Prise intelligente : 6 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Projets Fusion 360 »

Avis de non-responsabilité: ce projet est destiné à montrer comment vous pouvez prototyper avec une imprimante PCB SV2. Ce n'est pas un produit que vous devriez utiliser comme un article de tous les jours. Il n'a été ni conçu ni testé pour se conformer aux normes de sécurité appropriées. Vous êtes responsable de tout risque que vous prenez lors de l'utilisation de cette conception

Une prise intelligente est un appareil IOT qui permet de contrôler n'importe quel appareil connecté à l'aide d'un serveur Web via n'importe quel navigateur. Le serveur Web que nous avons programmé ici nous permet de décider quels appareils connectés s'allumeront et s'éteindront, permettant essentiellement le "branchement" et le "débranchement" virtuels en appuyant sur un bouton d'un téléphone ou en cliquant sur un ordinateur.

Fournitures

Composants principaux: quantité x article (numéro de pièce Digikey)

• 1 x prise mâle et câblage NEMA5-15P (Q108-ND)
• 3 x Prise femelle NEMA5-15R (Q227-ND)
• 1 x module Wifi ESP32-WROOM-32D (1904-1023-1-ND)
• 3 x relais statiques (255-3922-1-ND)
• 1 x régulateur de tension 3.3V (AZ1117EH-3.3TRG1DIDKR-ND)
• 3 x NFET (DMN2056U-7DICT-ND)
• 9 x Résistance 100 ohm (311-100LRCT-ND)
• 4 x Résistance 10k ohm (311-10KGRCT-ND)
• 2 x condensateur 1uF (399-4873-1-ND)
• 1 x Condensateur 10uF (399-4925-1-ND)
• 2 x condensateur 0,1 uF (399-1043-1-ND)
• 3 LED (C503B-BCS-CV0Z0461-ND)
• 1 x connecteur de bord (S3306-ND)
• 1 convertisseur AC-DC 5V 1A (945-3181-ND)

Autres composants/matériaux utilisés:

1. Gaine thermorétractable, 8 pouces
2. Pâte à souder basse température

Outils et équipement:

• Imprimante PCB SV2
• Imprimante 3D
• Fer à souder
• Pistolet de refusion
• Alimentation CC
• Tournevis (3mm Hex)
• Super colle
• Programmeur série USB

Étape 1: Imprimez la conception du PCB

Selon la façon dont vous créez votre propre appareil, ces étapes peuvent varier. Pour fabriquer cet appareil spécifique, nous avons créé un design PCB et l'avons imprimé à l'aide de l'imprimante PCB SV2. Puisque nous avons utilisé un PCB et non une proto-board ou une maquette, la plupart de nos composants sont montés en surface, comme le micro-contrôleur, qui était un module ESP32-WROOM-32D, et les relais, que nous avons choisis pour être de haute puissance relais statiques. Les composants spécifiques que nous avons utilisés, ainsi que leurs numéros de référence Digi-Key, sont indiqués ci-dessus dans les documents, mais vous pouvez modifier les composants pour les personnaliser selon votre conception spécifique. Les valeurs des condensateurs doivent rester relativement les mêmes si vous avez l'intention d'utiliser les mêmes composants. Les valeurs des résistances de limitation de courant peuvent changer en fonction de la couleur de LED que vous utilisez, car la tension directe et le courant peuvent être différents ! Cette calculatrice vous permettra de saisir les paramètres de votre conception et de calculer les valeurs de résistance pour vous. Nous avons utilisé des LED bleues, connues pour avoir une chute de tension plus élevée que celle des variantes rouges. Assurez-vous que vos composants qui interagiront avec l'alimentation secteur (les relais statiques, les connecteurs et les prises de courant) sont conçus pour une tension secteur CA et un courant suffisant (120 V 60 Hz aux États-Unis, environ 10 à 15 watts). Le schéma et la conception PCB utilisés pour créer notre prise intelligente sont disponibles sur le site Web de BotFactory et vous pouvez en savoir plus à leur sujet sur notre article de blog, intitulé Création d'une prise intelligente.

