आवाज गृह नियंत्रण V1.0: 12 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:19

कुछ महीने पहले मैंने एक निजी सहायक का अधिग्रहण किया, विशेष रूप से एलेक्सा से लैस एक इको डॉट। मैंने इसे इसलिए चुना क्योंकि मुझे पता चला कि लाइट, पंखे आदि जैसे डिवाइस को बंद और चालू रखने के लिए एक सरल तरीके से प्लग इन जोड़ सकते हैं। ऑनलाइन स्टोर में मैंने बड़ी संख्या में ऐसे डिवाइस देखे जो इस फ़ंक्शन को पूरा करते हैं, और तभी मैंने सोचा…। अपना क्यों नहीं बनाते?

इस विचार को ध्यान में रखते हुए, मैंने वाई-फाई कनेक्शन और 4 आउटपुट रिले के साथ एक बोर्ड डिजाइन करना शुरू किया। नीचे मैं योजनाबद्ध आरेख, पीसीबी डिजाइन, प्रोग्रामिंग और परीक्षण से सफल संचालन में परिणत होने वाले डिजाइन चरण का वर्णन करूंगा।

विशेषताएं

1. वाईफाई नेटवर्क कनेक्शन
2. 100/240VAC इनपुट वोल्टेज
3. 4 आउटपुट रिले (अधिकतम 10A)
4. पावर इंडिकेटर एलईडी
5. 4 एलईडी (रिले का पावर इंडिकेटर)
6. प्रोग्रामिंग हैडर
7. बटन को रीसेट करें

चरण 1: अवयव और उपकरण

अवयव

1. 1k ओम के 3 प्रतिरोधक 0805
2. २२० ओम के ५ प्रतिरोध ०८०५
3. 10k ओम के 2 प्रतिरोध 0805
4. 1 रोकनेवाला ०८०५ of ४.७k ohms
5. 2 कैपेसिटर ०८०५ of ०.१uf
6. 2 कैपेसिटर ०८०५ of १०uf
7. 4 डायोड ES1B या 100v 1A SMA पैकेज के समान
8. 1 वोल्टेज नियामक AMS1117-3.3
9. 4 ग्रीन एलईडी (0805)
10. 1 लाल एलईडी 0805
11. 4 ट्रांजिस्टर NPN MMBT2222A या समान SOT23 पैकेज
12. 1 ईएसपी 12-ई वाई-फाई मॉड्यूल
13. 1 बिजली की आपूर्ति एचएलके-पीएम01
14. 1 स्विच स्पर्श SMD
15. 6 पदों का 1 पिन हेडर
16. 2 पदों का 5 टर्मिनल ब्लॉक 5.08 मिमी पिच
17. 5VDC के 4 रिले

उपकरण

1. 25-30 वाट का सोल्डरिंग स्टेशन या कॉटिन
2. लीड सोल्डर
3. फ्लक्स
4. चिमटी
5. सोल्डरिंग विक

चरण 2: बिजली आपूर्ति और वोल्टेज नियामक

सर्किट के संचालन के लिए 2 वोल्टेज की आवश्यकता होती है, नियंत्रण खंड के लिए 3.3 वीडीसी में से एक, और बिजली अनुभाग के लिए 5 वीडीसी में से एक, क्योंकि विचार यह है कि बोर्ड के पास संचालन के लिए आवश्यक सब कुछ है, एक स्विच किए गए स्रोत का उपयोग करें जो सीधे आपूर्ति करता है 5v और लाइन वोल्टेज द्वारा संचालित होना आवश्यक है, यह हमें बाहरी पावर एडॉप्टर की आवश्यकता से बचाता है और हमें केवल 3.3v रैखिक नियामक (LDO) जोड़ने की आवश्यकता है।

उपरोक्त को ध्यान में रखते हुए, एक स्रोत के रूप में मैंने हाई-लिंक HLK-PM01 का चयन किया, जिसमें 0.1A पर 100-240VAC का इनपुट वोल्टेज और 0.6A पर 5VDC का आउटपुट है, इसके बाद, मैंने व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले AMS1117-3.3 को रखा। नियामक पहले से ही है जो बहुत आम है और इसलिए आसानी से उपलब्ध है।

AMS1117 के डेटाशीट से परामर्श करने पर आपको इनपुट और आउटपुट कैपेसिटर के लिए मान मिलेंगे, ये इनपुट के लिए 0.1uf और 10uf हैं और आउटपुट के लिए एक और बराबर सेक्शन है। अंत में, मैंने अपने संबंधित सीमित प्रतिरोध के साथ एक पावर इंडिकेटर एलईडी रखा, जिसे आसानी से ओम के नियम को लागू करने की गणना की जाती है:

आर = 5V-Vled / Iled

आर = 5 - 2 / 0.015 = 200

लेड में 15mA का करंट इतना तेज होता है कि वह इतना चमकीला न हो और अपने जीवनकाल को लंबा कर दे।

चरण 3: नियंत्रण खंड

इस खंड के लिए मैंने एक ESP-12-E वाई-फाई मॉड्यूल का चयन किया क्योंकि यह Arduino IDE के साथ उपयोग करने के लिए छोटा, सस्ता और बहुत सरल है। चूंकि मॉड्यूल में इसके संचालन के लिए आवश्यक सब कुछ है, ईएसपी के काम करने के लिए आवश्यक बाहरी हार्डवेयर न्यूनतम है।

कुछ ध्यान में रखना है कि मॉड्यूल के कुछ जीपीआईओ का उपयोग करने की अनुशंसा नहीं की जाती है और अन्य के विशिष्ट कार्य होते हैं, आगे मैं पिन के बारे में एक तालिका दिखाऊंगा और वे कौन से कार्य पूरा करते हैं:

GPIO --------- इनपुट ----------------- आउटपुट ---------------------- ---टिप्पणियाँ

GPIO16------कोई रुकावट नहीं------कोई PWM या I2C समर्थन---उच्च बूट पर गहरी नींद से जागने के लिए उपयोग किया जाता है

GPIO5----------ठीक---------------------ठीक---------------अक्सर SCL (I2C. के रूप में))

GPIO4----------ठीक----------ठीक----------अक्सर एसडीए (I2C.) के रूप में उपयोग किया जाता है)

GPIO0---------- ऊपर खींचा गया----------ठीक है------फ्लैश मोड से कम, यदि खींचा जाए तो बूट विफल हो जाता है

GPIO2 -------- ऊपर खींचा गया -------- ठीक है -------- यदि खींचा गया तो बूट विफल हो जाता है कम

GPIO14-----ठीक---------------------ठीक------एसपीआई (एससीएलके)

GPIO12-----ठीक----------ठीक--- SPI (MISO)

GPIO13-----ठीक--------ठीक--- SPI (MOSI)

GPIO15----- GND को खींचा गया ---- OK--------------- SPI (CS) बूट विफल हो जाता है यदि उच्च खींचा जाता है

GPIO3----------ठीक---------------------आरएक्स पिन----------बूट पर उच्च

GPIO1------- TX पिन--------------ठीक--- बूट पर उच्च, यदि कम खींचा जाए तो बूट विफल हो जाता है

ADC0----------एनालॉग इनपुट-----X

उपरोक्त जानकारी निम्न लिंक पर मिली:

उपरोक्त आंकड़ों के आधार पर, मैंने पिन 5, 4, 12 और 14 को डिजिटल आउटपुट के रूप में चुना जो प्रत्येक रिले को सक्रिय करेगा, ये सक्रियण के लिए सबसे स्थिर और सुरक्षित हैं।

अंत में मैंने जोड़ा कि प्रोग्रामिंग के लिए क्या आवश्यक है, उस पिन पर एक रीसेट बटन, सक्षम पिन पर बिजली से जुड़ा एक रोकनेवाला, GPIO15 पर जमीन के लिए एक प्रतिरोध, एक हेडर जो एक FTDI को TX, RX पिन से जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता है और मॉड्यूल को फ्लैश मोड में रखने के लिए GPIO0 को ग्राउंड करें।

चरण 4: पावर सेकियन

यह खंड रिले को सक्रिय करने के लिए GPIO पोर्ट पर आउटपुट 3.3VDCs का उपयोग करने का ध्यान रखेगा। रिले को ईएसपी पिन द्वारा प्रदान की गई शक्ति की तुलना में अधिक शक्ति की आवश्यकता होती है, इसलिए इसे सक्रिय करने के लिए एक ट्रांजिस्टर की आवश्यकता होती है, इस मामले में हम MMBT2222A का उपयोग करते हैं।

हमें उस करंट को ध्यान में रखना चाहिए जो कलेक्टर (आईसी) से होकर गुजरेगा, इस डेटा से हम उस प्रतिरोध की गणना कर सकते हैं जिसे ट्रांजिस्टर के आधार पर रखा जाएगा। इस मामले में, आईसी वर्तमान का योग होने जा रहा है जो रिले कॉइल से होकर गुजरता है और एलईडी का करंट जो प्रज्वलन को इंगित करता है:

