Arduino: DIY – Smart Switch (1)

Uprošlom broju je bilo reči o touch modulima, a u ovom broju vam predstavljamo neke od Wi-Fi ploča koje se mogu koristiti za razne projekte . Sada ćemo vam predstaviti još jedan DIY projekat – pametni prekidač. Projekat će biti ugrađen u zid i preko njega ćemo moći da uključujemo i isključujemo svetlo dodirom na panel. Isto tako ćemo preko mobilnog uređaja (Blynk app) moći da pratimo stanje svetla i da ga isto tako uključujemo i isključujemo u okviru lokalne mreže, ali i van nje. Uz ovaj primer može se povezati do četiri kanala releja, zahvaljujući limitima NodeMCU u broju upotrebljivih digitalnih pinova.

All those modules

Za ovaj projekat nam treba jedan NodeMCU, a mi smo se odlučili za Lolin varijantu. Ako će i vaš projekat biti zasnovan na istoj ploči, bilo bi zgodnije da to bude ploča bez zalemljenih hedera zbog prostora (hederi i dupont konektori u zbiru daju dva centimetra nepotrebno zauzetog prostora). Osim ploče, trebaće nam i nešto žica (žensko-ženski dupont konektor) i koji muški dvoredi hedera za razvođenje instalacije, kao što smo radili kod meteorološke stanice.

Za prekidanje struje ka sijalicama iskoristili smo četvorokanalni relej modul sa optocoupler izolacijom, koji radi na pet volti, dok sami releji mogu biti opterećeni sa 250 volti i deset ampera. Za čitanje dodira na panelu smo uzeli četiri HTTM crvena touch panela. I na kraju, iskoristili smo dva punjača za telefone (pet volti, jedan amper), koji će odvojeno napajati ploču i releje. Sve to treba spakovati negde, a mi smo se odlučili za Alingovu doznu 7m, a uz nju smo uzeli odgovarajući nosač i belu masku. Panel smo napravili od stakla.

All those electric stuff

Da bi se ovaj projekat uopšte ugradio u zid, potrebno je da na prekidačkom mestu imamo fazu, četiri povratne žice ka sijalicama i nulu. U 99 odsto slučajeva kod starijih instalacija nula nije dovedena na prekidačko mesto. Nije nikad ni trebalo, sem za indikator. Sada nam treba. Doznu je poželjno postaviti bar jedan centimetar dublje u zid nego inače, zbog dodatnog prostora, a ako će se koristiti ploča bez hedera, onda i ne mora.

Prvo u doznu ugrađujemo modul sa relejima koji pričvršćujemo šrafovima na zid dozne, a odmah do njega malu PCB ploču sa dvoredim muškim hederima, preko kojih ćemo razvoditi 3,3V i GND ka touch panelima i VCC relej modulu. Skroz levo smo spakovali dva punjača tako što smo odsekli viljuške i zalemili po dve žice direktno na PCB svakog od njih, a žice povezali direktno na električnu instalaciju. Ako znamo da je po kanalu releja potrošnja prema datasheetu 71,4 miliampera plus ploča, dolazimo do toga da je i jedno napajanje dovoljno, ali se dva koriste radi izolacije ploče i modula releja, o čemu ćemo govoriti u daljem tekstu. Napajanje se u ovom slučaju može izvesti i mnogo elegantnije, ali se vreme dok nam stignu namenska napajanja (HLK-PM01, recimo) nije poklapalo sa rokovima za štampu, a i supruga autora nije imala razumevanja za odugovlačenje haosa po kući.

Elem, kratkim kablovima sa napajanjima povezujemo NodeMCU i modul releja. Pomenuli smo da modul releja ima optocoupler izolaciju, što smo iskoristili, te smo napajanje povezali na GND i JD-VCC na odvojenim hederima, gde smo džamper uklonili. S obzirom na to da ćemo na terminale povezati 220 volti, pri čemu modul radi na pet volti, postoji opasnost od oštećenja NodeMCU-a kroz digitalne pinove, a tu je i šum sa namotaja. Da ne pominjemo da je IO logika NodeMCU-a na 3,3 volta.

