Techswitch 1.0 - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Ermöglichen Sie Smart Home durch TechSwitch-1.0 (DIY-Modus)

Was ist TechSwitch-1.0 (DIY-Modus)

TechSwitch-1.0 ist ein ESP8266-basierter Smart Switch. Es kann 5 Haushaltsgeräte steuern.

Warum ist es der DIY-Modus?

Es ist so konzipiert, dass es jederzeit neu blinken kann. Es gibt zwei Jumper zur Modusauswahl auf der Platine

1) Run-Modus: - für regulären Betrieb.

2) Flash-Modus: - In diesem Modus kann der Benutzer den Chip neu flashen, indem er das Re-Flash-Verfahren befolgt.

3) Analogeingang: - ESP8266 hat einen ADC 0-1 Vdc. Sein Header befindet sich auch auf der Platine, um mit jedem analogen Sensor zu spielen.

Technische Spezifikation von TechSwitch-1.0 (DIY-Modus)

1. 5 Ausgang (230V AC) + 5 Eingang (0VDC schaltend) + 1 Analogeingang (0-1VDC)

2. Bewertung: - 2,0 Ampere.

3. Schaltelement:-- SSR + Zero Crossing-Umschaltung.

4. Schutz: - Jeder Ausgang wird durch 2 Ampere geschützt. Glas Sicherung.

5. Verwendete Firmware: - Tasmota ist einfach zu bedienen und eine stabile Firmware. Es kann von verschiedenen Firmware als DIY-Modus geflasht werden.

6. Eingang: - Optogekoppeltes (-Ve) Schalten.

7. ESP8266-Leistungsregler kann Dual-Modus sein: - kann auch den Buck-Wandler AMS1117-Regler verwenden.

Lieferungen

• Detaillierte BOQ ist beigefügt.

  · Stromversorgung:- Fabrikat:- Hi-Link, Modell:- HLK-PM01, 230V bei 5 VDC, 3W (01)

  · Mikrocontroller:- ESP12F (01)

  · 3,3 VDC-Regler: - Doppelte Bereitstellung, jeder kann verwendet werden

  · Abwärtswandler (01)

  · AMS1117 Spannungsregler.(01)

  · PC817:- Opt-Koppler Marke:- Sharp-Paket:-THT (10)

  · G3MB-202PL:- SSR Fabrikat Omron(05), Nulldurchgangsschaltung.

  · LED:-Farbe:- Beliebig, Paket THT (01)

  · 220 oder 250 Ohm Widerstand:- Keramik (11)

  · 100 Ohm Widerstand:- Keramik (5)

  · 8k Ohm Widerstand: - Keramik(1)

  · 2k2 Ohm Widerstand: - Keramik(1)

  · 10K Ohm Widerstand:- Keramik (13)

  · Drucktaste:-Teilecode:- EVQ22705R, Typ:- mit zwei Anschlüssen (02)

  · Glassicherung:- Typ:- Glas, Bewertung:- 2 Ampere @ 230V AC. (5)

  · PCB-Stiftleiste: - Drei Kopfleisten mit drei Pins und eine Kopfleiste mit 4 Pins. Daher ist es vorzuziehen, einen Standard-Streifen mit Stiftleiste zu beschaffen.

Schritt 1: Finalisierung des Konzepts

Finalisierung des Konzepts: - Ich habe die Anforderung wie folgt definiert

1. Machen Sie einen Smart Switch mit 5 Schaltern und können Sie über WIFI steuern.

2. Es kann ohne WIFI durch physische Schalter oder Drucktasten betrieben werden.

3 Schalter kann im DIY-Modus sein, so dass er erneut geflasht werden kann.

4. Es kann in vorhandene Schalttafeln passen, ohne Schalter oder Verkabelung zu ändern.

5. ALLE GPIO des Mikrocontrollers werden im DIY-Modus verwendet.

6. Das Schaltgerät sollte SSR und Nulldurchgang aufweisen, um Rauschen und Schaltüberspannungen zu vermeiden.

7. Größe der Leiterplatte Sollte klein genug sein, damit sie in eine vorhandene Schalttafel passt.

Nachdem wir die Anforderung abgeschlossen haben, besteht der nächste Schritt darin, die Hardware auszuwählen

Schritt 2: Auswahl des Mikrocontrollers

Auswahlkriterien für Mikrocontroller

1. Erforderlicher GPIO:-5 Eingang + 5 Ausgang + 1 ADC.
2. WLAN aktiviert
3. Einfach zu re-flashen, um DIY-Funktionalität bereitzustellen.

