التحكم الصوتي بالمنزل V1.0: 12 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

قبل بضعة أشهر حصلت على مساعد شخصي ، وتحديداً جهاز Echo Dot المجهز بـ Alexa. اخترته لأنني اكتشفت أنه بطريقة بسيطة يمكن إضافة مكونات إضافية للتحكم في إيقاف تشغيل الجهاز وتشغيله مثل الأضواء والمراوح وما إلى ذلك. رأيت في المتاجر عبر الإنترنت عددًا كبيرًا من الأجهزة التي تؤدي هذه الوظيفة ، وهذا هو الوقت الذي فكرت فيه…. لماذا لا تصنع خاصتك

مع وضع هذه الفكرة في الاعتبار ، بدأت في تصميم لوحة بها اتصال Wi-Fi و 4 مرحلات إخراج. أدناه سوف أصف التصميم خطوة بخطوة من الرسم التخطيطي وتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور والبرمجة والاختبار وبلغت ذروتها في التشغيل الناجح.

الميزات

1. اتصال شبكة واي فاي
2. جهد الإدخال 100 / 240VAC
3. 4 مرحلات إخراج (بحد أقصى 10 أمبير)
4. مؤشر الطاقة LED
5. 4 مؤشر طاقة LED للتتابع
6. رأس البرمجة
7. زر إعادة الضبط

الخطوة 1: المكونات والأدوات

عناصر

1. 3 مقاومات 0805 من 1 كيلو أوم
2. 5 مقاومات 0805 من 220 أوم
3. 2 مقاومات 0805 من 10 كيلو أوم
4. 1 المقاوم 0805 من 4.7 كيلو أوم
5. 2 مكثفات 0805 من 0.1 فائق التوهج
6. 2 مكثفات 0805 من 10 فائق التوهج
7. 4 ثنائيات ES1B أو ما شابه ذلك من حزمة 100v 1A SMA
8. 1 منظم الجهد AMS1117-3.3
9. 4 المصابيح الخضراء 0805
10. 1 لمبة LED حمراء 0805
11. 4 ترانزستورات NPN MMBT2222A أو حزمة SOT23 مماثلة
12. 1 وحدة ESP 12-E Wi-Fi
13. 1 مصدر الطاقة HLK-PM01
14. 1 التبديل اللمس SMD
15. رأس دبوس واحد من 6 أوضاع
16. 5 كتلة طرفية من موقعين 5.08 مم
17. 4 مرحلات 5VDC

أدوات

1. محطة لحام أو كاوتين 25-30 وات
2. لحام الرصاص
3. تدفق
4. ملاقيط
5. الفتيل Desoldering

الخطوة 2: مزود الطاقة ومنظم الجهد

لتشغيل الدائرة يتطلب جهد 2 ، واحد من 3.3 VDC لقسم التحكم ، وآخر من 5 VDC لقسم الطاقة ، حيث أن الفكرة هي أن اللوحة بها كل ما هو ضروري للتشغيل ، استخدم مصدر تبديل يزود مباشرة 5 فولت ويتم تشغيله بجهد خط ضروري ، وهذا يحفظنا من الحاجة إلى محول طاقة خارجي ونحتاج فقط إلى إضافة منظم خطي 3.3 فولت (LDO).

مع وضع ما سبق في الاعتبار ، كمصدر ، اخترت Hi-Link HLK-PM01 الذي يحتوي على جهد إدخال يتراوح من 100 إلى 240 فولت تيار متردد عند 0.1 أمبير وإخراج 5 فولت تيار مستمر عند 0.6 أمبير ، متبوعًا بهذا ، قمت بوضع AMS1117-3.3 على نطاق واسع المنظم بالفعل وهو أمر شائع جدًا وبالتالي فهو متاح بسهولة.

بالرجوع إلى ورقة البيانات الخاصة بـ AMS1117 ، ستجد قيم مكثفات الإدخال والإخراج ، وهي 0.1 فائق التوهج و 10 فائق التوهج للإدخال وقسم آخر متساوٍ للإخراج. أخيرًا ، قمت بوضع مؤشر LED لمؤشر الطاقة بمقاومته المحددة ، والتي يمكن حسابها بسهولة بتطبيق قانون أوم:

R = 5V-Vled / Iled

R = 5 - 2 / 0.015 = 200

التيار 15 مللي أمبير في الصمام بحيث لا يلمع بشدة ويطيل من عمره.

الخطوة 3: قسم التحكم

في هذا القسم ، اخترت وحدة ESP-12-E Wi-Fi لأنها صغيرة ورخيصة وسهلة الاستخدام مع Arduino IDE. نظرًا لأن الوحدة تحتوي على كل ما هو ضروري لتشغيلها ، فإن الأجهزة الخارجية اللازمة لعمل المرساب الكهروستاتيكي تكون في حدها الأدنى.

