智能家居之旅(11):HA交流通断器(控制家里的电器)

2024-08-30 14:46:07 浏览数 (2)

项目想法

前两天开源的 USB 小夜灯控制器,真的让我体验到了智能家居的乐趣,特别是朋友说出门又忘了关灯的时候!我直接拿出手机远程关闭了家里的小夜灯,可以说,只要在 "种花家",我就能在任何有网络的地方远程控制家里的小夜灯。 正所谓人都是有最求的(贪心),小夜灯毕竟只是个小灯,我要控制家里的照明灯,甚至是热水器,电磁炉,电饭锅这种电器的开关。

所以,今天分享一个能控制 220V 通断的设备——交流通断器

控制原理

想要使用 WiFi 或者蓝牙等低电压直流设备,就必须要使用一个重要器件——继电器

为什么继电器能控制 220V 甚至更高电压?下面是一个继电器的内部示意结构图

可以看到,接口里面有:线圈、铁芯、铁棒、弹簧和两个触点。

其实它利用了我们中学物理课中学过的,电生磁原理:当给线圈通电(一般是直流电)之后,线圈中间的铁芯会产生磁力,把铁芯上方的铁棒吸下来,这时候铁棒的触点就会接触到下方触点,交流电导通,灯泡会亮。给线圈断电之后,弹簧会把铁棒拉上去,触点接到了上面,灯泡电路断开,灯泡熄灭。

继电器的选择

市面上的继电器五花八门,种类繁多,怎么选择适合自己的继电器呢?一般优先考虑以下参数:

  • 最大转换电压和最大转换电流
  • 额定驱动电压:3.3V5V12V24V
  • 开关类型一般有:常开、常闭、转换
  • 体积大小

最大转换电压和最大转换电流决定了继电器能控制的电器,实际生活中,我见过最大功率的电器就是热水器 3500W(220V 16A),所以项目当中,继电器至少选择 16A 转换电流的。因为继电器的功耗都比较高(几十到 200mA 不等),为了 WiFi 模块能够正常工作,继电器不能使用 3.3V,所以就选择 5V 的,考虑通断器只有断开和闭合功能,所以开关类型就用常开就行。体积越小越好

在立创 EDA 中,找到了一个比较适合的继电器:HF115F/005-1HS3AF

特性:250V 16A 控制能力,5V 驱动,29*12.7*15.7mm 相当合适

继电器驱动电路

因为继电器是 5V 驱动,所以使用 PMOS 管来控制 5V 通断最合适不过,然后为了保护模组 IO,加入光耦直接实现电源隔离:

电源供电选择

既然是控制 220V 交流,那么供电也直接使用 220V 交流好了,就不需要外接电源适配器提供 5V。项目直接使用 AC-DC 转换模块,直接由 220V 转 5V 700mA 电流,满足模组 继电器所需了

接线接口选择

项目的接线想法是不需要拧螺丝,快速接线,当年做灯的控制器的时候,发现了一种快速接线的接头:

  • 插针式固定,容易焊接
  • 额定电流 32A,电压 400V
  • 不需要拧螺丝
立创 EDA 对应的器件名: DA-803-3.5-3P

防雷电路

为了防止雷击损坏,在百度上抄了个防雷电路,不要参考我这个防雷布局,因为我也不懂其中要点,如果有懂友,希望给个建议

其他电路

模组电路和烧录接口预留

烧录接口(串口)的预留是直接在 PCB 添加测试点的方式放置,测试点大小:1mm

打板完成之后焊线或者用烧录针来完成程序烧录和调试

网络指示灯

继电器测试按键

为了没有焊模组的情况下测试继电器是否正常通断。

PCB 绘制

元件布局

因为涉及到 220V 高压,所以布局的时候必须把直流元件和交流元件分开(距离越大越安全):

布线

同样的,布线的时候交流线电流和直流电路尽量分开:

因为可能接入大功率电器,所以零线和火线的线宽尽量加大,我这里直接使用铺铜的方式走线。

打板等待三天时间

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