ESP8266 ist für obige Anforderung geeignet. es hat 11 GPIO + 1 ADC + WiFi aktiviert.

Ich habe das ESP12F-Modul ausgewählt, das ein ESP8266-Mikrocontroller-basiertes Entwicklungsboard ist, es hat einen kleinen Formfaktor und alle GPIO sind für eine einfache Verwendung bestückt.

Schritt 3: Überprüfen des GPIO-Details der ESP8266-Platine

• Laut ESP8266 Datenblatt werden einige GPIOs für spezielle Funktionen verwendet.
• Während der Testversion von Breadboard habe ich mir am Kopf gekratzt, da ich es nicht starten konnte.
• Schließlich habe ich durch Recherche im Internet und Spielen mit Steckbrett GPIO-Daten zusammengefasst und eine einfache Tabelle zum leichteren Verständnis erstellt.

Schritt 4: Auswahl des Netzteils

Auswahl des Netzteils

• In Indien ist 230VAC die Hausversorgung. Da ESP8266 mit 3,3 VDC arbeitet, müssen wir die Stromversorgung 230 VDC / 3,3 VDC auswählen.
• Aber Power Switching Gerät, das SSR ist und mit 5 V DC arbeitet, also muss ich ein Netzteil auswählen, das auch 5 V DC hat.
• Endlich ausgewähltes Netzteil mit 230V/5VDC.
• Um 3,3 VDC zu erhalten, habe ich einen Buck-Konverter mit 5 VDC / 3,3 VDC ausgewählt.
• Da wir den DIY-Modus entwerfen müssen, biete ich auch den linearen Spannungsregler AMS1117 an.

Schlußfolgerung

Die erste Netzteilumwandlung ist 230VAC / 5 VDC mit 3W Kapazität.

HI-LINK macht HLK-PM01 smps

Zweite Umwandlung ist 5VDC in 3.3VDC

Dafür habe ich einen 5V / 3,3V Buck-Konverter und die Bereitstellung des AMS1117 Linear-Spannungsreglers ausgewählt

So hergestellte Leiterplatten können AMS1117 oder Abwärtswandler (jeder) verwenden.

Schritt 5: Auswahl des Schaltgeräts

• Ich habe Omron Make G3MB-202P SSR ausgewählt

  • SSR mit 2 Ampere. aktuelle Kapazität.
  • Kann mit 5VDC betrieben werden.
  • Stellen Sie Nulldurchgangsschaltung bereit.
  • Eingebaute Snubber-Schaltung.

Was ist Nulldurchgang?

• 50 Hz AC-Versorgung ist eine sinusförmige Spannung.
• Die Polarität der Versorgungsspannung änderte sich alle 20 Millisekunden und 50 Mal in einer Sekunde.
• Spannung wird alle 20 Millisekunden Null.

• Das Nulldurchgangs-SSR erkennt das Nullpotential der Spannung und schaltet den Ausgang in dieser Instanz ein.

  Zum Beispiel: - Wenn der Befehl bei 45 Grad gesendet wird (Spannung bei maximaler Spitze), wird SSR bei 90 Grad eingeschaltet (wenn die Spannung Null ist)

• Dies reduziert Schaltstöße und Rauschen.
• Der Nulldurchgangspunkt wird im angehängten Bild angezeigt (rot hervorgehobener Text)

Schritt 6: ESP8266 PIN-Auswahl

ESP8266 hat insgesamt 11 GPIO und einen ADC-Pin. (Siehe Schritt 3)

Die Pin-Auswahl von esp8266 ist wegen der unteren Kriterien entscheidend.