आईसी = आयरलैंड + इलेद

आईसी = 75mA + 15mA = 90mA

चूंकि हमारे पास वर्तमान आईसी है, इसलिए हम ट्रांजिस्टर (आरबी) के आधार प्रतिरोध की गणना कर सकते हैं, लेकिन हमें एक अतिरिक्त डेटा जोड़ी, ट्रांजिस्टर (एचएफई) का लाभ चाहिए, जो कि एमएमबीटी 2222 ए के मामले में 40 का मूल्य है (लाभ आयामहीन है, इसलिए इसमें माप की इकाइयाँ नहीं हैं) और बैरियर पोटेंशिअल (VL) है कि सिलिकॉन ट्रांजिस्टर में 0.7v का मान होता है। उपरोक्त के साथ हम निम्नलिखित सूत्र के साथ आरबी की गणना करने के लिए आगे बढ़ सकते हैं:

आरबी = [(वीजीपीआईओ - वीएल) (एचएफई)] / आईसी

आरबी = [(3.3 - 0.7) (40)] / 0.09 = 1155.55 ओम

ऊपर की गणना के आधार पर, मैंने 1kohm का प्रतिरोध चुना।

अंत में, Vcc के सामने कैथोड के साथ रिले कॉइल के समानांतर एक डायोड रखा गया था। ES1B डायोड रिवर्स FEM को रोकता है (FEM, या रिवर्स इलेक्ट्रोमोटिव फोर्स वह वोल्टेज है जो तब होता है जब कॉइल के माध्यम से करंट बदलता है)

चरण 5: पीसीबी डिजाइन: योजनाबद्ध और घटक संगठन

योजनाबद्ध और कार्ड के विस्तार के लिए मैंने ईगल सॉफ्टवेयर का इस्तेमाल किया।

यह पीसीबी के योजनाबद्ध बनाने से शुरू होता है, इसे सर्किट के प्रत्येक पहले से समझाए गए हिस्से को पकड़ना चाहिए, यह प्रत्येक घटक के प्रतीक को रखकर शुरू होता है जो इसे एकीकृत करता है, फिर प्रत्येक घटक के बीच कनेक्शन बनाए जाते हैं, ध्यान रखा जाना चाहिए कि कनेक्ट न हो गलती से, यह त्रुटि सर्किट डिज़ाइन में खराबी के कारण दिखाई देगी। अंत में, प्रत्येक घटक के मूल्यों को पिछले चरणों में गणना की गई गणना के अनुसार इंगित किया जाएगा।

अब हम कार्ड के डिजाइन के साथ जारी रख सकते हैं, पहली चीज जो हमें करनी चाहिए वह है घटकों को व्यवस्थित करना ताकि वे कम से कम संभव स्थान पर कब्जा कर सकें, इससे निर्माण लागत कम हो जाएगी। व्यक्तिगत रूप से, मैं घटकों को इस तरह व्यवस्थित करना पसंद करता हूं कि एक सममित डिजाइन की सराहना की जाती है, यह अभ्यास रूटिंग के दौरान मेरी मदद करता है, इसे आसान और अधिक स्टाइलिश बनाता है।

घटकों और मार्ग को समायोजित करते समय ग्रिड का पालन करना महत्वपूर्ण है, मेरे मामले में मैंने आईपीसी नियम द्वारा 25 मिलीलीटर ग्रिड का उपयोग किया है, घटकों के बीच एक अलगाव होना चाहिए, आम तौर पर यह अलगाव भी 25 मिलीलीटर है।

चरण 6: पीसीबी डिजाइन: किनारों और बढ़ते छेद

सभी घटकों को जगह में रखते हुए, हम "20 आयाम" परत का उपयोग करके पीसीबी को सीमांकित कर सकते हैं, बोर्ड की परिधि खींची जाती है, यह सुनिश्चित करते हुए कि सभी घटक इसके अंदर हैं।

विशेष विचारों के रूप में, यह ध्यान देने योग्य है कि वाई-फाई मॉड्यूल में पीसीबी में एक एंटीना एकीकृत है, सिग्नल के रिसेप्शन को क्षीण करने से बचने के लिए, मैंने उस क्षेत्र के ठीक नीचे एक कट बनाया जिसमें एंटीना स्थित है।

दूसरी ओर, हम प्रत्यावर्ती धारा के साथ काम करने जा रहे हैं, इसमें 50 से 60 हर्ट्ज की आवृत्ति होती है जो उस देश पर निर्भर करती है जिसमें आप हैं, यह आवृत्ति डिजिटल संकेतों में शोर उत्पन्न कर सकती है, इसलिए उन वर्गों को अलग करना अच्छा है जो संभालते हैं डिजिटल भाग से प्रत्यावर्ती धारा, यह उन क्षेत्रों के पास कार्ड में कटौती करके किया जाता है जहाँ से प्रत्यावर्ती धारा परिचालित होगी। उपरोक्त पीसीबी पर किसी भी शॉर्ट सर्किट से बचने में भी मदद करता है।

