Умная розетка WiFi своими руками

[ColorPlay 41]

Восьмиканальный блок реле с беспроводным управлением

Привет, коллеги и энтузиасты, любители контроллеров Raspberry Pi.  Мы собираемся создать многоцелевой гаджет, который, никого не оставит равнодушным! Основная причина, по которой я взялся за изготовление этого проекта – это управление своими рождественскими гирляндами, но это только одно из множества возможных применений. В общем, вы можете подключить до 8 потребителей, и получить возможность беспроводного включения и отключения потребителей с вашего смартфона. При желании,  вы можете настроить переадресацию портов,  на вашем  беспроводном маршрутизаторе, и управлять блоком реле из любой точки мира!

Прежде чем начать, хочу дать ссылку на инструкцию, которую сделал пользователь TheFreeElectron, которая подробно описывает управление контактами GPIO  контроллера  Raspberry Pi с веб-приложения.  На самом деле, для того, чтобы закончить изготовление блока реле по моей инструкции, вам нужно будет пройти практически все шаги из его инструкции, в том числе используя удивительное веб-приложение для управления вашим блоком реле. Ознакомиться с инструкцией можно по ссылке:

http://www.instructables.com/id/Simple-and-intuitive-web-interface-for-your-Raspbe/

Также хочу напомнить, что работа с высоким напряжением 220 Вольт, чрезвычайно опасна. Обязательно соблюдайте технику безопасности и думайте о том, что вы делаете.

Вот список того, что необходимо для этого проекта:

• Контроллер Raspberry Pi с картой памяти Micro SD
• Блок питания 5V с разъемом Micro USB мощностью 1 Ампер
• Пластиковый бокс
• Восьмиканальный модуль реле с управлением 5V и максимальной нагрузкой на реле AC 250V 10A или DC 30V 10A. Управляется микроконтроллерами  на базе чипов AVR, PIC, ARM, PLC.

• Четыре двойные розетки (встраиваемые в стену) по 15 Ампер
• Твердые одножильные провода 18 AWG (три вида цвета изоляции)
• Плоский, 14-жильный шлейф (кабель) небольшой длины
• Орехи под провода (изоляторы концов)
• Цветные перемычки (мама-мама)

• Шнур питания (я использовал старый кабель питания от компьютера)
• Небольшие деревянные бруски
• Двусторонняя клеящаяся лента
• Шурупы

Шаг 1: Лицевая панель,  которой можно гордиться

Для того, что бы лицевая панель нашего проекта выглядела на отлично, отверстия под силовые розетки мы будем вырезать при помощи фрезерной машины, используя при этом дополнительный шаблон.

Возьмите линейку, отметьте точки по центру боковых сторон и проведите прямую линию вдоль длинной стороны. Затем отметьте центральную точку на этой линии.

Теперь положите линейку вдоль линии, так чтобы отметка 10см на линейке попала на центральную точку осевой линии.  Проставьте метки на осевой линии в положениях  4, 8, 12 и 16 см. В конечном итоге, должно получиться  четыре центральные точки, расположенные на расстоянии 4 см друг от друга вдоль осевой линии. Эти точки будут центром с винтовыми отверстиями для установки стеновой накладки розеток, что позволит разметить каждый из больших проемов для установки розеток. Я также рекомендую провести дополнительные опорные  линии сверху и снизу, чтобы убедиться, что накладка установлена параллельно краям пластикового бокса, перед разметкой больших проемов.

Затем при помощи фрезерной машинки, аккуратно сделайте выборку восьми больших проемов.

Шаг 2: Подготовка розеток

Сначала открутите длинные крепежные винты на концах каждой розетки.

Теперь внимательно посмотрите на розетки. Вы увидите, что с одной стороны у вас есть два серебристых винта (под нулевой провод), а с другой стороны два желтых винта (под фазный провод), и в обоих случаях у вас установлена перемычка между двумя винтами. Нам нужно удалить перемычку только с желтых контактов, перемычка на серебристых винтах остается. Это можно сделать при помощи острогубцев. Просто сломайте перемычку между винтами, путем их сгибания в разные стороны. Повторите эту операцию для остальных трех розеток. В результате, мы получаем 8 розеток с общим нулем, но с различными подключаемыми фазными проводами (что-то вроде восьми отдельных каналов).

Если вы вдруг используете другой тип розеток, то действуйте по обстоятельствам. Главное, чтобы это были независимые розетки относительно фазного провода, нулевой провод можно объединить.

Шаг 3: Подключение розеток

Теперь мы сделаем часть проводки.

