👫 🔌 👩🏽‍🔬 日曜大工の無線制御スイッチ。パート1-ハードウェア 🤽🏼 🌭 🈺

この投稿は、無線制御ペイロードスイッチを比較的簡単に作成する方法についての一連の記事の最初の部分です。
この投稿は初心者向けですが、残りは「過去の繰り返し」になると思います。

おおよその計画（これから説明します）は、次のようになります。

プロジェクトが私の特定のニーズに合わせて行われていることをすぐに予約します。誰もが自分でそれを適応させることができます（すべてのソースコードはストーリーの過程で提示されます）。さらに、特定の技術的ソリューションについて説明し、その根拠を示します。

開始する

現在、次の導入ノートがあります。

ライトとフードのリモートコントロールを実装したいと思います。
スイッチは1セクションと2セクションです（ライトとライト+フード）。
スイッチは乾式壁の壁に取り付けられています。
すべての配線は3線式です（位相、ゼロ、保護接地）。

最初の段落で-すべてが明確です：通常の欲求が満たされる必要があります。

2番目の段落では、一般に2つの異なる回路を作成する必要があると想定しています（シングルおよび2チャンネルスイッチの場合）が、それ以外の場合は「2チャンネル」モジュールを作成しますが、実際に1チャンネルのみが必要な場合ははんだ付けしませんボード上のコンポーネントの一部（同様のアプローチがコードに実装されています）。

3番目のポイント-スイッチのフォームファクターを選択する際の柔軟性を提供します（既存のスイッチを実際に取り外し、取り付けボックスを取り外し、完成したデバイスを壁の内側に取り付け、取り付けボックスを戻し、スイッチを取り付け直します）。

4番目のポイント-電源の検索が非常に容易になります（220Vは「手元」です）。

入力は明確で、先に進むことができます。

原理と要素ベース

スイッチを多機能にしたい-つまり「触覚」コンポーネントが残っている必要があります（スイッチは物理的に残っている必要があり、負荷をオン/オフする通常の機能を維持する必要がありますが、同時に負荷は無線チャネルを介して負荷を制御できる必要があります。

このため、通常のオン/オフ（オン/オフ）スイッチを、固定せずに同様に設計されたスイッチ（ボタン）に置き換えます。

これらのスイッチは基本的に単純に機能します。キーが押されると-一対の接点が閉じられ、キーが離されると-接点が開きます。明らかに、これは通常の「タクトボタン」です（実際、これが処理方法です）。

現在、この「ハードウェア」での実装方法が実際に明らかになっています。

MK（atmega8、atmega168、atmega328-「今」を使用）を取得し、MKを使用して抵抗を追加してRESETをVCCに締め、
2つの「ボタン」を接続します（アタッチメントの数を最小限に抑えるために、MKに組み込まれたプルアップ抵抗を使用します）、適切なパラメーターを持つリレーを使用して負荷を切り替えます（5V制御と十分な切り替え負荷電力を備えた833H-1C-Cリレーがありました） -7A 250V〜）、
当然、リレー巻線をMK出力に直接接続することは不可能であるため（電流が大きすぎる）、必要な「ストラップ」（抵抗、トランジスタ、およびダイオード）を追加します。

内蔵発振器の動作モードでマイクロコントローラーを使用します-これにより、外部の水晶振動子とコンデンサーのペアを放棄できます（ボードの作成とその後のインストールをわずかに保存して簡素化します）。

nRF24L01 +を使用して無線チャネルを整理します。

ご存じのように、このモジュールは入力で5Vの信号に耐性がありますが、電力にはそれぞれ3.3Vが必要です。回路内で線形安定器L78L33と1組のコンデンサを追加します。

さらに、電源MKのブロッキングコンデンサを追加します。

MKはISPを介してプログラムされます。このために、モジュールボードに対応するコネクタを提供します。

実際には、回路全体について説明しますが、MKの結論を決定するためだけに残り、MKの「周辺機器」（無線モジュール、「ボタン」、リレー制御用の選択ピン）を接続します。

すでに実際に定義されているものから始めましょう：

無線モジュールはSPIバスに接続されます（したがって、1から8までのパッドのピンをGND、3V3、D10（CE）、D9（CSN）、D13（SCK）、D11（MOSI）、D12（MISO）、D2（IRQ）に接続します-それぞれ）。
ISPは標準的なものであり、次のように接続されます。コネクタのピンを1〜6からD12（MISO）、VCC、D13（SCK）、D11（MOSI）、RESET、GNDにそれぞれ接続します。