Kriterien für die Eingangsauswahl:-

• GPIO PIN15 muss während des Bootvorgangs niedrig sein, sonst bootet ESP nicht.

  Es versucht, von der SD-Karte zu booten, wenn GPIO15 während des Bootens hoch ist

• ESP8266 neve Boot Wenn GPIO PIN1 oder GPIO 2 oder GPIO 3 während des Bootens LOW ist.

Kriterien für die Ausgabeauswahl:-

• GPIO PIN 1, 2, 15 & 16 werden während des Bootvorgangs hoch (für einen Bruchteil der Zeit).
• Wenn wir diesen Pin als Eingang verwenden und die PIN während des Hochfahrens auf LOW-Pegel ist, wird dieser Pin aufgrund eines Kurzschlusses zwischen PIN, der niedrig ist, aber ESP8266 schaltet ihn während des Hochfahrens auf HIGH, beschädigt.

Schlußfolgerung:-

Schließlich werden GPIO 0, 1, 5, 15 & 16 für die Ausgabe ausgewählt.

Als Eingang werden GPIO 3, 4, 12, 13 & 14 ausgewählt.

Einschränken:-

• GPIO1 & 3 sind UART-Pins, die zum Flashen von ESP8266 verwendet werden, und wir wollten diese auch als Ausgang verwenden.
• GPIO0 wird verwendet, um ESP in den Flash-Modus zu versetzen und wir haben uns auch entschieden, es als Ausgang zu verwenden.

Lösung für obige Einschränkung:-

1. Problem gelöst durch Bereitstellung von zwei Jumpern.

   1. Jumper für Flash-Modus: - In dieser Position sind alle drei Pins vom Schaltkreis isoliert und mit dem Header für Flash-Modus verbunden.
   2. Run-Modus-Jumper: - In dieser Position werden alle drei Pins mit dem Schaltkreis verbunden.

Schritt 7: Optokopplerauswahl

PIN-Details:-

• PIN 1 & 2 Eingangsseite (eingebaute LED)

  • Pin 1: - Anode
  • Pnd 2:- Kathode

• PIN 3 & 4 Ausgangsseite (Fototransistor.

  • Pin 3:- Sender
  • Pin 4: - Kollektor

Auswahl des Ausgangsschaltkreises

1. ESP 8266 GPIO kann nur 20 m.a. nach esprissif.
2. Optokoppler werden verwendet, um die ESP-GPIO-PIN während der SSR-Umschaltung zu schützen.

3. 220 Ohm Widerstand wird verwendet, um den Strom von GPIO zu begrenzen.

   Ich habe 200, 220 und 250 verwendet und alle Widerstände funktionieren einwandfrei

4. Stromberechnung I = V/R, I = 3.3V / 250*Ohm = 13 ma.
5. Die PC817-Eingangs-LED hat einen gewissen Widerstand, der aus Sicherheitsgründen als Null angesehen wird.

Eingang Auswahl des Schaltkreises

1. Optokoppler PC817 werden im Eingangskreis mit 220 Ohm Strombegrenzungswiderstand verwendet.
2. Der Ausgang des Optokopplers ist zusammen mit dem Pull-Up-Widerstand mit GPIO verbunden.

Schritt 8: Vorbereitung des Schaltungslayouts

Nachdem wir alle Komponenten ausgewählt und die Verdrahtungsmethodik definiert haben, können wir mit der Entwicklung von Circuit mit einer beliebigen Software fortfahren.

Ich habe Easyeda verwendet, eine webbasierte PCB-Entwicklungsplattform, die einfach zu bedienen ist.

URL von Easyeda:- EsasyEda

Zur einfachen Erklärung habe ich die gesamte Schaltung in Stücke unterteilt. & zuerst ist der Stromkreis.

