ενδέχεται να αλλάξουν με βάση το χρώμα LED που χρησιμοποιείτε, καθώς η τάση και το ρεύμα προώθησης μπορεί να διαφέρουν! Αυτός ο υπολογιστής θα σας επιτρέψει να βάλετε τις παραμέτρους του σχεδιασμού σας και να υπολογίσετε τις τιμές αντίστασης για εσάς. Χρησιμοποιήσαμε μπλε LED, τα οποία είναι γνωστό ότι έχουν μεγαλύτερη πτώση τάσης από αυτή των κόκκινων παραλλαγών. Βεβαιωθείτε ότι τα εξαρτήματά σας που θα αλληλεπιδράσουν με την τροφοδοσία ρεύματος (τα ρελέ στερεάς κατάστασης, οι υποδοχές σύνδεσης και οι υποδοχές πρίζας) έχουν βαθμολογία για τάση δικτύου AC και επαρκές ρεύμα (120V 60Hz στις Ηνωμένες Πολιτείες, περίπου 10-15 Watt). Ο σχηματικός σχεδιασμός και ο σχεδιασμός PCB που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία της έξυπνης πρίζας μας βρίσκονται στον ιστότοπο BotFactory και μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για αυτά στο άρθρο του ιστολογίου μας, με τίτλο Δημιουργία έξυπνης πρίζας.

Βήμα 2: Προσθέστε τα εξαρτήματα

Το επόμενο βήμα ήταν η προσθήκη όλων των εξαρτημάτων στον εκτυπωμένο πίνακα. Υπάρχουν δύο τρόποι για να το κάνετε αυτό, μπορείτε είτε να χρησιμοποιήσετε τη δυνατότητα επιλογής και τοποθέτησης του SV2 εάν χρησιμοποιείτε ένα, είτε μπορείτε να κολλήσετε με το χέρι κάθε στοιχείο για να επιβιβάζεστε ένα προς ένα. Δεδομένου ότι αυτό ήταν το πρώτο πρωτότυπο και θέλαμε να διασφαλίσουμε ότι κάθε μέρος λειτουργεί μεταξύ τους, τοποθετήσαμε κάθε στοιχείο με το χέρι και εξασφαλίσαμε τη συνέχεια μεταξύ των εξαρτημάτων χρησιμοποιώντας ένα πολύμετρο. Χρησιμοποιήσαμε θερμικά σταθερή πάστα συγκόλλησης χαμηλής θερμοκρασίας για να στερεώσουμε τα εξαρτήματα στο PCB. Μερικές από τις εξωτερικές συνδέσεις, όπως συνδέσεις με τα βύσματα βύσματος και συνδέσεις με το μετατροπέα AC-DC, έγιναν χρησιμοποιώντας έναν ακροδέκτη ακμής. Εξαιτίας αυτού, το μόνο που χρειάστηκε ήταν να εκτυπώσετε τα χρυσά δάχτυλα στο PCB και να το συνδέσετε για να παρέχετε μια σύνδεση κυκλώματος. Μόλις ήταν όλα στην πλακέτα, τροφοδοτούνταν από μια μεταβλητή τάση και ρεύμα, η οποία έχει περιορισμένη λειτουργία ρεύματος, προκειμένου να αποτρέψει τη διαφυγή του μαγικού καπνού από βραχυκύκλωμα. Εάν όλα είναι καλά (χωρίς μαγικό καπνό, χωρίς υπερθέρμανση εξαρτημάτων, χωρίς εκρήξεις), μπορείτε να προχωρήσετε στη μεταφόρτωση του κωδικού στο ESP32.

Βήμα 3: Ανεβάστε τον κωδικό σας

Το ESP32 ήταν συνδεδεμένο σε υπολογιστή χρησιμοποιώντας τις ακίδες TXD, RXD και GND, χρησιμοποιώντας σειριακό καλώδιο USB. Θυμηθείτε ότι το TXD στο καλώδιό σας συνδέεται με τον ακροδέκτη RXD στο μικροελεγκτή και αντίστροφα. Χρησιμοποιώντας το Arduino IDE, οι πίνακες για τις παραλλαγές ESP32 φορτώθηκαν και ο πίνακας "FireBeetle-ESP32" επιλέχθηκε καθώς είχε εγγενή υποστήριξη για το γυμνό τσιπ ESP32 που χρησιμοποιήσαμε. Ο κώδικας που χρησιμοποιήθηκε ουσιαστικά συνδέει το μικροελεγκτή με το δρομολογητή Wi-Fi και ανοίγει μια σύνδεση στη θύρα 80. Μόλις ανοίξει αυτή η θύρα, παρέχει μια ιστοσελίδα σε οποιαδήποτε συσκευή που συνδέεται με αυτήν και μπορεί να εναλλάσσει καρφίτσες GPIO μεταξύ υψηλού και χαμηλού με βάση τις εισόδους κουμπιών στην ιστοσελίδα. Επιπλέον, συγκεκριμένες διευθύνσεις URL μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση μιας συσκευής. Βεβαιωθείτε ότι έχετε αλλάξει τον κωδικό που περιλαμβάνεται ώστε να περιλαμβάνει το Wi-Fi SSID και τον κωδικό πρόσβασης για το δίκτυο στο οποίο θέλετε να συνδέσετε την έξυπνη πρίζα. Το δίκτυο στο οποίο το συνδέσαμε ήταν ασφαλές με WPA2, αλλά μπορεί να λειτουργεί ή όχι με μη ασφαλή δίκτυα.

