Presa intelligente: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Progetti Fusion 360 »

Dichiarazione di non responsabilità: questo progetto ha lo scopo di mostrare come è possibile prototipare con una stampante PCB SV2. Non è un prodotto che dovresti usare come oggetto di tutti i giorni. Non è stato né progettato né testato per essere conforme agli standard di sicurezza appropriati. Sei responsabile per qualsiasi rischio che corri durante l'utilizzo di questo design

Una presa intelligente è un dispositivo IOT che consente il controllo su qualsiasi dispositivo connesso utilizzando un server Web tramite qualsiasi browser. Il server web che abbiamo programmato qui ci consente di decidere quali dispositivi collegati si accendono e si spengono, essenzialmente consentendo il "collegamento" e lo "scollegamento" virtuali con la semplice pressione di un pulsante su un telefono o un clic su un computer.

Forniture

Componenti principali: quantità x articolo (numero parte Digikey)

• 1 x spina maschio NEMA5-15P e cablaggio (Q108-ND)
• 3 x presa femmina NEMA5-15R (Q227-ND)
• 1 x Modulo Wifi ESP32-WROOM-32D (1904-1023-1-ND)
• 3 x relè a stato solido (255-3922-1-ND)
• 1 x regolatore di tensione 3.3V (AZ1117EH-3.3TRG1DIDKR-ND)
• 3 x NFET (DMN2056U-7DICT-ND)
• 9 x resistore da 100 ohm (311-100LRCT-ND)
• 4 x resistore 10k ohm (311-10KGRCT-ND)
• 2 x condensatore 1uF (399-4873-1-ND)
• 1 x condensatore 10uF (399-4925-1-ND)
• 2 x condensatore 0.1uF (399-1043-1-ND)
• 3 x LED (C503B-BCS-CV0Z0461-ND)
• 1 x connettore per bordi (S3306-ND)
• 1 convertitore CA-CC da 5 V 1 A (945-3181-ND)

Altri componenti/materiali utilizzati:

1. Guaina termorestringente, 8 pollici
2. Pasta per saldatura a bassa temperatura

Strumenti ed equipaggiamento:

• Stampante PCB SV2
• stampante 3d
• Saldatore
• Pistola di riflusso
• Alimentazione CC
• Cacciavite (esagono 3mm)
• Super colla
• Programmatore seriale USB

Passaggio 1: stampa il design del PCB

A seconda di come crei il tuo dispositivo, questi passaggi possono variare. Per realizzare questo dispositivo specifico, abbiamo creato un design PCB e lo abbiamo stampato utilizzando la stampante PCB SV2. Poiché abbiamo utilizzato un PCB e non una scheda proto o breadboard, la maggior parte dei nostri componenti sono a montaggio superficiale, come il microcontrollore, che era un modulo ESP32-WROOM-32D, e i relè, che abbiamo scelto per essere ad alta potenza relè a stato solido. I componenti specifici che abbiamo utilizzato, insieme ai relativi numeri di parte Digi-Key, sono indicati sopra nei materiali, ma puoi modificare i componenti per personalizzarli in base al tuo design specifico. I valori dei condensatori dovrebbero rimanere relativamente gli stessi se si intende utilizzare gli stessi componenti. I valori per i resistori di limitazione della corrente possono cambiare in base al colore del LED utilizzato, poiché la tensione diretta e la corrente potrebbero essere diverse! Questo calcolatore ti consentirà di inserire i parametri del tuo progetto e calcolare i valori dei resistori per te. Abbiamo usato LED blu, che sono noti per avere una caduta di tensione maggiore rispetto a quella delle varianti rosse. Assicurati che i tuoi componenti che interagiranno con l'alimentazione di rete (i relè a stato solido, i connettori e le prese) siano classificati per la tensione di rete CA e una corrente sufficiente (120 V 60 Hz negli Stati Uniti, circa 10-15 Watt). Lo schema e il design del PCB utilizzati per creare la nostra presa intelligente possono essere trovati sul sito Web di BotFactory e puoi leggere di più su di loro nel nostro articolo del blog, intitolato Creazione di una presa intelligente.