Stromkreis A:- 230 VAC bis 5 VDC

1. HI-Link stellt HLK-PM01 SMPS her, um 230 Vac in 5 V DC umzuwandeln.
2. Die maximale Leistung beträgt 3 Watt. bedeutet, dass es 600 ma liefern kann.

Stromkreis B: - 5VDC bis 3,3VDC

Da diese Platine im DIY-Modus ist. Ich habe zwei Methoden zur Verfügung gestellt, um 5V in 3,3V umzuwandeln.

1. Mit AMS1117 Spannungsregler.
2. Verwenden des Buck-Konverters.

Jeder kann je nach Verfügbarkeit der Komponenten verwendet werden.

Schritt 9: ESP8266 Verkabelung

Die Net-Port-Option wird verwendet, um den Schaltplan zu vereinfachen.

Was ist Netport??

1. Net post bedeutet, dass wir der gemeinsamen Kreuzung einen Namen geben können.
2. Wenn Sie denselben Namen in verschiedenen Teilen verwenden, betrachtet Easyeda alle denselben Namen als ein einzelnes verbundenes Gerät.

Einige Grundregeln der esp8266-Verkabelung

1. CH_PD-Pin muss hoch sein.
2. Reset-Pin muss während des normalen Betriebs hoch sein.
3. GPIO 0, 1 & 2 sollten beim Booten nicht auf Low stehen.
4. GPIO 15 sollte beim Booten nicht auf High-Level stehen.
5. Unter Berücksichtigung aller oben genannten Punkte ist das ESP8266-Verkabelungsschema vorbereitet. & im schematischen Bild gezeigt.
6. GPIO2 wird als Status-LED und angeschlossene LED in umgekehrter Polarität verwendet, um GPIO2 LOW während des Bootvorgangs zu vermeiden.

Schritt 10: ESP8266 Ausgangsschaltkreis

ESO8266 GPIO 0, 1, 5, 15 & 16 als Ausgang verwendet.

1. Um GPIO 0 & 1 auf hohem Niveau zu halten, unterscheidet sich seine Verdrahtung etwas von anderen Ausgängen.

   1. Booth dieser Pin liegt beim Booten auf 3,3 V.
   2. PIN1 von PC817, die Anode ist, ist mit 3,3 V verbunden.
   3. PIN2, die Kathode ist, ist über einen Strombegrenzungswiderstand (220/250 Ohm) mit GPIO verbunden.
   4. Da die in Durchlassrichtung vorgespannte Diode 3,3 V (0,7 V Diodenabfall) durchlassen kann, erhalten beide GPIO beim Hochfahren fast 2,5 VDC.

2. Der verbleibende GPIO-Pin, der mit PIN1 verbunden ist, ist die Anode von PC817 und Masse ist mit PIN2 verbunden, die eine Kathode ist, die einen Strombegrenzungswiderstand verwendet.

   1. Wenn Masse mit Kathode verbunden ist, wird sie von der PC817-LED durchgehen und GPIO auf Low-Pegel halten.
   2. Dadurch wird GPIO15 beim Booten LOW.
3. Wir haben das Problem aller drei GPIOs gelöst, indem wir ein anderes Verdrahtungsschema übernommen haben.

Schritt 11: Eingabe Esp8266

Als Eingang werden GPIO 3, 4, 12, 13 & 14 verwendet.

Da die Eingangsverkabelung mit dem Feldgerät verbunden wird, ist ein Schutz für den ESP8266 GPIO erforderlich.

Optokoppler PC817 zur Eingangsisolierung.

1. PC817 Eingangskathoden sind mit Stiftleisten mit Strombegrenzungswiderstand (250 Ohm) verbunden.
2. Anode aller Optokoppler ist mit 5VDC verbunden.
3. Immer wenn der Eingangspin mit Masse verbunden ist, wird der Optokoppler in Durchlassrichtung vorgespannt und der Ausgangstransistor eingeschaltet.
4. Kollektor des Optokopplers ist mit GPIO zusammen mit 10 K Pull-up-Widerstand verbunden.