अंत में, पीसीबी के 4 कोनों में बढ़ते छेद रखे जाते हैं ताकि यदि आप इसे कैबिनेट में रखना चाहते हैं, तो प्लेसमेंट आसान और तेज़ है।

चरण 7: पीसीबी डिजाइन: शीर्ष रूटिंग

हम मजेदार हिस्सा शुरू करते हैं, रूटिंग, कुछ निश्चित विचारों जैसे कि ट्रैक की चौड़ाई और टर्निंग एंगल्स के बाद घटकों के बीच संबंध बनाना है। आम तौर पर, मैं पहले उन कनेक्शनों को बनाता हूं जो बिजली और जमीन नहीं हैं, क्योंकि बाद में मैं योजनाओं के साथ बनाता हूं।

समानांतर जमीन और बिजली के विमान बिजली के स्रोत पर शोर को कम करने के लिए इसके कैपेसिटिव प्रतिबाधा के कारण अत्यंत उपयोगी होते हैं और बोर्ड के व्यापक संभव क्षेत्र में फैले होने चाहिए। वे इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडिएशन (ईएमआई) को कम करने में भी हमारी मदद करते हैं।

पटरियों के लिए हमें सावधान रहना चाहिए कि 90 ° कोणों के साथ मोड़ न बनाएं, न तो बहुत चौड़े और न ही बहुत पतले। ऑनलाइन आप ऐसे उपकरण पा सकते हैं जो हमें तापमान, परिसंचारी धारा और पीसीबी पर तांबे के घनत्व को ध्यान में रखते हुए पटरियों की चौड़ाई की गणना करने में मदद करते हैं: https://www.4pcb.com/trace-width-calculator। एचटीएमएल

चरण 8: पीसीबी डिजाइन: निचला रूटिंग

नीचे के चेहरे पर हम लापता कनेक्शन बनाते हैं और अतिरिक्त जगह में हम जमीन और बिजली के विमान डालते हैं, हम देख सकते हैं कि कई वायस लगाए गए थे जो दोनों चेहरों के जमीनी विमानों को जोड़ते हैं, यह अभ्यास ग्राउंड लूप से बचने के लिए है।

ग्राउंड लूप 2 बिंदु हैं जो सैद्धांतिक रूप से समान क्षमता वाले होने चाहिए लेकिन वे वास्तव में प्रवाहकीय सामग्री के प्रतिरोध के कारण नहीं हैं।

रिले संपर्कों से टर्मिनलों तक की पटरियों को भी उजागर किया गया था, ताकि सोल्डर के साथ प्रबलित किया जा सके और बिना अति ताप और जलने के उच्च वर्तमान भार का सामना किया जा सके।

चरण 9: Gerber फ़ाइलें और PCBs को आदेश देना

पीसीबी बनाने के लिए प्रिंटेड सर्किट बोर्ड उद्योग द्वारा Gerber फ़ाइलों का उपयोग किया जाता है, उनमें उनके निर्माण के लिए आवश्यक सभी जानकारी होती है, जैसे तांबे की परतें, सोल्डर मास्क, सिल्क्सस्क्रीन इत्यादि।

ईगल से Gerber फ़ाइलों को निर्यात करना "जेनरेट सीएएम डेटा" विकल्प का उपयोग करके बहुत सरल है, सीएएम प्रोसेसर एक.zip फ़ाइल उत्पन्न करता है जिसमें निम्नलिखित पीसीबी परतों के अनुरूप 10 फाइलें होती हैं:

1. निचला तांबा
2. नीचे सिल्कस्क्रीन
3. नीचे मिलाप पेस्ट
4. निचला सोल्डरमास्क
5. मिल परत
6. शीर्ष कॉपर
7. शीर्ष सिल्कस्क्रीन
8. शीर्ष मिलाप पेस्ट
9. शीर्ष सोल्डरमास्क
10. ड्रिल फ़ाइल

अब हमारी Gerber फ़ाइलों को वास्तविक PCB में बदलने का समय आ गया है। मेरा पीसीबी बनाने के लिए मेरी Gerber फाइलें JLCPCB में अपलोड करें। उनकी सेवा काफी तेज है। मैंने 10 दिनों में मैक्सिको में अपना पीसीबी प्राप्त किया।

