Outlet Cerdas: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Proyek Fusion 360 »

Penafian: Proyek ini dimaksudkan untuk menunjukkan bagaimana Anda dapat membuat prototipe dengan printer PCB SV2. Ini bukan produk yang harus Anda gunakan sebagai barang sehari-hari. Itu tidak dirancang atau diuji untuk memenuhi standar keamanan yang sesuai. Anda bertanggung jawab atas segala risiko yang Anda ambil saat menggunakan desain ini

Outlet pintar adalah perangkat IoT yang memungkinkan kontrol atas perangkat apa pun yang terhubung menggunakan server web melalui browser apa pun. Server web yang kami programkan di sini memungkinkan kami untuk memutuskan perangkat terhubung mana yang akan dihidupkan dan dimatikan, yang pada dasarnya memungkinkan "menyambungkan" dan "mencabut" virtual dengan menekan tombol di telepon atau klik di komputer.

Perlengkapan

Komponen Utama: Kuantitas x Item (Nomor Bagian Digikey)

• 1 x NEMA5-15P Steker dan Kabel Pria (Q108-ND)
• 3 x Wadah Wanita NEMA5-15R (Q227-ND)
• 1 x Modul Wifi ESP32-WROOM-32D (1904-1023-1-ND)
• 3 x Relai Keadaan Padat (255-3922-1-ND)
• 1 x Pengatur Tegangan 3.3V (AZ1117EH-3.3TRG1DIDKR-ND)
• 3 x NFET (DMN2056U-7DICT-ND)
• 9 x Resistor 100 ohm (311-100LRCT-ND)
• 4 x Resistor 10k ohm (311-10KGRCT-ND)
• 2 x Kapasitor 1uF (399-4873-1-ND)
• 1 x Kapasitor 10uF (399-4925-1-ND)
• 2 x Kapasitor 0.1uF (399-1043-1-ND)
• 3 x LED (C503B-BCS-CV0Z0461-ND)
• 1 x Konektor Tepi (S3306-ND)
• Konverter AC-DC 1 x 5V 1A (945-3181-ND)

Komponen/Bahan Lain yang Digunakan:

1. Heat Shrink Tubing, 8 inci
2. Pasta Solder Suhu Rendah

Peralatan dan perlengkapan:

• Pencetak PCB SV2
• Pencetak 3D
• Solder Besi
• Reflow Gun
• Catu Daya DC
• Obeng (3mm Hex)
• Lem super
• Pemrogram Serial USB

Langkah 1: Cetak Desain PCB

Tergantung pada cara Anda membuat perangkat sendiri, langkah-langkah ini mungkin berbeda. Untuk membuat perangkat khusus ini, kami membuat desain PCB dan mencetaknya menggunakan Printer PCB SV2. Karena kami menggunakan PCB dan bukan papan proto atau papan tempat memotong roti, sebagian besar komponen kami adalah pemasangan di permukaan, seperti pengontrol mikro, yang merupakan modul ESP32-WROOM-32D, dan relai, yang kami pilih untuk daya tinggi relay keadaan padat. Komponen spesifik yang kami gunakan, bersama dengan nomor bagian Digi-Key mereka, diberikan di atas dalam materi, tetapi Anda dapat mengubah komponen untuk menyesuaikannya dengan desain spesifik Anda. Nilai kapasitor harus tetap relatif sama jika Anda berniat menggunakan komponen yang sama. Nilai untuk resistor pembatas arus dapat berubah berdasarkan warna LED yang Anda gunakan, karena tegangan maju dan arus mungkin berbeda! Kalkulator ini akan memungkinkan Anda memasukkan parameter desain Anda dan menghitung nilai resistor untuk Anda. Kami menggunakan LED biru, yang diketahui memiliki penurunan tegangan lebih tinggi daripada varian merah. Pastikan komponen Anda yang akan berinteraksi dengan Daya Listrik (relai solid state, konektor, dan stopkontak) memiliki tegangan listrik AC dan arus yang cukup (120V 60Hz di Amerika Serikat, sekitar 10-15 Watt). Skema dan desain PCB yang digunakan untuk membuat outlet pintar kami dapat ditemukan di situs web BotFactory dan Anda dapat membaca lebih lanjut tentang mereka di artikel blog kami, berjudul Membuat Outlet Cerdas.