次に、リレーを制御するボタンとトランジスタのピンを決定するだけです。急がないでください-MKピン（デジタルとアナログの両方）はこれに適しています。 ボードのトレース段階でそれらを選択します（可能な限り単純なピンを選択して、対応する「ポイント」に分離します）。

ここで、使用する「ケース」を決定する必要があります。この時点で、私の自然な怠lazがルールを決定し始めます。私はプリント回路基板に穴を開けるのは本当に好きではないので、「表面実装」（SMD）を最大限に選択します。一方、SMDを使用するとPCBサイズを大幅に節約できるという常識があります。

初心者にとっては、表面実装はかなり複雑なトピックのように見えますが、実際にはそれほど怖くはありません（ただし、ヘアドライヤーを備えたある程度のはんだ付けステーションはあります）。 youtubeにはSMDのレッスンを含む多くのビデオがあります-慣れておくことを強くお勧めします（数か月前に自分でSMDを使い始めたので、そのような資料から勉強しました）。

「2チャネル」モジュールの「買い物リスト」（BOM-部品表）を作成します。

マイクロコントローラ-TQFP32パッケージのatmega168-1個
トランジスタ-SOT23パッケージのMMBT2222ALT1-2個
ダイオード-SOD323パッケージの1N4148WS-2個
スタビライザー-SOT89ケースのL78L33-1個
リレー-833H-1C-C -2個
抵抗-10kOhm、サイズ0805-1個（RESETをVCCにプル）
抵抗-1kOhm、サイズ0805-1個（トランジスタのベース回路へ）
コンデンサ-0.1mkF、サイズ0805-2個（栄養）
コンデンサ-0.33uF、サイズ0805-1個（栄養）
電解コンデンサ-47mkF、サイズ0605-1個（栄養）

これに加えて、端子ブロック（電源負荷の接続用）、2x4ブロック（無線モジュールの接続用）、2x3コネクタ（ISP用）が必要です。

ここで私は少しトリッキーで、「物置」を覗き見ています（そこで利用可能なものを選ぶだけです）。必要に応じてコンポーネントを選択できます（特定のコンポーネントの選択は、この投稿の範囲外です）。

スキーム全体がすでに（少なくとも頭で）ほぼ「形成」されているため、モジュールの設計を開始できます。

一般に、最初にモックアップにすべてをアセンブルするのは良いことです（出力要素のあるケースを使用）が、上記のすべての「ノード」は繰り返しテストされ、他のプロジェクトで実装されているので、モックアップの段階をスキップします。

設計

このために、素晴らしいプログラムであるEAGLEを使用します。

私の意見では-非常にシンプルですが、同時に-それらのための回路図とプリント基板を作成するための非常に便利なプログラムです。 EAGLE貯金箱への追加の「プラス」：マルチプラットフォーム（WinコンピューターとMACコンピューターの両方で作業する必要があります）および無料版の入手可能性（ほとんどの「日曜大工」にとってはまったく取るに足らないと思われるいくつかの制限があります）。

このトピックでEAGLEを使用することを教えることは私の計画に含まれていません（記事の最後に、EAGLEの使用に関する素晴らしい非常に簡単なチュートリアルへのリンクがあります）。ボードを作成するときの「トリック」をいくつか紹介します。

回路とボードを作成するための私のアルゴリズムは、おおよそ次のとおりでした（キーシーケンス）。

スキーム ：

新しいプロジェクトを作成し、その中に「スキーム」（空のファイル）を追加します。
MKと必要な「ボディキット」を追加します（RESETへのプルアップ抵抗、電源用のブロッキングコンデンサなど）。ライブラリからアイテムを選択するときは、ケース（パッケージ）に注意してください。
リレーを制御するトランジスタのキーを「描写」します。スキームのこの部分をコピーします（「第2チャネル」の編成用）。キー入力-今のところ、「空中に出かける」ままにしておきます。
ISPコネクタと、無線モジュールを回路に接続するためのブロックを追加します（回路内で対応する接続を行います）。
無線モジュールに電力を供給するには、回路にスタビライザーを追加します（対応するコンデンサを使用）。
「コネクタ」を追加して「ボタン」を接続します（コネクタの1つのピンはすぐに「接地」され、2つ目は「空中にぶら下がっています」）。

