آموزش ساخت سوئیچ دیمر هوشمند مبتنی بر وای فای

سوئیچ‌ها و دوشاخه‌های هوشمند مبتنی بر Wi-Fi که می‌توانید بخرید حاوی یک رله مکانیکی هستند که زمانی فعال شده که میکروکنترلر یک ورودی باینری مانند 0 یا 1 را که معمولا از طریق یک اپلیکیشن انجام شده، دریافت می‌کند. این دستگاه‌ها فقط به شما اجازه می‌دهند وضعیت روشن/خاموش دستگاه‌هایی مانند فن، موتور یا چراغ را کنترل کنید. اگر می‌خواهید سرعت یا روشنایی دستگاه یا بار برق متصل شده AC را کنترل کنید، به یک سوئیچ رله حالت جامد مبتنی بر TRIAC نیاز دارید.

در این راهنمای DIY، ما یک ماژول دیمر با یک دتکتور عبور صفر از ابتدا می‌سازیم و از آن برای کنترل وضعیت روشن/خاموش، سرعت و روشنایی بار AC متصل استفاده می‌کنیم.

دکتور Zero-Crossing (گذر از صفر) چیست؟

یک دتکتور گذر از صفر (ZCD) یک مقایسه کننده ولتاژ یا یک مدار دتکتور Op-Amp است که برای تشخیص تغییر ولتاژ از سطح مثبت به منفی سیگنال سینوسی جریان متناوب هنگام عبور از صفر ولت استفاده می شود. به طور خلاصه، مدار برای تشخیص گذر از صفر سیگنال AC ورودی استفاده می شود. ZCD برای ساخت مدارهای الکترونیکی برای سوئیچینگ، فرکانس شمار، فازمتر و غیره استفاده می شود. همچنین می توان از مدار دتکتور Zero-Cross و رله حالت جامد مبتنی بر TRIAC با بردهای Wi-Fi مبتنی بر آردوینو یا ESP8266 برای کنترل فاز ولتاژ AC استفاده کرد.

در اکثر کشورها، فرکانس 50 هرتز AC (50 سیکل در ثانیه) با منبع تغذیه 220-240 ولت استفاده می شود. با این حال، تعداد کمی از کشورها، مانند آمریکا، از برق 120 ولت 60 هرتز (60 سیکل در ثانیه) استفاده می کنند. با هر چرخه که موج به صفر می رسد، در این مرحله میکروکنترلر آن را تشخیص داده و سپس رله حالت جامد (TRIAC) را بر اساس نیاز سوئیچ یا فعال می کند.

برخلاف رله‌های مکانیکی، رله‌های حالت جامد مبتنی بر TRIAC یک دستگاه الکترونیکی قدرت سوئیچینگ سریع بوده و پس برای ساخت مدار دیمر مناسب‌تر است.

چیزهایی که شما نیاز خواهید داشت

اجزای زیر را جمع آوری کنید تا یک ماژول دیمر DIY DIY با یک دتکتور گذر از صفر ایزوله بسازید.

• NodeMCU یا D1 Mini
• BT136 4A یا BT139 16A TRIAC (بر اساس بار شما)
• اپتوکوپلر MOC3021
• اپتوکوپلر MCT2E یا 4N35
• پل دیود DB107
• مقاومت 220Ω ¼ وات
• مقاومت 2x10kΩ¼W
• مقاومت 2x100kΩ ¼ W
• 2 عدد ترمینال پیچ 2 پین
• Male berg strip (اختیاری)
• برد مدار چاپی PCB همه منظوره
• تجهیزات لحیم کاری
• سیم های جامپر (اختیاری، می توانید سیم ها را مستقیماً به PCB لحیم کنید)

این اجزا برای یک ماژول دیمر DIY تک کاناله هستند. برای کنترل بارهای بیشتر، می توانید رله های حالت جامد DIY بیشتری بسازید و با میکروکنترلر ارتباط برقرار کنید.

کامپوننت ها را به هم وصل کنید

برای اتصال و به نمودار مدار زیر نگاهی بیاندازید و تمام اجزاء را بر روی یک برد PCB همه منظوره برای ساختن یک دتکتور گذر از صفر متصل کنید. همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده، از یک آهن لحیم کاری و سیم لحیم برای محکم کردن تمام اتصالات استفاده کنید. اگر قبلاً هرگز لحیم کاری نکرده اید، قبل از شروع این کار یاد بگیرید که چگونه با پروژه های ساده لحیم کاری کنید.

برای ساخت ماژول رله حالت جامد که در آن بار وصل می شود، دیاگرام زیر را دنبال کنید.

این مدارها یک ماژول دیمر تک کاناله را به شما نشان می دهند. با افزایش رله های حالت جامد، می توانید تعداد بیشتری از لوازم خانگی یا بارهای AC را اضافه و کنترل کنید. به طور کلی، نتایج نهایی باید مشابه موارد زیر به نظر برسد. این یک ماژول دیمر 3 کاناله با دتکتور گذر از صفر است.