Da pojasnimo malo ovu zaštitu i kako modul uopšte funkcioniše.

Mikrokontroler se u ovom slučaju ne postavlja kao izvor (source), to jest, struja ne teče od njega ka modulu, već obrnuto (sinking). U okviru skeča pinove NodeMCU koje povezujemo sa IN pinovima postavljamo na OUTPUT, iako bi neko pomislio da bi trebalo na INPUT ako struja ide u suprotnom pravcu. Bez obzira na to da li mikrokontroler predaje ili prima struju, pinovi se moraju postaviti kao OUTPUT. INPUT u Arduino svetu označava digitalni ulaz, a ne ulaz struje. Napon od 3,3 volta sa ploče ide na VCC pin modula i tu preko otpornika ide u optocoupler izolatorski čip. U njemu se nalaze LED i opto tranzistor i ne postoji nikakva električna veza između njih, iako je u pitanju jedna komponenta.

Struja protiče kroz pomenutu LED, a zatim kroz još jednu na modulu koja nam signalizira stanje kanala i ide na digitalni pin NodeMCU. Ako pin na ploči postavimo na LOW, struja će poteći sa 3,3V izlaza, uključiće se obe LED na modulu i sam kanal, to jest relej. Ako pin stavimo na HIGH, blokirali smo protok struje i relej je „off”. Ovaj deo najviše zbunjuje i česta su pitanja kako se sa LOW nešto uključuje jer mi sa LOW zapravo šaljemo GND (LOW) na IN pin. Ovo je ujedno i razlog da se NodeMCU i relej modul povezuju bez zajedničkog GND-a. Sa druge strane, da bi ostatak releja radio i da bi kalemi dobili svoje napajanje, potrebno je dovesti GND na GND modula i pet volti na JD-VCC, gde se džamper između JD-VCC i VCC uklanja.

Na ovaj način ne postoji veza između strujnog kruga koji se tiče NodeMCU-a i strujnog kruga koji se tiče kalema, pa je na ovaj način ploča izolovana. Naravno, može se koristiti i sa džamperom, gde će se ceo modul napajati preko VCC-a kroz pomenuti džamper, ali sa pet volti (ili 3,3 volta). Na ovaj način 3,3V ploča će na digitalnim pinovima imati 5V, gde je rizik od pregorevanja veliki, ali za potrebe razvoja projekta na kratke staze je sasvim OK. Mi ćemo iskoristiti prednosti optocoupler čipa i odvojiti mikrokontroler od namotaja releja i visokog napona. Naš NodeMCU će iz tog razloga sve vreme misliti da je uključio dve LED. Znamo da je maksimalno opterećenje po pinu u ovom slučaju do 12 miliampera, što i nije problem ako znamo da struja sa 3,3V pina ide kroz otpornik od 1000 oma i dve LED.

Ovo opet znači da se LED na modulu NE SME ukoniti/premostiti. Takođe se NE SME dovesti GND na VCC pin pored JD-VCC pina. Taj VCC je spojen sa istim onim VCC-om na koji smo doveli 3,3 volta, a pretpostavljamo da znate šta to znači. Modul ima NO (normalno otvoren), COM (zajednički) i NC (normalno zatvoren) izlazne terminale, pa ako je izlazni pin NodeMCU-a HIGH, relej zadržava NC stanje, što znači da ako električni vod ka sijalici povežemo na ovaj način, struja će teći i sijalica će sijati. Mi smo se odlučili na NO terminal, gde će struja preko njega teći samo ako nam je pin na LOW, tada je relej „on” i sijaće nam ona ugrađena LED. Dakle, dovodimo fazu na COM terminale, a povratne žice ka odgovarajućim sijaličnim mestima na NO. Inače, NO i NC terminali sa dva releja se često koriste za DC motore i okretanje smera.

Dejan PETROVIĆ