هناك شيء يجب مراعاته وهو أن بعض وحدات GPIO الخاصة بالوحدة لا ينصح باستخدامها والبعض الآخر لها وظائف محددة ، وبعد ذلك سأعرض جدولاً حول المسامير والوظائف التي تؤديها:

GPIO --------- الإدخال ---------------- الإخراج ---------------------- ---ملحوظات

GPIO16 ------ لا مقاطعة ------ لا يوجد دعم PWM أو I2C - يستخدم مرتفع عند التمهيد للاستيقاظ من النوم العميق

GPIO5 ------- حسنًا ------------------- حسنًا --------------- غالبًا ما تستخدم كـ SCL (I2C)

GPIO4 ------- حسنًا ------------------- حسنًا --------------- غالبًا ما تستخدم SDA (I2C)

GPIO0 ------- تم سحبه لأعلى ---------- حسنًا --------------- منخفض إلى وضع FLASH ، يفشل التمهيد إذا تم سحبه منخفضًا

GPIO2 ------- تم سحبه لأعلى ---------- حسنًا --------------- فشل التمهيد إذا تم سحبه منخفضًا

GPIO14 ----- حسنًا ------------------- حسنًا --------------- SPI (SCLK)

GPIO12 ----- حسنًا ------------------- حسنًا --------------- SPI (MISO)

GPIO13 ----- حسنًا ------------------- حسنًا --------------- SPI (MOSI)

GPIO15 ----- تم سحبه إلى GND ---- حسنًا --------------- فشل التمهيد SPI (CS) إذا تم سحبه عاليًا

GPIO3 ------- حسنًا ------------------- RX pin ---------- مرتفع في التمهيد

GPIO1 ------- TX pin -------------- حسنًا --------------- مرتفع عند التمهيد ، يفشل التمهيد إذا تم سحبه منخفضًا

ADC0 -------- المدخلات التناظرية ----- X

تم العثور على المعلومات أعلاه على الرابط التالي:

بناءً على البيانات المذكورة أعلاه ، اخترت المسامير 5 و 4 و 12 و 14 باعتبارها المخرجات الرقمية التي ستعمل على تنشيط كل من المرحلات ، وهي الأكثر استقرارًا وأمانًا للتنشيط.

أخيرًا أضفت ما هو ضروري للبرمجة ، وزر إعادة تعيين على هذا الدبوس ، ومقاوم متصل بالطاقة على دبوس التمكين ، ومقاومة للأرض على GPIO15 ، ورأس يُستخدم لتوصيل FTDI بدبابيس TX و RX و قم بتأريض GPIO0 لوضع الوحدة في وضع الفلاش.

الخطوة 4: قسم الطاقة

سيهتم هذا القسم باستخدام الإخراج 3.3VDCs على منافذ GPIO لتنشيط مرحل. تحتاج المرحلات إلى طاقة أكبر من تلك التي يوفرها دبوس ESP ، لذلك يلزم وجود ترانزستور لتنشيطه ، وفي هذه الحالة نستخدم MMBT2222A.

يجب أن نأخذ في الاعتبار التيار الذي سيمر عبر المجمع (Ic) ، باستخدام هذه البيانات يمكننا حساب المقاومة التي سيتم وضعها في قاعدة الترانزستور. في هذه الحالة ، سيكون Ic هو مجموع التيار الذي يمر عبر ملف الترحيل وتيار مؤشر LED الذي يشير إلى الاشتعال:

Ic = Irelay + Iled

Ic = 75mA + 15mA = 90mA

نظرًا لأن لدينا Ic الحالي ، يمكننا حساب المقاومة الأساسية للترانزستور (Rb) ولكننا نحتاج إلى زوج بيانات إضافي ، وهو كسب الترانزستور (hFE) ، والذي في حالة MMBT2222A له قيمة 40 (الكسب بلا أبعاد ، وبالتالي لا تحتوي على وحدات قياس) وإمكانات الحاجز (VL) الموجودة في ترانزستورات السيليكون لها قيمة 0.7 فولت. مع ما سبق يمكننا المضي قدمًا في حساب Rb بالصيغة التالية:

Rb = [(VGPIO - VL) (hFE)] / Ic

Rb = [(3.3 - 0.7) (40)] / 0.09 = 1155.55 أوم

بناءً على الحساب أعلاه ، اخترت مقاومة 1 كيلو أوم.

أخيرًا ، تم وضع الصمام الثنائي بالتوازي مع ملف الترحيل مع الكاثود الذي يواجه Vcc. يمنع الصمام الثنائي ES1B FEM العكسي (FEM ، أو القوة الدافعة العكسية هي الجهد الذي يحدث عندما يتغير التيار عبر الملف)

الخطوة 5: تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور: تنظيم التخطيط والمكون

من أجل تطوير التخطيطي والبطاقة ، استخدمت برنامج Eagle.