चरण 10: पीसीबी को असेंबल करना

अब जब हमारे पास पीसीबी हैं, तो हम बोर्ड की असेंबली के लिए तैयार हैं, इसके लिए हमें सोल्डरिंग स्टेशन, सोल्डर, फ्लक्स, चिमटी और मेश टू डीसोल्डर की आवश्यकता होगी।

हम सभी प्रतिरोधों को उनके संबंधित स्थानों में मिलाप करके शुरू करेंगे, हम दो पैड में से एक पर मिलाप की एक छोटी राशि डालते हैं, हम प्रतिरोध के टर्मिनल को मिलाते हैं और हम शेष टर्मिनल को मिलाप करने के लिए आगे बढ़ते हैं, हम इसे हर एक में दोहराएंगे प्रतिरोधों की।

उसी तरह, हम कैपेसिटर और एल ई डी के साथ जारी रखेंगे, हमें बाद वाले से सावधान रहना होगा क्योंकि उनके पास एक छोटा हरा निशान है जो कैथोड को इंगित करता है।

हम डायोड, ट्रांजिस्टर, वोल्टेज रेगुलेटर और पुश बटन को मिलाप करने के लिए आगे बढ़ेंगे। यह डायोड के ध्रुवता के निशान का सम्मान करता है कि यह सिल्क्सस्क्रीन दिखाता है, ट्रांजिस्टर को सोल्डर करते समय भी सावधान रहें, उन्हें बहुत अधिक गर्म करने से उन्हें नुकसान हो सकता है।

अब हम वाई-फाई मॉड्यूल रखेंगे, पहले हम एक पिन को मिलाप करेंगे, यह ध्यान में रखते हुए कि यह पूरी तरह से संरेखित है, इसे प्राप्त करने के लिए, हम शेष सभी पिनों को मिलाप करेंगे।

यह केवल सभी थ्रू-होल घटकों को वेल्ड करने के लिए रहता है, वे बड़े आकार के होने के लिए सबसे सरल हैं, बस एक साफ वेल्ड बनाना सुनिश्चित करें जिसमें एक चमकदार उपस्थिति हो।

एक अतिरिक्त कदम के रूप में, हम टिन के साथ रिले के उजागर पटरियों को मजबूत करेंगे, जैसा कि मैंने पहले उल्लेख किया है, इससे ट्रैक को बिना जलने के अधिक प्रवाह का सामना करने में मदद मिलेगी।

चरण 11: सॉफ्टवेयर

प्रोग्रामिंग के लिए मैंने Arduino fauxmoesp लाइब्रेरी स्थापित की, इस लाइब्रेरी से आप फिलिप्स ह्यू लाइट्स का अनुकरण कर सकते हैं, हालाँकि आप ब्राइटनेस लेवल को भी नियंत्रित कर सकते हैं, यह बोर्ड केवल ऑन / ऑफ स्विच के रूप में काम करेगा।

मैं आपको लिंक देता हूं ताकि आप लाइब्रेरी को डाउनलोड और इंस्टॉल कर सकें:

इस पुस्तकालय से एक उदाहरण कोड का उपयोग करें और डिवाइस के संचालन के लिए आवश्यक संशोधन करें, मैं आपके लिए Arduino कोड डाउनलोड और परीक्षण करने के लिए छोड़ देता हूं।

चरण 12: निष्कर्ष

एक बार डिवाइस को इकट्ठा करने और प्रोग्राम करने के बाद, हम इसकी कार्यक्षमता का परीक्षण करने के लिए आगे बढ़ेंगे, हमें केवल ऊपरी टर्मिनल बोर्ड में एक पावर केबल लगाने और इसे एक सॉकेट से जोड़ने की आवश्यकता है जो 100-240VAC प्रदान करता है, लाल एलईडी (ON) रोशनी करता है, इंटरनेट के नेटवर्क की तलाश करेगा और कनेक्ट हो जाएगा।

हम अपना एलेक्सा एप्लिकेशन दर्ज करते हैं और आपको नए उपकरणों की खोज करने के लिए कहते हैं, इस प्रक्रिया में लगभग 45 सेकंड लगेंगे। यदि सब कुछ सही है, तो आपको 4 नए उपकरण देखने चाहिए, बोर्ड पर प्रत्येक रिले के लिए एक।

अब केवल एलेक्सा को उपकरणों को चालू और बंद करने के लिए कहना बाकी है, यह परीक्षण वीडियो में दिखाया गया है।

तैयार!!! अब आप अपने निजी सहायक के साथ अपने इच्छित उपकरण को चालू और बंद कर सकते हैं।