Was ist Pullup???

• Pull-up-Widerstand wird verwendet, um GPIO stabil zu halten, ein hochohmiger Widerstand ist mit GPIO verbunden und ein anderes Ende ist mit 3,3 V verbunden.
• dies hält GPIO auf hohem Niveau und vermeidet falsches Auslösen.

Schritt 12: Endgültiger Schaltplan

Nach Fertigstellung aller Teile ist es Zeit, die Verkabelung zu überprüfen.

Easyeda Bieten Sie hierfür eine Funktion an.

Schritt 13: PCB konvertieren

Schritte zum Konvertieren der Schaltung in ein PCB-Layout

1. Nach der Herstellung von Circuit können wir es in ein PCB-Layout umwandeln.
2. Durch Drücken der Option In PCB konvertieren des Easyeda-Systems wird die Konvertierung des Schaltplans in das PCB-Layout gestartet.
3. Wenn ein Verdrahtungsfehler oder unbenutzte Pins vorhanden sind, wird ein Fehler/Alarm generiert.
4. Durch Überprüfen des Fehlers im rechten Abschnitt der Softwareentwicklungsseite können wir jeden Fehler einzeln beheben.
5. PCB-Layout nach Fehlerbeseitigung generiert.

Schritt 14: PCB-Layout & Komponentenanordnung

Komponentenplatzierung

1. Alle Komponenten mit ihren aktuellen

2. Abmessungen und Beschriftungen werden im PCB-Layout-Bildschirm angezeigt.

   Der erste Schritt besteht darin, die Komponente anzuordnen

3. Versuchen Sie, die Hochspannungs- und Niederspannungskomponente so weit wie möglich zu platzieren.

4. Passen Sie jede Komponente entsprechend der erforderlichen PCB-Größe an.

   Nachdem wir alle Komponenten arrangiert haben, können wir Spuren machen

5. (Spurenbreite muss entsprechend dem Strom des Schaltungsteils angepasst werden)
6. Einige der Spuren werden mit der Layoutänderungsfunktion unten auf der Platine verfolgt.
7. Stromleiterbahnen bleiben nach der Herstellung zum Löten und Gießen frei.

Schritt 15: Endgültiges PCB-Layout

Schritt 16: 3D-Ansicht überprüfen und Ggerber-Datei generieren

Easyeda bietet eine 3D-Ansichtsoption, mit der wir die 3D-Ansicht der Leiterplatte überprüfen und eine Vorstellung davon bekommen können, wie sie nach der Herstellung aussieht.

Nach der Überprüfung der 3D-Ansicht Gerber-Dateien generieren.

Schritt 17: Bestellung aufgeben

Nach der Generierung des Gerber-Dateisystems bietet eine Frontansicht des endgültigen PCB-Layouts und Kosten von 10 PCB.

Wir können Bestellungen direkt bei JLCPCB aufgeben, indem wir auf die Schaltfläche "Bestellen bei JLCPCB" klicken.

Wir können die Farbmaskierung nach Bedarf auswählen und die Lieferart auswählen.

Bei Bestellung und Zahlung erhalten wir PCB innerhalb von 15-20 Tagen.

Schritt 18: Leiterplatte empfangen

Überprüfen Sie die Vorder- und Rückseite der Leiterplatte nach Erhalt.

Schritt 19: Bauteillöten auf der Platine

Gemäß der Komponentenidentifikation AUF der Platine wurde mit dem Löten aller Komponenten begonnen.

Passen Sie auf: - Einige Teile sind auf der Rückseite, also überprüfen Sie die Beschriftung auf der Platine und das Teilehandbuch vor dem endgültigen Löten.

Schritt 20: Erhöhung der Stromschienendicke

Für Stromanschlussspuren lege ich während des PCB-Layout-Prozesses offene Spuren.

Wie im Bild gezeigt, sind alle Stromleiterbahnen offen, so dass zusätzliches Löten darauf gegossen wird, um die Strompflegekapazität zu erhöhen.