Passaggio 2: aggiungi i componenti

Il passo successivo è stato quello di aggiungere tutti i componenti sulla scheda stampata. Ci sono due modi per farlo, puoi usare la capacità pick-and-place dell'SV2 se ne stai usando uno, oppure puoi saldare a mano ogni componente sulla scheda uno per uno. Poiché questo era il primo prototipo e volevamo assicurarci che ogni parte funzionasse tra loro, abbiamo posizionato ogni componente a mano e assicurato la continuità tra i componenti utilizzando un multimetro. Abbiamo usato una pasta saldante a bassa temperatura termicamente stabile per fissare i componenti al PCB. Alcuni dei collegamenti esterni, come i collegamenti alle prese a spina e i collegamenti al convertitore AC-DC, sono stati eseguiti utilizzando un connettore edge. A causa di ciò, tutto ciò che era necessario era stampare le dita d'oro sul PCB e collegarlo per fornire una connessione al circuito. Una volta che tutto era sulla scheda, veniva alimentata da un alimentatore a tensione e corrente variabile, che ha funzionalità di limitazione della corrente per evitare che il fumo magico fuoriesca in caso di cortocircuito. Se tutto va bene (nessun fumo magico, nessun componente surriscaldato, nessuna esplosione) puoi procedere al caricamento del codice su ESP32.

Passaggio 3: carica il tuo codice

L'ESP32 è stato collegato a un computer utilizzando i pin TXD, RXD e GND, utilizzando un cavo da USB a seriale. Ricorda che il TXD del tuo cavo si collega al pin RXD del microcontrollore e viceversa. Utilizzando l'IDE Arduino, sono state caricate le schede per le varianti ESP32 ed è stata selezionata la scheda "FireBeetle-ESP32" poiché aveva il supporto nativo per il chip ESP32 nudo che abbiamo utilizzato. Il codice che è stato utilizzato collega essenzialmente il microcontrollore al router Wi-Fi e apre una connessione alla porta 80. Una volta aperta la porta, fornisce una pagina Web a qualsiasi dispositivo connesso ad essa e può alternare i pin GPIO tra alto e basso in base agli input dei pulsanti nella pagina Web. Inoltre, è possibile utilizzare URL specifici per accendere o spegnere un dispositivo. Assicurati di modificare il codice incluso per includere l'SSID Wi-Fi e la password per la rete a cui desideri connettere la presa intelligente. La rete a cui l'abbiamo collegato era protetta con WPA2, ma potrebbe funzionare o meno con reti non protette.

Passaggio 4: prova

Usando gli strumenti e le connessioni appropriati, verifica che tutte le connessioni e i componenti sul tuo dispositivo quasi completato funzionino! Prova i componenti CA (il convertitore CA-CC e la spina NEMA5) separatamente e maneggiali correttamente, sono per l'alta tensione! Usando un alimentatore CC esterno, accendi il circuito e verifica che puoi accendere e spegnere i transistor utilizzando l'interfaccia web, che a sua volta dovrebbe azionare i LED corrispondenti e consentire alla corrente di fluire attraverso i relè a stato solido.

Passaggio 5: stampare l'allegato

A seconda dei componenti che hai scelto e di come li disponi, la tua custodia potrebbe avere una forma diversa. Qui abbiamo usato un involucro rettangolare che ospita il convertitore AC-DC, il PCB, il connettore edge e ha i profili per le prese NEMA5-15R. L'abbiamo progettato utilizzando Fusion 360 e l'abbiamo stampato utilizzando una stampante 3D e fissato la piastra frontale superiore utilizzando inserti termoindurenti da 3 mm e viti esagonali da 3 mm. La colla funziona altrettanto bene se gli inserti termoindurenti non sono disponibili. Se utilizzi inserti termoindurenti, i fori nei file STL inclusi sono larghi 4 mm e avrai bisogno di un saldatore a 250C. Utilizzando i componenti effettivi, è stato quindi eseguito un adattamento di prova per garantire che ciascuna parte si adattasse correttamente all'interno della custodia.

Passaggio 6: assemblare

Infine, le connessioni permanenti sono state saldate e i componenti sono stati inseriti nella custodia. Qui abbiamo seguito lo schema per i collegamenti corretti tra il PCB, le prese della spina, il convertitore AC-DC e la spina maschio. Tutti i componenti sono stati quindi testati ancora una volta per vedere se c'erano problemi quando lavoravano insieme. Assicurati di prestare particolare attenzione quando lavori con i circuiti CA! Non toccare la scheda o i fili quando il circuito è alimentato dalla parete. Assicurati di scollegarlo prima di saldare, spostare i cavi o fissare connessioni allentate. Se tutto va bene, ora sei pronto per chiudere l'alloggiamento utilizzando quattro viti M3 e utilizzare la tua nuova presa intelligente!