يبدأ بجعل مخطط ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، يجب أن يلتقط كل جزء تم شرحه مسبقًا من الدائرة ، ويبدأ بوضع رمز كل مكون يدمجها ، ثم يتم إجراء الاتصالات بين كل مكون ، ويجب الحرص على عدم الاتصال خطأ ، سوف ينعكس هذا الخطأ في تصميم الدائرة مسبباً عطل. أخيرًا ، سيتم تحديد قيم كل مكون وفقًا لما تم حسابه في الخطوات السابقة.

الآن يمكننا الاستمرار في تصميم البطاقة ، أول شيء يجب علينا القيام به هو تنظيم المكونات بحيث تشغل أقل مساحة ممكنة ، وهذا سيقلل من تكلفة التصنيع. أنا شخصياً أحب تنظيم المكونات بطريقة يتم فيها تقدير التصميم المتماثل ، وهذه الممارسة تساعدني عند التوجيه ، وتجعلها أسهل وأكثر أناقة.

من المهم اتباع شبكة عند استيعاب المكونات والطريق ، في حالتي استخدمت شبكة 25mil ، وفقًا لقاعدة IPC ، يجب أن يكون للمكونات فاصل بينها ، وعمومًا يكون هذا الفصل أيضًا 25mil.

الخطوة 6: تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور: الحواف والثقوب المتصاعدة

بعد وضع جميع المكونات ، يمكننا تحديد PCB ، باستخدام طبقة "20 Dimension" ، يتم رسم محيط اللوحة ، مما يضمن أن جميع المكونات بداخلها.

كاعتبارات خاصة ، تجدر الإشارة إلى أن وحدة Wi-Fi بها هوائي مدمج في PCB ، لتجنب تخفيف استقبال الإشارة ، قمت بعمل قطع أسفل المنطقة التي يوجد بها الهوائي.

من ناحية أخرى ، سنعمل مع التيار المتردد ، هذا له تردد من 50 إلى 60 هرتز اعتمادًا على البلد الذي تتواجد فيه ، يمكن لهذا التردد أن يولد ضوضاء في الإشارات الرقمية ، لذلك من الجيد عزل المقاطع التي تتعامل التيار المتردد من الجزء الرقمي ، ويتم ذلك عن طريق إجراء تخفيضات في البطاقة بالقرب من المناطق التي يدور فيها التيار المتردد. ما سبق يساعد أيضًا في تجنب أي ماس كهربائي على ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

أخيرًا ، يتم وضع فتحات التثبيت في الزوايا الأربع لثنائي الفينيل متعدد الكلور حتى إذا كنت ترغب في وضعها في خزانة ، فإن الوضع سهل وسريع.

الخطوة 7: تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور: أعلى التوجيه

نبدأ الجزء الممتع ، التوجيه ، وهو إجراء الاتصالات بين المكونات باتباع اعتبارات معينة مثل عرض المسار وزوايا الدوران. بشكل عام ، أقوم أولاً بإجراء الاتصالات التي ليست قوة وأرضية ، لأن الأخير أقوم بعمله مع الخطط.

تعد طائرات الأرض والطاقة المتوازية مفيدة للغاية في تخفيف الضوضاء عند مصدر الطاقة نظرًا لمقاومتها السعوية ويجب أن تنتشر على أوسع مساحة ممكنة من اللوحة. كما أنها تساعدنا في تقليل الإشعاع الكهرومغناطيسي (EMI).

بالنسبة للمسارات ، يجب أن نكون حريصين على عدم توليد المنعطفات بزاوية 90 درجة ، لا عريضة جدًا ولا رفيعة جدًا. يمكنك العثور على الإنترنت على أدوات تساعدنا في حساب عرض المسارات مع مراعاة درجة الحرارة والتيار الذي سينتشر وكثافة النحاس على PCB: https://www.4pcb.com/trace-width-calculator. لغة البرمجة

الخطوة 8: تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور: التوجيه السفلي

في الجزء السفلي ، نقوم بعمل الاتصالات المفقودة وفي المساحة الزائدة نضع الطائرات الأرضية والطاقة ، يمكننا أن نلاحظ أنه تم وضع العديد من الفتحات التي تربط الطائرات الأرضية لكلا الوجهين ، وهذه الممارسة هي تجنب الحلقات الأرضية.

الحلقات الأرضية هي نقطتان يجب أن تكون لها نظريًا نفس الإمكانات ولكنها في الحقيقة ليست بسبب مقاومة المادة الموصلة.

تم أيضًا كشف المسارات من ملامسات الترحيل إلى المحطات ، من أجل تعزيزها باللحام وتحمل حمل تيار أعلى دون ارتفاع درجة الحرارة والحرق.