1. Отрежьте 8 кусочков черного провода 18AWG длиной около 15 - 20 см.
2. Зачистите примерно 2 см изоляции с одного конца кусочка и согните конец крючком, как показано на фото. Повторите для всех 8 отрезков.
3. Установите отрезки с крючками под каждый из желтых винтов по бокам (направление крючка по часовой стрелке относительно ближнего края) и затяните винты, чтобы обеспечить  хорошие электрические соединения.
4. Установите все розетки с задней стороны лицевой крышки. Убедитесь, что все подсоединения направлены в одном направлении. На четвертом фото видно, что все винты заземления находятся на одной стороне. Это важно, так как в дальнейшем это намного упростит монтаж.
5. Теперь аккуратно снимите изоляцию с кабеля 14 AWG и отрежьте три жилы длиною примерно по 8 см каждая. Убедитесь, что вы случайно не надрезали изоляцию на жилах, когда разрезали верхний слой изоляции всего кабеля. Провода будут находиться под высоким напряжением и представляют потенциальную опасность поражения электрическим током.
6. Теперь соедините все ваши розетки общим нулевым проводом (в моем случае я взял отрезки проводов белого цвета). На моих розетках, его достаточно просто вставить в отверстие нужного контакта и он зафиксируется быстрозажимным устройством. Старайтесь не снимать лишнюю изоляцию с проводов, она должна быть как можно ближе к пластиковому корпусу. Чем меньше оголенных участков провода, тем безопаснее. На последней розетке, просто оставьте отрезок белого провода длиной примерно 10 см (это не показано на этом шаге, но вы увидите этот провод дальше). Подключение  выполняется в направлении от первой к последней розетке.

Внимание! Очень важно не перепутать контакты для подсоединения розеток, случайно подключив нулевой провод к фазному,  вы получите короткое замыкание, которое может привести к печальным, и даже трагическим последствиям. Поэтому тщательно проверяйте ваши подключения.

Шаг 4: Защита розеток и монтаж модуля реле

На этом этапе, мы должны вымерить и вырезать два брусочка из дерева, которые будут служить для поддержки розеток, а также будут использоваться для крепления модуля реле. У меня, их размер составил 2,5 х 2,5 х 18 см.

Перед  тем, как установить второй брусок в корпус, я дополнительно использовал его для создания аккуратной проводки, потому что большое количество проводов, достаточно сложно аккуратно уложить в ограниченном пространстве. Для этого, по длине бруска, я поставил восемь меток, которые строго соответствуют подключению контактов на блоке реле (речь идет о силовом подводящем проводе, оранжевого цвета).  Затем по этим меткам просверлил отверстия глубиной 2 см, диаметром, немного превышающим диаметр провода 18 AWG. После чего, вставил в них отрезки оранжевого провода,  длиной примерно 16-18 см, и аккуратно изогнул. Перед тем как снять проводку с бруска, скрепил ее при помощи пластиковых хомутов. В итоге, получилась красивая и аккуратная проводка.

Теперь снимите по 5мм изоляции с каждого конца оранжевого провода и установите их в винтовые контакты на блоке реле, зафиксировав зажатием винтов.

Далее, удерживая деревянные бруски в крышке коробки, просверлите четыре, сквозные отверстия в крышке и брусках. Каждое отверстие располагается на расстоянии 2 – 2,5 см от края. Диаметр зависит от болтов, или саморезов, которыми вы будете фиксировать бруски. Затем вставьте болты с лицевой стороны крышки и хорошо прижмите, это не позволит розеткам сдвинуться со своих мест. Конечно, болты или саморезы, лучше всего использовать с потайной шляпкой, желательно покрашенной в цвет лицевой панели. 

Наконец, с помощью двух небольших саморезов, закрепите плату модуля  реле, с установленными оранжевыми проводами, на одном из брусков, так как показано на фото. Плата с модулем реле, не должна сильно болтаться над розетками.

Шаг 5: Оставшаяся электропроводка ...

Далее мы подсоединим каждый из восьми черных проводов идущих от розеток к модулю реле. Для этого тщательно изогните каждый провод под свой контакт на плате с модулем реле, отрежьте нужную длину провода, снимите 5 мм изоляции с конца и подключите каждую розетку к соответствующему реле на модуле. В нашем случае мы используем левый контакт на реле, правый не используется, а в средний у нас подключен оранжевый провод. Опять же не оставляйте большие оголенные участки провода.

Теперь нам надо подключить шнур питания. Для этого, я использовал старый шнур от блока питания компьютера. Он удобен для монтажа, так как легко вписывается в отверстие 1/4"  ввиду своей круглой формы, а также имеет цветные провода внутри кабеля.

Посмотрите на второй рисунок, просверлите отверстие в нижней части корпуса и вставьте через него кабель питания примерно на 20 см. Затем, очень аккуратно снимите общую изоляцию с провода, тем самым оголив внутренние провода. Проверьте, что вы не повредили изоляцию отдельных жил. Чтобы кабель не выскакивал из корпуса, оберните его несколькими слоями изоляционной лентой, в месте, где он входит в корпус.

Теперь подключим провод питания к нашим реле. Для этого, нам надо объединить все оранжевые провода вместе и подключить их к проводу питания. Но дело в том, что внутренний токопроводящий зажим наших орехов (специальный наконечник с зажимом и внешней изоляцией) слишком мал, чтобы мы могли поместить в него сразу все провода. Поэтому, мы будем использовать два ореха, разделив оранжевые провода на две группы, с установленной перемычкой между ними.