Langkah 2: Tambahkan Komponen

Langkah selanjutnya adalah menambahkan semua komponen ke papan cetak. Ada dua cara untuk melakukan ini, Anda dapat menggunakan kemampuan pilih-dan-tempat dari SV2 jika Anda menggunakan satu, atau Anda dapat menyolder setiap komponen ke papan satu per satu. Karena ini adalah prototipe pertama dan kami ingin memastikan setiap bagian bekerja satu sama lain, kami menempatkan setiap komponen dengan tangan dan memastikan kontinuitas antar komponen dengan menggunakan multi-meter. Kami menggunakan pasta solder suhu rendah yang stabil secara termal untuk mengamankan komponen ke PCB. Beberapa sambungan eksternal, seperti sambungan ke stop kontak dan sambungan ke konverter AC-DC, dilakukan dengan menggunakan konektor tepi. Karena itu, yang diperlukan hanyalah mencetak jari emas ke PCB, dan mencolokkannya untuk menyediakan koneksi sirkuit. Setelah semuanya ada di papan, itu disuplai daya dari tegangan variabel dan catu daya saat ini, yang memiliki fungsi pembatas arus untuk mencegah asap ajaib keluar dari korsleting. Jika semuanya baik-baik saja (tidak ada asap ajaib, tidak ada komponen yang terlalu panas, tidak ada ledakan), Anda dapat melanjutkan untuk mengunggah kode ke ESP32.

Langkah 3: Unggah Kode Anda

ESP32 terhubung ke komputer menggunakan pin TXD, RXD, dan GND, menggunakan kabel USB ke serial. Ingatlah bahwa TXD pada kabel Anda terhubung ke pin RXD pada mikrokontroler dan sebaliknya. Menggunakan Arduino IDE, papan untuk varian ESP32 dimuat dan papan "FireBeetle-ESP32" dipilih karena ini memiliki dukungan asli untuk chip ESP32 kosong yang kami gunakan. Kode yang digunakan pada dasarnya menghubungkan mikrokontroler ke router Wi-Fi Anda dan membuka koneksi di port 80. Setelah port itu terbuka, ia menyediakan halaman web ke perangkat apa pun yang terhubung dengannya dan dapat beralih pin GPIO antara tinggi dan rendah berdasarkan input tombol pada halaman web. Selain itu, URL tertentu dapat digunakan untuk menghidupkan atau mematikan perangkat. Pastikan Anda mengubah kode yang disertakan untuk menyertakan SSID Wi-Fi dan kata sandi untuk jaringan yang ingin Anda hubungkan dengan smart outlet. Jaringan yang kami sambungkan diamankan dengan WPA2, tetapi mungkin berfungsi atau tidak dengan jaringan yang tidak aman.

Langkah 4: Uji

Dengan menggunakan alat dan koneksi yang tepat, uji apakah semua koneksi dan komponen pada perangkat Anda yang hampir selesai berfungsi! Uji komponen AC (konverter AC-DC dan Plug NEMA5) secara terpisah dan tangani dengan benar, untuk tegangan tinggi! Menggunakan catu daya DC eksternal, nyalakan sirkuit Anda dan uji apakah Anda dapat menghidupkan dan mematikan transistor dengan menggunakan antarmuka web, yang pada gilirannya akan mengoperasikan LED yang sesuai dan memungkinkan arus mengalir melalui relai keadaan padat.

Langkah 5: Cetak Lampiran

Tergantung pada komponen apa yang Anda pilih dan bagaimana Anda mengaturnya, enklosur Anda mungkin berbentuk berbeda. Di sini, kami menggunakan penutup persegi panjang yang menampung konverter AC-DC, PCB, konektor tepi, dan memiliki profil untuk wadah NEMA5-15R. Kami mendesainnya menggunakan Fusion 360 dan mencetaknya menggunakan printer 3D, dan memasang pelat muka atas menggunakan sisipan pengatur panas 3mm dan sekrup heksagonal 3mm. Lem bekerja dengan baik jika sisipan pemanas tidak tersedia untuk Anda. Jika Anda menggunakan sisipan pemanas, lubang pada file STL yang disertakan memiliki lebar 4 mm, dan Anda memerlukan besi solder pada suhu 250C. Dengan menggunakan komponen yang sebenarnya, uji kecocokan kemudian dilakukan untuk memastikan bahwa setiap bagian pas dengan benar di dalam enklosur.

Langkah 6: Merakit

Akhirnya, sambungan permanen disolder dan komponen dimasukkan ke dalam selungkup. Di sini, kami mengikuti skema untuk koneksi yang benar antara PCB, stopkontak steker, konverter AC-DC, dan steker jantan. Semua komponen kemudian sekali lagi diuji untuk melihat apakah ada masalah saat bekerja sama. Pastikan untuk berlatih ekstra hati-hati saat bekerja dengan sirkuit AC! Jangan menyentuh papan atau kabel saat sirkuit diberi daya dari dinding. Pastikan Anda mencabutnya sebelum menyolder, memindahkan kabel, atau memperbaiki sambungan yang longgar. Jika semuanya baik-baik saja, Anda sekarang siap untuk menutup rumah menggunakan empat sekrup M3 dan menggunakan stopkontak pintar baru Anda!