Gli interruttori e le prese intelligenti basati su Wi-Fi che puoi acquistare contengono un relè meccanico che si attiva quando il microcontrollore riceve un ingresso binario, come 0 o 1, solitamente inviato tramite un'app. Questi dispositivi consentono solo di controllare lo stato di accensione/spegnimento dei dispositivi, come una ventola, un motore o una luce. Se si desidera controllare anche la velocità o la luminosità dell'apparecchio di rete CA collegato o del carico, sarà necessario un interruttore relè a stato solido basato su TRIAC.
In questa guida fai-da-te, costruiremo da zero un modulo dimmer con un rilevatore di passaggio per lo zero e lo utilizzeremo per controllare lo stato di accensione/spegnimento, la velocità e la luminosità del carico CA collegato.
Che cos'è un rilevatore di passaggio zero?
Un rilevatore di passaggio per lo zero (ZCD) è un comparatore di tensione o un circuito rilevatore di amplificatori operazionali utilizzato per rilevare la tensione cambia dal livello positivo al livello negativo del segnale sinusoidale in corrente alternata quando attraversa lo zero volt. In poche parole, il circuito viene utilizzato per rilevare lo zero-crossing del segnale AC in ingresso.
ZCD viene utilizzato per la costruzione di circuiti elettronici per commutazione, contatore di frequenza, misuratori di fase, ecc. Si può anche utilizzare un circuito di rilevamento zero-cross e un relè a stato solido basato su TRIAC con schede Wi-Fi basate su Arduino o ESP8266 per controllare la fase della tensione CA.
Nella maggior parte dei paesi, la frequenza CA di 50 Hz (50 cicli/secondo) viene utilizzata con un'alimentazione di 220-240 V. Tuttavia, una manciata di paesi, come gli Stati Uniti, utilizza l'elettricità di rete a 120 V 60 Hz (60 cicli/secondo). Ad ogni ciclo, l'onda arriva a zero, a quel punto il microcontrollore la rileva e quindi commuta o attiva il relè a stato solido (TRIAC) secondo il requisito.
A differenza di un relè meccanico, un relè a stato solido basato su TRIAC è un dispositivo elettronico di potenza a commutazione rapida e quindi più adatto per realizzare un circuito dimmer.
Cose di cui avrai bisogno
Raccogli i seguenti componenti per costruire un modulo dimmer CA fai-da-te con un rilevatore di zero-crossing isolato.
- NodeMCU o D1 Mini
- BT136 4A o BT139 16A TRIAC (in base al carico)
- Fotoaccoppiatore MOC3021
- Accoppiatore ottico MCT2E o 4N35
- Raddrizzatore a ponte DB107
- Resistenza da 220Ω ¼ W
- 2 resistori da 10kΩ ¼ W
- 2 resistori da 100kΩ ¼ W
- 2 terminali a vite a 2 pin
- Striscia berg maschile (opzionale)
- PCB per uso generale
- Saldatore e saldatore
- Cavi jumper (opzionali, è possibile saldare i cavi direttamente al PCB)
Questi componenti sono per un modulo dimmer fai-da-te a canale singolo. Per controllare più carichi, puoi costruisci più relè a stato solido fai-da-te e interfaccia con il microcontrollore.
Collega i componenti
Fare riferimento allo schema elettrico seguente per collegare e interfacciare tutti i componenti su una scheda PCB per uso generico per costruire un rilevatore di zero-crossing. Utilizzare un saldatore e una saldatura per fissare tutti i collegamenti, come mostrato nel diagramma seguente. Se non hai mai saldato prima, impara a saldare con progetti semplici prima di iniziare questo.
Fare riferimento allo schema seguente per costruire un modulo relè a stato solido in cui verrà collegato il carico.
Questi circuiti mostrano un modulo dimmer a canale singolo. Aumentando i relè a stato solido, puoi aggiungere e controllare un numero maggiore di apparecchiature o carichi CA. Nel complesso, i risultati finali dovrebbero apparire simili ai seguenti. È un modulo dimmer a 3 canali con un rilevatore di passaggio per lo zero.
