ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能

目录

1、控制器板

2、采集器板

2.1、电源设计

2.2、控制器设计

2.3、电量采集电路设计

2.4、按键和LED指示灯设计


ESP8266 WiFi物联网智能插座的硬件功能主要包括两部分:控制器板和采集器板。

焊接成品效果如下图所示:

ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能_第1张图片

1、控制器板

控制器板是ESP8266最小系统,PCB设计效果如下图所示:

ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能_第2张图片

控制器选用ESP-12S作为主控模组。

ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能_第3张图片

原理图设计如下图所示:

ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能_第4张图片

BOM清单如下:

No. Quantity Comment Designator Footprint
1 1 10uF C1 C0603
2 1 100nF C2 C0603
3 11 10K R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11 R0603
4 1 ESP-12S U1 SMD_ESP-12S
5 1 2x6P双面直插-右插脚 U2 焊接口

生产工艺如下图所示:

ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能_第5张图片

2、采集器板

采集器板主要包括电源设计、控制器设计、电量采集电路设计和按键和LED指示灯等其他设计。PCB设计效果如下图所示:

ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能_第6张图片

2.1、电源设计

电源设计包括:220V转5V和5V转3.3V两部分。

220V转5V电源没有自己设计,选用的是淘宝购买的模块,输出电压5V,电流700mA,50%负载时,纹波小于100mV。

ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能_第7张图片

电路图设计只需要保留电源模块的接口焊接即可,原理图设计如下图所示:

ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能_第8张图片

ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能_第9张图片

5V转3.3V电源选用常用的AMS1117 LDO电源芯片,原理图设计如下图所示:

ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能_第10张图片

2.2、控制器设计

控制器选用FH44L磁保持继电器,磁保持继电器具有功耗低、工作稳定、使用寿命长、温升低等重要特点。与普通继电器不同,磁保持继电器在永久磁钢的作用下,仅需一个方波脉冲信号即可切换触点的通断状态。即便断电后,也会依然保持当前状态,并且处于极低功耗状态,在低功耗或高稳定的场景具有非常明显的优势。

ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能_第11张图片

磁保持继电器模块需要使用方波脉冲信号驱动,所以要采用专用驱动芯片,原理图设计如下图所示:

ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能_第12张图片

使用磁保持继电器有以下3点注意事项:

1、磁保持继电器出厂状态为复归状态,但因运输或继电器安装时受到冲击等因素的影响,可能会变为动作状态,因而使用时(电源接入时)请根据需要重新将其设置为动作状态或复归状态。

2、为了确保磁保持继电器动作或复归,施加到线圈上的激励电压须达到额定电压,脉冲宽度须大于4ms。不要同时向动作线圈和复归线圈电压施加电压。不要长时间(大于1分钟)向线圈施加电压。

3、在产品运输、存储和应用的过程中,请使产品远离强磁场以避免动作电压和复归电压的改变。

2.3、电量采集电路设计

电参采集使用上海贝岭BL0942电能计量芯片,它是一颗内置时钟免校准电能计量芯片,适用于单相多功能电能表、智能插座、智能家电等应用,具有较高的性价比。

BL0942集成了 2 路高精度 Sigma-Delta ADC,参考电压,电源管理等模拟电路模块,以及处理有功功率、电流电压有效值等电参数的数字信号处理电路。 BL0942 能够测量电流、电压有效值、有功功率、有功电能量等参数,可输出快速电流有效值(用于过流保护),以及波形输出等功能,通过 UART/SPI 接口输出数据,能够充分满足智能插座、智能家电、单相多功能电能表及用电信息大数据采集等领域的需要。 

原理图设计如下图所示:

ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能_第13张图片

2.4、按键和LED指示灯设计

最后介绍按键和LED指示灯的原理图设计如下图所示:

ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能_第14张图片

ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能_第15张图片

BOM清单如下:

No. Quantity Comment Designator Footprint
1 2 10uF C1,C5 贴片钽电容 3216A
2 4 100nF C2,C3,C4,C9 C0603
3 1 3.3uF C6 C0603
4 3 68nF C7,C8,C10 C0603
5 1 FH44L-1AT-L1-DC5V K1 FH44L-1AT-L1-DC5V
6 1 LED LED1 3.0mm LED灯
7 1 P1 新国标五孔公母一体插座
8 1 ESP12S直插模块2x6P P2 焊接口
9 1 1R±1% R1 R1206
10 1 100R±1% R2 R0603
11 1 0.001R±1% R3 R2512
12 3 510R±1% R4,R5,R11 R0603
13 5 390K±1% R6,R7,R8,R9,R10 R0603
14 1 10K±1% R12 R0603
15 1 侧按键 SW1 6x6x5
16 1 AC220 to DC5V 700MA U1 开关电源模块
17 1 AMS1117-3.3 U2 SOT-89
18 1 CN8023B U3 SOT-23-6
19 1 BL0942 U4 SSOP-10

生产工艺如下图所示: 

ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能_第16张图片

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