Βήμα 4: Δοκιμή

Χρησιμοποιώντας τα κατάλληλα εργαλεία και συνδέσεις, ελέγξτε ότι όλες οι συνδέσεις και τα εξαρτήματα της σχεδόν ολοκληρωμένης συσκευής σας λειτουργούν! Δοκιμάστε τα εξαρτήματα AC (ο μετατροπέας AC-DC και το βύσμα NEMA5) ξεχωριστά και χειριστείτε τα σωστά, είναι για υψηλή τάση! Χρησιμοποιώντας ένα εξωτερικό τροφοδοτικό DC, ενεργοποιήστε το κύκλωμά σας και ελέγξτε ότι μπορείτε να ενεργοποιήσετε και να απενεργοποιήσετε τα τρανζίστορ χρησιμοποιώντας τη διεπαφή ιστού, η οποία με τη σειρά της θα λειτουργήσει με τις αντίστοιχες λυχνίες LED και θα επιτρέψει τη ροή ρεύματος μέσω των ρελέ στερεάς κατάστασης.

Βήμα 5: Εκτυπώστε το περίβλημα

Ανάλογα με τα εξαρτήματα που επιλέξατε και τον τρόπο τακτοποίησης τους, το περίβλημα σας μπορεί να έχει διαφορετικό σχήμα. Εδώ, χρησιμοποιήσαμε ένα ορθογώνιο περίβλημα που φιλοξενεί τον μετατροπέα AC-DC, το PCB, το βύσμα ακμής και έχει προφίλ για τους υποδοχείς NEMA5-15R. Το σχεδιάσαμε χρησιμοποιώντας το Fusion 360 και το εκτύπωσε χρησιμοποιώντας έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή και συνδέσαμε την επάνω πλάκα με επένδυση θερμότητας 3mm και εξάγωνες βίδες 3mm. Η κόλλα λειτουργεί εξίσου καλά εάν τα ένθετα θερμικής ρύθμισης δεν είναι διαθέσιμα σε εσάς. Εάν χρησιμοποιείτε ένθετα με θερμική αντίσταση, οι οπές στα συμπεριλαμβανόμενα αρχεία STL έχουν πλάτος 4mm και θα χρειαστείτε συγκολλητικό σίδερο στους 250C. Χρησιμοποιώντας τα πραγματικά εξαρτήματα, έγινε στη συνέχεια μια δοκιμαστική προσαρμογή για να διασφαλιστεί ότι κάθε μέρος ταιριάζει σωστά μέσα στο περίβλημα.

Βήμα 6: Συναρμολογήστε

Τέλος, οι μόνιμες συνδέσεις συγκολλήθηκαν και τα εξαρτήματα τοποθετήθηκαν στο περίβλημα. Εδώ, ακολουθήσαμε το σχηματικό για τις σωστές συνδέσεις μεταξύ του PCB, των υποδοχών βύσματος, του μετατροπέα AC-DC και του αρσενικού βύσματος. Όλα τα εξαρτήματα δοκιμάστηκαν για άλλη μια φορά για να διαπιστωθεί εάν υπήρχαν προβλήματα κατά τη συνεργασία. Φροντίστε να είστε ιδιαίτερα προσεκτικοί όταν εργάζεστε με κύκλωμα AC! Μην αγγίζετε την πλακέτα ή τα καλώδια όταν το κύκλωμα τροφοδοτείται από τον τοίχο. Βεβαιωθείτε ότι το αποσυνδέετε πριν από τη συγκόλληση, τη μετακίνηση καλωδίων ή τον καθορισμό χαλαρών συνδέσεων. Εάν όλα είναι καλά, είστε πλέον έτοιμοι να κλείσετε το περίβλημα χρησιμοποιώντας τέσσερις βίδες M3 και να χρησιμοποιήσετε τη νέα έξυπνη πρίζα σας!