Compila il firmware AC Dimmer
Per compilare il firmware per il modulo per il controllo wireless è necessario a Configurazione dell'assistente domestico su un Raspberry Pi (o Docker) con il componente aggiuntivo ESPHome. Dopo aver configurato Home Assistant ed ESPHome, segui questi passaggi per compilare il firmware:
- In Home Assistant, vai su ESPHome e fai clic +Nuovo dispositivo > Continua.
- Digitare il nome del dispositivo dimmer. Abbiamo chiamato il nostro raffreddatore sinfonico poiché lo useremo per controllare la ventola del dispositivo di raffreddamento e la velocità della pompa. Clic Prossimo.
- Selezionare ESP8266 o Scegli una tavola specifica > D1 Mini e fare clic Prossimo > Saltare.
- Trova il dispositivo dimmer appena creato e fai clic Modificare.
- Nella finestra dell'editor YAML, inserisci le tue credenziali Wi-Fi:
Wifi:
ssid: "Il tuo WIFiSSID"
parola d'ordine: "Password Wi-Fi"Quindi incolla il seguente codice appena sotto il portale captive:
produzione:
- piattaforma: ac_dimmer
id: symphony_cooler
gate_pin: D0
zero_cross_pin:
numero: D2
potenza_minima: 70%
luce:
- piattaforma: monocromatica
uscita: symphony_cooler
nome: Symphony CoolerCambiare il id: e nome: nel codice del dispositivo che andrai a controllare. Come accennato in precedenza, puoi anche aggiungere più relè a stato solido per controllare la luminosità o la velocità del carico CA. Il codice dovrebbe assomigliare a questo:
Il modulo che abbiamo realizzato controlla due motori, per la pompa del radiatore e la ventola del radiatore, quindi li abbiamo chiamati di conseguenza. Una volta che il codice è pronto, fare clic su Salva > Installare> Collegati a questo computer e quindi attendere il completamento della compilazione del firmware. Una volta compilato, fare clic su Scarica progetto per scaricare il firmware compilato.
Flash il firmware del variatore di corrente alternata
Per eseguire il flashing del firmware, scarica e avvia lo strumento ESPHome Flasher. Quindi segui questi passaggi:
- Collega il NodeMCU o il D1 Mini al tuo PC o Mac usando un cavo micro USB.
- Clic Navigare per selezionare il file del firmware (.bin).
- Seleziona il COM porta dove è collegato il microcontrollore e fare clic Flash ESP.
- Dopo aver eseguito il flashing del firmware, il dispositivo si riavvierà e si connetterà alla rete WI-Fi e mostrerà come in linea nella dashboard di ESPHome.
Aggiungi i controlli alla dashboard dell'assistente domestico
In Home Assistant (HA), vai a Impostazioni > Dispositivi e integrazioni e segui questi passaggi per aggiungere controlli al dashboard HA per il controllo dei dispositivi AC.
- Sotto Integrazioni, trova i dispositivi rilevati e fai clic su CONFIGURA > SOTTOSCRIVI.
- Dopo aver aggiunto il dispositivo, il dispositivo verrà elencato sotto ESPHome. Fare clic sul dispositivo e quindi fare clic 1 dispositivo.
- Clic AGGIUNGI ALLA DASHBOARD, quindi scegli a Visualizzazione e fare clic AGGIUNGI ALLA DASHBOARD ancora. Il dispositivo verrà aggiunto alla dashboard.
È ora possibile controllare l'accensione/spegnimento e la velocità/luminosità del dispositivo CA collegato.
Puoi inoltre utilizzare l'integrazione delle carte fungo per aggiungere carte dall'aspetto bello per i tuoi moduli dimmer.
Rendi la tua casa più intelligente
A differenza degli smart switch tradizionali, è possibile utilizzare uno smart switch dimmerabile in molti modi. Ad esempio, puoi impostare l'automazione in Home Assistant per modificare la luminosità della luce in base all'ora del giorno o iniziare a diminuire quando accendi la tua smart TV o il tuo sistema home theater.
Inoltre, puoi utilizzare questo circuito dimmer fai-da-te per rendere più intelligente qualsiasi luce tradizionale o dispositivo CA. Ancora più importante, è più economico e molto più conveniente costruirne uno. Puoi costruire questi interruttori per controllare un carico da 15 W o 4000 W in base alle tue esigenze. Tutto quello che devi fare è cambiare alcuni componenti, come il TRIAC.