これらのアクションの後、完全な回路が得られますが、これまでのところトランジスタキーと「ボタン」はMKに接続されていません。

次に、 ボードの作成に進みます（今回は「左から右へ」という考えになりました）。

電源負荷を接続するための端子台を配置します。
端子台の右側にリレーがあります。
右側にもトランジスタスイッチの要素があります。
無線モジュール用の電源安定器（対応するコンデンサー付き）をトランジスタースイッチの隣（ボードの下部）に配置します。
無線モジュールを接続するためのブロックを右下から配置します（このブロックに正しく接続されたときに無線モジュールがどの位置にあるかに注意します-私の意見では、メインボードからはみ出してはいけません）。
ISPコネクタを無線モジュールコネクタの隣に配置します（同じMKピンが使用されているため、ボードの敷設を容易にします）。
残りのスペースにはMKがあります（トラックの最小長を確保するために、最適な位置を決定するためにボディを「ねじる」必要があります）。
ブロッキングコンデンサは、対応する端子（MKおよび無線モジュール）のできるだけ近くに配置します。

要素をその場所に配置した後、導体のトレースを行います。「アース」（GND）-私は繁殖しません（後でこの回路のテスト用グラウンドを作成します）。

これで、キーとボタンの接続を決定できます（どのピンが対応する回路に近く、どのピンがボード上でより接続しやすいかを確認します）。このため、目の前に次の画像があると便利です。

ボード上のMKチップの位置は上の図に対応しているだけです（時計回りに45度回転しているため）。私の選択は次のとおりです。

トランジスタキーをピンD3、D4に接続します。
ボタン-A1、A0。

注意深い読者は、atmega8が下の図に表示され、atmega168が説明に記載され、amega328がチップの写真に表示されていることを確認できます。気にしないでください-チップは同じピン配列を持ち（特にこのプロジェクト用）互換性があり、「オンボード」のメモリ量のみが異なります。好きなもの/持っているものを選択します（その後、ボード上に168個の「小石」を封印しました。amega8よりも多くのメモリがあります。より多くのロジックを実装できますが、2番目のパートではそれ以上です。

実際、この段階で回路は最終的な形を取ります（回路に適切な変更を加えます-選択したピンにキーとボタンを「接続」します）。

その後、PCBデザインの最後の接続を完了し、GNDポリゴンを「スケッチ」します（レーザープリンターがソリッドポリゴンをひどく印刷しないため、「メッシュ」にします）、ボードのあるレイヤーから別のレイヤーに遷移（VIA）を追加し、それを確認します希釈されていない単一のチェーンは残りません。

56x35mmのスカーフを手に入れました。

Eagleバージョン6.1.0（以降）の回路とボードのアーカイブは、ここにあります。

出来上がり、プリント回路基板の作成を開始できます。

PCB製造

LUT法（Laser-Iron Technology）で支払いを行います。投稿の最後に、私を大いに助けた資料へのリンクがあります。

回路基板を作成するための基本的な手順を説明します。

ボードの下側に紙Lomond 130（光沢）を印刷します。
同じ用紙にボードの上側を印刷します（ミラーリング！）。
内部に画像を含むプリントアウトを合計し、それらをルーメンに結合します（最大の精度を得ることが非常に重要です）。
その後、私は3面からホチキスで紙片を固定します（常に位置合わせが壊れていないことを確認します）-「封筒」になります。
両面ガラス繊維を適切なサイズに切断します（金属または弓のこ用のハサミを使用）。
ガラス繊維は、非常に細かいサンドペーパー（酸化物を除去）で処理し、脱脂する必要があります（アセトンで処理します）。
結果として得られるブランク（クリーニングされた表面に触れずに、慎重にエッジを覆う）を受け取った「封筒」に入れます。
アイロンを「完全に」温め、ワークピースを慎重に両側からアイロンをかけます。
ボードを放冷（約5分）した後、紙を水流に浸して取り除くことができます。

すべての紙が取り除かれたように見えたら、ボードを拭いて乾かし、電気スタンドの明かりの下で欠陥を調べます。通常、光沢のある紙の破片が残るいくつかの場所があります（白っぽい斑点のように見えます）-通常、これらの残留物は導体間の最も狭い場所にあります。通常のミシン針でそれらを取り外します（特に「小さな」ケース用のボードを製造する場合は、しっかりした手が重要です）。

さらに、基板は塩化第二鉄の溶液でエッチングされます（アンダーエッチングおよびオーバーエッチングを回避します）。

アセトンでトナーを洗い流します。

ヒント ：小さいボードを作成する場合、必要なボード数のブランクを作成し、ボードの上下の画像を複数のコピーに配置するだけです。この「結合された」画像はすでにグラスファイバーからブランクにロールバックされています。エッチング後、ワークを個別のボードに切断するだけで十分です。
紙に入力するときは、ボードのサイズを必ず確認してください。出力中にイメージスケールを「わずかに」変更するプログラムもあり、これは受け入れられません。