Étape 2: ajouter les composants

L'étape suivante consistait à ajouter tous les composants sur la carte imprimée. Il y a deux façons de le faire, vous pouvez soit utiliser la capacité de sélection et de placement du SV2 si vous en utilisez un, soit vous pouvez souder à la main chaque composant pour embarquer un par un. Comme il s'agissait du premier prototype et que nous voulions nous assurer que chaque pièce fonctionne les unes avec les autres, nous avons placé chaque composant à la main et assuré la continuité entre les composants à l'aide d'un multimètre. Nous avons utilisé de la pâte à souder thermiquement stable à basse température pour fixer les composants au PCB. Certaines des connexions externes, telles que les connexions aux prises de courant et les connexions au convertisseur AC-DC, ont été effectuées à l'aide d'un connecteur de bord. Pour cette raison, tout ce qui était nécessaire était d'imprimer les doigts d'or sur le PCB et de le brancher pour fournir une connexion de circuit. Une fois que tout était sur la carte, elle était alimentée par une alimentation à tension et courant variables, qui a une fonctionnalité de limitation de courant afin d'empêcher la fumée magique de s'échapper lors d'un court-circuit. Si tout va bien (pas de fumée magique, pas de composants surchauffés, pas d'explosions), vous pouvez procéder au téléchargement du code sur l'ESP32.

Étape 3: Téléchargez votre code

L'ESP32 était connecté à un ordinateur à l'aide des broches TXD, RXD et GND, à l'aide d'un câble USB vers série. N'oubliez pas que le TXD de votre câble se connecte à la broche RXD du microcontrôleur et vice versa. À l'aide de l'IDE Arduino, les cartes des variantes ESP32 ont été chargées et la carte "FireBeetle-ESP32" a été sélectionnée car elle prenait en charge nativement la puce ESP32 nue que nous utilisions. Le code qui a été utilisé connecte essentiellement le micro-contrôleur à votre routeur Wi-Fi et ouvre une connexion au port 80. Une fois que ce port est ouvert, il fournit une page Web à tout périphérique qui s'y connecte et peut basculer les broches GPIO entre haut et bas basé sur les entrées de bouton sur la page Web. De plus, des URL spécifiques peuvent être utilisées pour allumer ou éteindre un appareil. Assurez-vous de modifier le code inclus pour inclure le SSID Wi-Fi et le mot de passe du réseau auquel vous souhaitez connecter la prise intelligente. Le réseau auquel nous l'avons connecté était sécurisé avec WPA2, mais il peut ou non fonctionner avec des réseaux non sécurisés.

Étape 4: Testez

À l'aide des outils et des connexions appropriés, vérifiez que toutes les connexions et tous les composants de votre appareil presque terminé fonctionnent ! Testez les composants AC (le convertisseur AC-DC et la prise NEMA5) séparément et manipulez-les correctement, ils sont destinés à la haute tension ! À l'aide d'une alimentation CC externe, mettez votre circuit sous tension et vérifiez que vous pouvez allumer et éteindre les transistors à l'aide de l'interface Web, qui devrait à son tour faire fonctionner les LED correspondantes et permettre au courant de traverser les relais à semi-conducteurs.

Étape 5: Imprimez le boîtier

Selon les composants que vous avez choisis et la façon dont vous les disposez, votre boîtier peut être façonné différemment. Ici, nous avons utilisé un boîtier rectangulaire qui abrite le convertisseur AC-DC, le PCB, le connecteur de bord et présente des profils pour les prises NEMA5-15R. Nous l'avons conçu à l'aide de Fusion 360 et l'avons imprimé à l'aide d'une imprimante 3D, et avons fixé la plaque frontale supérieure à l'aide d'inserts thermofixés de 3 mm et de vis hexagonales de 3 mm. La colle fonctionne aussi bien si vous ne disposez pas d'inserts thermodurcissables. Si vous utilisez des inserts thermofixés, les trous dans les fichiers STL inclus ont une largeur de 4 mm et vous aurez besoin d'un fer à souder à 250°C. À l'aide des composants réels, un test d'ajustement a ensuite été effectué pour s'assurer que chaque pièce s'adapte correctement à l'intérieur de l'enceinte.

Étape 6: Assemblez

Enfin, les connexions permanentes ont été soudées et les composants ont été placés dans le boîtier. Ici, nous avons suivi le schéma pour les connexions correctes entre le PCB, les prises de courant, le convertisseur AC-DC et la prise mâle. Tous les composants ont ensuite été à nouveau testés pour voir s'il y avait des problèmes lors du travail ensemble. Assurez-vous d'être extrêmement prudent lorsque vous travaillez avec des circuits CA ! Ne touchez pas la carte ou les fils lorsque le circuit est alimenté par le mur. Assurez-vous de le débrancher avant de souder, de déplacer des fils ou de réparer des connexions desserrées. Si tout va bien, vous êtes maintenant prêt à fermer le boîtier à l'aide de quatre vis M3 et à utiliser votre nouvelle prise intelligente !