Таким образом, разделите оранжевые провода на две группы. К одной из групп добавьте зачищенный черный провод от шнура питания и небольшой отрезок оранжевого провода, который будет служить перемычкой, затем сделайте надежную общую скрутку. Возьмите вторую группу, добавьте к ней провод (перемычку) от первой группы и также надежно скрутите. Затем оденьте на обе группы оранжевые орехи и зафиксируйте их.

Теперь подключите белый провод от шнура питания (ноль) к белому проводу, идущему от розеток (он остался болтаться на последней розетке). Здесь никаких проблем нет, надежно скрутите их и наденьте на них орех белого цвета.

Обратите внимание, в третьем фото видно, что я подключил заземление, идущее от шнура (зеленый провод) питания к заземляющим контактам на розетках. Для этого я использовал отрезки зеленого провода. Заземление, является важным элементом безопасности.

Шаг 6: Добавление контроллера Raspberry Pi

Изначально, я планировал, что у меня будет выходить два шнура питания из общей коробки. Один подает питание на розетки, а второй должен был подавать питание на адаптер 5V для контроллера Raspberry Pi. Но затем мне пришла идея, взять питание с орехов,  через которые подключается общий силовой кабель. Поэтому я взял старый удлинитель, отрезал от него разъем с розеткой и подключил его к белому и оранжевому ореху. Адаптер питания 5V с выходом USB для подключения контроллера располагается теперь внутри корпуса.

Затем, для установки контроллера, на дно корпуса я установил небольшой кусок фанеры, приклеив его на двусторонний скотч. При помощи не больших саморезов, к этому куску фанеры я прикрутил сам контроллер.  Внимание, не забудьте установить миниатюрный USB Wi-Fi адаптер на плату контроллера, до его установки в корпус. В противном случае вам придется откручивать контроллер и заново его устанавливать.

Есть еще небольшой момент. Желательно, перед установкой контроллера в корпус,  удостовериться,  что он настроен на автоматическое подключение к беспроводному маршрутизатору, через USB Wi-Fi адаптер, при подаче питания. По этой теме есть много учебников в интернете, вот например этот:

http://learn.adafruit.com/adafruits-raspberry-pi-lesson-3-network-setup/setting-up-wifi-with-occidentalis

Шаг 7: Соединение модуля реле и контроллера Raspberry Pi

Очевидно, что цветовая маркировка, указанная мною, актуальна только лишь в случае, если вам посчастливилось использовать такой же 10-ти жильный кабель. В остальных случаях соблюдайте правильность соединения контактов между модулем реле и контроллером Raspberry Pi, которую я указал на фото выше.  

Я рекомендую подключать все провода по порядку, используя представленную диаграмму. Обратите внимание, что не все контакты подключаются по порядку, поэтому внимательно следите за номерами контактов. 

Также, вам нужно будет удалить 2-х контактный шунт (перемычку), который находится на плате модуля реле, соединяющий контакт VCC с выводом VCC-JD (просто зажмите его пальцами и снимите). Затем при помощи дополнительного провода, соедините контакт 2 (это 5V) на контроллере Raspberry Pi с контактом 3 (VCC-JD) на плате модуля реле (на моем фото это коричневый провод). Это обеспечит питание 5V на катушках реле. Если этого не сделать, то на включение катушек реле, будет приходить всего 3.3V, что не достаточно для их нормальной работы.

На этом, сборка электрической схемы заканчивается, и мы можем приступить к тестированию…

Шаг 8: Безопасное тестирование (перед подключением)

Вы можете подумать, что я параноик, но я действительно проверял все свои электрические соединения дважды! Для этого я использовал мультиметр с функцией прозвонки. Главным критерием проверки, было не допустить короткое замыкание, во-первых это опасно для вас, а во-вторых можно повредить дорогостоящие компоненты.

После того, как вы проверили всю вашу схему, убедитесь, что вы полностью настроили веб-интерфейс  для использования цифровых контактов GPIO контроллера Raspberry Pi, полностью выполнив инструкцию от TheFreeElectron (ссылку на инструкцию я давал в самом начале).

После подключению к питанию, в неактивном состоянии, у вас сразу не должно быть фазного напряжения ни на одной из розеток, до тех пор, пока вы не включите соответствующее реле. Если же вы хотите протестировать ваш блок реле действительно безопасно, то отключите блок питания контроллера от внутренней схемы и включите его в обычную розетку. В этом случае, функционирование схемы, вы сможете проверить по характерному щелчку реле,  с проверкой соответствующих цепей.

Есть один момент, который вы быстро заметите. Кнопки в веб-приложении будут инвертированы (т.е. когда кнопка активна – реле  выключено, и наоборот).  Это происходит потому, что модуль реле управляется «активным низким уровнем»,  это значит, что реле включается,  когда определенный управляющий контакт соединяется с землей, а не VCC.

Если все функционирует правильно, то можете использовать свой блок реле по своему назначению!

Напоследок, хочу добавить, что к реле можно подвести и другие различные источники питания, а также использовать их комбинированно. Для этого всего лишь нужно немного изменить силовую схему подключения реле и розеток, что не составит большого труда при небольших познаниях электротехники.

Удачи!

Источник: http://www.instructables.com/id/Web-Controlled-8-Channel-Powerstrip/?ALLSTEPS