品質管理

その後、目視検査を行います（適切な照明と拡大鏡が必要です）。「スティッキー」がある疑いがある場合-テスターは「疑わしい」場所を制御します。

自己満足のため-テスターはすべての隣接する導体を制御します（回路が「短絡」しているときにテスターが可聴信号を発する場合、「リンギング」モードを使用すると便利です）。

それにもかかわらず、不必要な接触がどこかで見つかった場合、私は鋭いナイフでそれを修正します。さらに、可能性のある「マイクロクラック」に注意を向けます（今のところ、それらを修正するだけです。ボードを錫メッキする段階で修正します）。

錫メッキ、穴あけ

穴を開ける前にボードにスズメッキを施すことを好みます。そのため、柔らかいはんだを使用すると穴あけが少し簡単になり、銅の導体がボードからの「出口」を「引き裂き」にくくします。

まず、作られたプリント基板を脱脂する必要があります（アセトンまたはアルコール）。消しゴムで「歩き」、生じた酸化物を取り除くことができます。その後、ボードを通常のグリセリンで覆い、その後、はんだごて（温度は約300度）で、トラックに沿って少量のはんだ「ドライブ」を付けます-はんだは滑らかで美しく（グリッター）なります。錫メッキは、トラックが脱落しないように十分に速くする必要があります。

すべての準備ができたら、通常の液体石鹸でボードを洗います。

その後、ボードをドリルできます。
開口部の直径が1 mmを超えると、すべてが非常に単純になります（ドリルするだけで、垂直性を観察する必要があります。そうすると、コンセントが割り当てられたスペースに落ちます）。

しかし、ビア（0.6 mmのドリルで作成）では、もう少し複雑です-コンセントは原則として少し「破れ」ており、導体の望ましくない破裂につながる可能性があります
ここでは、2つのパスで各穴を作成することをお勧めします。最初に一方の側でドリルします（ただし、ボードの反対側にドリルが出ないようにします）。このアプローチでは、穴の「接続」がボードの厚さで発生します（わずかな位置ずれは問題になりません）。

取り付け要素

最初の層間ジャンパーがはんだ付けされています。
ビアだけの場合-銅線を挿入し、両側をシールします。
「遷移」が出力要素（コネクタ、リレーなど）の開口部の1つを介して実行される場合：撚り線を細い線に溶かし、遷移が必要な穴の両側からこの線の部分を静かにはんだ付けします。穴の中の空間。これにより、移行が可能になり、対応するコネクタが通常の位置に落ちてはんだ付けされるように、穴が十分に空いたままになります。

ここでも、「品質管理」の段階に戻る必要があります-錫メッキ/ドリル/トランジションの作成中に以前に受け取った疑わしい場所をすべてテスターに呼び出します。
以前に検出されたマイクロクラックがはんだで修復されたことを確認します（または、錫メッキ後にクラックが残っている場合は、クラックの上に細い導体をはんだ付けします）。

錫メッキのプロセスで「粘着」がまだ発生している場合は、すべてを除去します。これは、すでに完全に組み立てられたボードをデバッグするプロセスよりもはるかに簡単です。

これで、要素のインストールに直接進むことができます。

私の原則：「下から上に」（最初に最も低いコンポーネントをはんだ付けし、次に「より高い」コンポーネントと「高い」コンポーネントをはんだ付けします）。このアプローチにより、すべての要素を不便なくボードに配置できます。

したがって、最初にSMDコンポーネントがはんだ付けされていません（MK、トランジスタ、ダイオード、抵抗器、コンデンサなどの「より多くのレッグ」を持つ要素から始めます）、次にコネクタ、リレーなどの出力コンポーネントになります。

したがって、既製のボードを取得します。

継続するには ...

PS 「2チャンネル」モジュールを使用して、「ウォークスルー」スイッチ（通常、床などの場所の階段の最初と最後に配置）を交換できます。

PPS平らな押しボタンスイッチを使用する場合、少し改良を加えると、既存の取り付けボックスに適合するボードを作成できます（つまり、乾式壁の隙間に配置するだけではありません）。

PPPSはい、この投稿は先ほど触れたトピックの開発です。

便利なリンク ：

日曜大工の無線制御スイッチ。 パート1-ハードウェア