الخطوة 9: ملفات جربر وطلب ثنائي الفينيل متعدد الكلور

يتم استخدام ملفات Gerber من قبل صناعة لوحات الدوائر المطبوعة لتصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، وهي تحتوي على جميع المعلومات اللازمة لتصنيعها ، مثل الطبقات النحاسية ، وقناع اللحام ، والشاشة الحريرية ، إلخ.

يعد تصدير ملفات Gerber من Eagle أمرًا بسيطًا للغاية باستخدام خيار "Generate CAM Data" ، حيث يقوم معالج CAM بإنشاء ملف.zip يحتوي على 10 ملفات مطابقة لطبقات PCB التالية:

1. النحاس السفلي
2. بالشاشة الحريرية السفلية
3. معجون اللحام السفلي
4. أسفل قناع اللحام
5. طبقة مطحنة
6. قمة النحاس
7. أعلى بالشاشة الحريرية
8. أعلى لصق جندى
9. أعلى قناع اللحام
10. ملف الحفر

حان الوقت الآن لتحويل ملفات Gerber الخاصة بنا إلى PCB حقيقي. قم بتحميل ملفات جربر الخاصة بي في JLCPCB لتصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاص بي. خدمتهم سريعة جدا. لقد استلمت ثنائي الفينيل متعدد الكلور في المكسيك خلال 10 أيام.

الخطوة 10: تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور

الآن بعد أن أصبح لدينا ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، نحن جاهزون لتجميع اللوحة ، لذلك سنحتاج إلى محطة لحام ولحام وتدفق وملاقط وشبكة لإلغاء اللحام.

سنبدأ بلحام جميع المقاومات في أماكنها الخاصة ، ونضع كمية صغيرة من اللحام على إحدى الوسادتين ، ونلحم طرف المقاومة وننتقل إلى لحام الطرف المتبقي ، وسنكرر هذا في كل واحدة المقاومات.

بالطريقة نفسها ، سنستمر في استخدام المكثفات ومصابيح LED ، وعلينا توخي الحذر مع الأخير نظرًا لوجود علامة خضراء صغيرة تشير إلى الكاثود.

سنشرع في لحام الثنائيات والترانزستورات ومنظم الجهد وزر الضغط. إنها تحترم علامات قطبية الثنائيات التي تُظهر الشاشة الحريرية ، كما يجب توخي الحذر عند لحام الترانزستورات ، حيث يمكن أن يؤدي تسخينها كثيرًا إلى إتلافها.

الآن سنضع وحدة Wi-Fi ، أولاً سنلحم دبوسًا مع الحرص على أنه محاذي تمامًا ، وتحقيق ذلك ، سنلحم جميع المسامير المتبقية.

يبقى فقط لحام جميع مكونات الثقب ، فهي الأبسط لكونها ذات حجم أكبر ، فقط تأكد من عمل لحام نظيف ذو مظهر لامع.

كخطوة إضافية ، سنقوم بتقوية المسارات المكشوفة للمرحلات بالقصدير ، كما ذكرت من قبل ، فهذا سيساعد المسار على تحمل المزيد من التيار دون احتراق.

الخطوة 11: البرمجيات

بالنسبة للبرمجة ، قمت بتثبيت مكتبة Arduino fauxmoesp ، باستخدام هذه المكتبة ، يمكنك محاكاة مصابيح Phillips Hue ، على الرغم من أنه يمكنك أيضًا التحكم في مستوى السطوع ، فإن هذه اللوحة ستعمل فقط كمفتاح تشغيل / إيقاف.

أترك لك الرابط حتى تتمكن من تنزيل المكتبة وتثبيتها:

استخدم رمز مثال من هذه المكتبة وقم بإجراء التعديلات اللازمة لتشغيل الجهاز ، أترك كود Arduino لتنزيله واختباره.

الخطوة 12: الخاتمة

بمجرد تجميع الجهاز وبرمجته ، سنشرع في اختبار وظائفه ، نحتاج فقط إلى وضع كابل طاقة في اللوحة الطرفية العلوية وتوصيله بمقبس يوفر 100-240VAC ، ويضيء مؤشر LED الأحمر (ON) ، سيبحث عن شبكة الإنترنت وسيقوم بالاتصال.

ندخل إلى تطبيق Alexa الخاص بنا ونطلب منك البحث عن أجهزة جديدة ، وستستغرق هذه العملية حوالي 45 ثانية. إذا كان كل شيء صحيحًا ، يجب أن ترى 4 أجهزة جديدة ، واحد لكل مرحل على اللوحة.

الآن يبقى فقط إخبار Alexa بتشغيل الأجهزة وإيقافها ، يظهر هذا الاختبار في الفيديو.

مستعد!!! يمكنك الآن تشغيل الجهاز الذي تريده وإيقافه باستخدام مساعدك الشخصي.