فریمور AC Dimmer را کامپایل کنید

برای کامپایل فریمور ماژول برای کنترل بی‌سیم، به یک راه‌انداز Home Assistant for Raspberry Pi (یا Docker) با افزونه ESPHome نیاز دارید. پس از راه اندازی Home Assistant و ESPHome، این مراحل را برای کامپایل فریمور دنبال کنید:

• در Home Assistant، به ESPHome بروید و روی +New Device > Continue کلیک کنید.
• نام دستگاه دیمر را تایپ کنید. ما نام symphony-cooler خود را گذاشتیم زیرا از آن برای کنترل فن خنک کننده و سرعت پمپ استفاده خواهیم کرد. روی Next کلیک کنید.
• ESP8266 یا Pick specific board > D1 Mini را انتخاب کنید و روی Next > Skip کلیک کنید.
• دستگاه دیمر تازه ایجاد شده را پیدا کنید و روی Edit کلیک کنید.
• در پنجره ویرایشگر YAML، اعتبار Wi-Fi خود را وارد کنید:

wifi:
  ssid: "YourWIFiSSID"
  password: "WIFi-Password"

• سپس کد زیر را درست در زیر پورتال captive قرار دهید:

output:
  - platform: ac_dimmer
  id: symphony_cooler
  gate_pin: D0
  zero_cross_pin:
  number: D2
  min_power: 70%
light:
  - platform: monochromatic
  output: symphony_cooler
  name: Symphony Cooler

id: و name: را در کد مطابق با دستگاهی که کنترل می کنید تغییر دهید. همانطور که قبلا ذکر شد، می توانید رله های حالت جامد بیشتری را برای کنترل روشنایی یا سرعت بار AC اضافه کنید. کد باید به شکل زیر باشد:

ماژولی که ما ساختیم دو موتور پمپ خنک کننده و فن کولر را کنترل می کند، بنابراین نام آنها را بر این اساس نامگذاری کردیم. پس از آماده شدن کد، روی Save > Install > Plug into this computer کلیک کنید و سپس منتظر بمانید تا فریمور کامپایل به پایان برسد. پس از کامپایل، روی Download project کلیک کنید تا فریمور کامپایل شده را دانلود کنید.

فریمور AC Dimmer را فلش کنید

برای فلش کردن فریمور، ابزار ESPHome Flasher را دانلود و اجرا کنید. سپس این مراحل را دنبال کنید:

• NodeMCU یا D1 Mini را با استفاده از کابل micro USB به کامپیوتر ویندوزی یا مک خود وصل کنید.
• برای انتخاب فایل فریمور (bin.) روی Browse کلیک کنید.
• پورت COM محل اتصال میکروکنترلر را انتخاب کرده و روی Flash ESP کلیک کنید.

• پس از فلش کردن فریمور، دستگاه دوباره راه‌اندازی و به شبکه وای‌فای متصل شده و در داشبورد ESPHome به صورت آنلاین نشان داده می‌شود.

کنترل ها را به داشبورد Home Assistant اضافه کنید

در Home Assistant (HA)، به Settings > Devices & Integrations بروید و این مراحل را دنبال کنید تا کنترل‌هایی را برای کنترل دستگاه‌های AC به داشبورد HA اضافه کنید.

• در بخش Integrations، دستگاه های کشف شده را پیدا کنید و روی CONFIGURE > SUBMIT کلیک کنید.
• پس از افزودن دستگاه، دستگاه در لیست ESPHome قرار می گیرد. روی دستگاه کلیک کنید و سپس روی 1 دستگاه کلیک کنید.

• روی ADD TO DASHBOARD کلیک کنید، سپس یک View را انتخاب کنید و دوباره روی ADD TO DASHBOARD کلیک کنید. دستگاه به داشبورد اضافه خواهد شد.

اکنون می توانید روشن/خاموش و سرعت/روشنایی دستگاه AC متصل را کنترل کنید.

همچنین می‌توانید از ادغام کارت‌های قارچی برای افزودن کارت‌های زیبا به ماژول‌های کم نور استفاده کنید.

خانه خود را هوشمندتر کنید

بر خلاف سوئیچ های هوشمند سنتی، می توانید از یک سوئیچ هوشمند قابل تنظیم به طرق مختلف استفاده کنید. به عنوان مثال، می‌توانید خودکارسازی را در Home Assistant تنظیم کنید تا روشنایی نور را بر اساس زمان روز تغییر دهد یا با روشن کردن تلویزیون هوشمند یا سیستم سینمای خانگی، کم‌نور شدن را شروع کنید. علاوه بر این، می توانید از این مدار دیمر DIY برای هوشمندتر کردن هر چراغ سنتی یا دستگاه AC استفاده کنید. مهمتر از آن، ساخت آن ارزان‌تر و راحت‌تر است. شما می توانید این سوئیچ ها را برای کنترل بار 15 وات یا 4000 وات بر اساس نیاز خود بسازید. تنها کاری که باید انجام دهید این است که چند کامپوننت مانند TRIAC را تغییر دهید.