Schritt 21: Endkontrolle

Nach dem Löten aller Komponenten alle Komponenten mit Multimeter überprüfen

1. Widerstandswertprüfung
2. Optokoppler-LED-Prüfung
3. Erdungsprüfung.

Schritt 22: Flashen der Firmware

Drei Jumper von PCB werden verwendet, um esp in den Boot-Modus zu versetzen.

Überprüfen Sie den Jumper für die Stromauswahl auf 3,3 VDC des FTDI-Chips.

FTDI-Chip an PCB anschließen

1. FTDI TX: - PCB RX
2. FTDI-RX: - PCB-TX
3. FTDI VCC:-Leiterplatte 3.3V
4. FTDI G: - PCB G

Schritt 23: Flashen Sie die Tasamota-Firmware auf ESP

Flash-Tasmota auf ESP8266

1. Laden Sie die Datei Tasamotizer & tasamota.bin herunter.
2. Download-Link von Tasmotizer:- tasmotizer
3. Download-Link von tasamota.bin:- Tasmota.bin
4. Installieren Sie tasmotazer und öffnen Sie es.
5. Klicken Sie in Tasmotizer auf selectport Drill Dawn.
6. Wenn FTDI angeschlossen ist, erscheint der Port in der Liste.
7. Wählen Sie den Port aus der Liste aus (bei mehreren Ports überprüfen Sie, welcher Port von FTDI ist)
8. Klicken Sie auf die Schaltfläche Öffnen und wählen Sie die Datei Tasamota.bin vom Download-Speicherort aus.
9. Klicken Sie auf die Option Löschen vor dem Flashen (löschen Sie spiff, wenn Daten vorhanden sind)
10. Drücken Sie Tasamotize! Taste
11. Wenn alles in Ordnung ist, erhalten Sie einen Fortschrittsbalken für das Löschen von Flash.
12. Sobald der Prozess abgeschlossen ist, wird das Popup "Restart esp" angezeigt.

Trennen Sie den FTDI von der Platine.

Ändern Sie den Drei-Jumper von Flash auf Run Side.

Schritt 24: Tasmota einstellen

Verbinden Sie die Stromversorgung mit der Platine

Online-Hilfe zur Tasmota-Konfiguration: -Tasmota-Konfigurationshilfe

ESP startet und die Status-LED der Platine blinkt einmal. Öffnen Sie den Wifimanger auf dem Laptop. Es wird angezeigt, dass der neue AP "Tasmota" angeschlossen ist. sobald eine verbundene Webseite geöffnet wurde.

1. Konfigurieren Sie WIFI ssid und Passwort Ihres Routers auf der Seite Wifi konfigurieren.
2. Gerät wird nach dem Speichern neu gestartet.
3. Sobald die Verbindung wiederhergestellt ist Öffnen Sie Ihren Router, suchen Sie nach einer neuen Geräte-IP und notieren Sie sich seine IP.
4. Öffnen Sie die Webseite und geben Sie diese IP ein. Webseite für die Tasmota-Einstellung geöffnet.
5. Legen Sie den Modultyp (18) in der Option "Modul konfigurieren" fest und stellen Sie alle Ein- und Ausgänge wie im Konfigurationsbild erwähnt ein.
6. PCB neustarten und gut.

Schritt 25: Verdrahtungsanleitung und Demo

Endgültige Verdrahtung und Test der PCB

Die Verdrahtung aller 5 Eingänge ist mit 5 Schaltern/Tasten verbunden.

Der zweite Anschluss aller 5 Geräte ist mit dem gemeinsamen "G"-Draht des Eingangskopfes verbunden.

Ausgangsseite 5-Draht-Verbindung zu 5-Haushaltsgerät.

Geben Sie 230 zum Eingang der Platine.

Smart Swith mit 5 Eingängen & 5 Ausgängen ist einsatzbereit.

Demo der Studie:- Demo