ZAVAIK SOLUCIONES INTELIGENTES
Somos Aitor Zabaleta, Iker Carvajo y Asier Valderrama, estudiantes de segundo curso del Ciclo Superior de Mantenimiento Electrónico, en La Salle Berrozpe, Andoain, Gipuzkoa. Nuestro proyecto es ZAVAIK SOLUCIONES INTELIGENTES.
Os dejamos un pequeño video para que podáis entender en qué consiste nuestro proyecto. En el video, además de presentarnos y ver el funcionamiento
¿EN QUE CONSISTE?
En nuestro caso con Alexa, lo que queremos es controlar una bombilla no inteligente como las que nos podemos encontrar en cualquier casa, oficina, etc; y convertirla en una bombilla inteligente y conseguir encender y apagarla interactuando mediante voz con Alexa.
La idea de este proyecto surge de que hoy en día en la mayoría de las casas se están implementando dispositivos relacionados con la domótica por lo que nosotros decidimos crear algo vinculado con esto. En la domótica uno de los dispositivos que no cambia apenas, es el uso de Alexa de Amazon con el que puedes controlar diferentes dispositivos.
Por otro lado queremos medir mediante un sensor de corriente no invasivo diferentes aparatos y con esto recibir la intensidad máxima que circula y ver el consumo de este aparato, además de que interactuando con la Alexa, esta información que capta el sensor la sube a una hoja de Excel de Google drive.
Como hemos dicho antes, nuestro prototipo consta de dos partes, por un lado tenemos una placa con el que controlamos el encendido y apagado de la bombilla como de un led interno del NodeMCU ESP8266. Además también podemos descargar la APP desde play store de cualquier móvil y añadiendo aquí tanto el led como la bombilla como dispositivos podemos también controlar activando y desactivando desde la aplicación estos dos dispositivos.
Para poder mantener la comunicación entre el ESP8266 y la Alexa, ambos tienen que estar conectados al mismo wifi. También hay que añadir tanto el led como la bombilla a la APP de Alexa para poder crear una interacción y poder encender y apagar tanto el led como la bombilla mediante Alexa. Una vez que tenemos los dispositivos añadidos, lo único que tenemos que decir para que se encienda tanto el led como la bombilla es: "Alexa enciende
led" o "Alexa enciende bombilla" y en el caso de que queramos apagarlas tendremos que decir lo siguiente, "Alexa apaga led" o "Alexa apaga bombilla". Como hemos dicho anteriormente el encendido y apagado también se puede controlar mediante la APP de Alexa.
Por otro lado, con la otra placa controlamos lo que es el tema del sensor, tanto recibir la información como hacer los diferentes cálculos para que te nos de tanto el consumo como la intensidad máxima del aparato que estemos midiendo. Además de subir esta información a un Excel de Google drive para poder tener la información al momento y poder verlo a tiempo real esta información. Igual que la placa que enciende y apaga la bombilla, el ESP8266 de esta placa también tiene que estar conectado al mismo wifi para poder mantener la comunicación, Además en este caso también tenemos que añadir el dispositivo del sensor a la APP de Alexa para crear una interacción de voz con Alexa y pueda mandar la información cada vez que se lo pidamos. Para mandar la información que capta el sensor SCT013 tendremos que decir "Alexa enciende sensor", además de que de la manera que hemos programado también cada 5 minutos te manda la información que has captado en ese momento para poder visualizar por ejemplo al cabo del día el consumo del dispositivo.
Este sensor, el SCT013-30A es un sensor no invasivo de efecto hall que mide la corriente y con esto lo que conseguimos es medir el consumo eléctrico de cualquier aparato electrónico.
A continuación os explicaremos más detalladamente los diferentes componentes que hemos utilizado para la fabricación de la placa para encender y apagar tanto la bombilla como el led.
Como se puede observar, en este circuito nos encontramos con dos regletas (J3 y J1). J3 es para alimentar la placa; esto es, conectaremos directamente a un enchufe de 230V, y J1 es para la salida de la placa; esto es, de aquí saldrán los 230V que accionaran la bombilla.
Al alimentar la placa, nos encontramos con una fuente de alimentación de AC-DC cuyo fin es lograr 5V (CC) de 230V (CA) de entrada. Con esos 5V, por un lado alimentaremos la placa ESP8266 mediante el pin VIN (pin 15), y por otro lado alimentaremos el relé.
Entre el ESP8266 y el relé hay unos componentes cuya función es proteger las dos partes del circuito entre sí, es decir entre el ESP8266 y la parte de los contactos del relé.
El diodo está colocado paralelo a los pines de la bobina del relé, a su vez este diodo está colocado inversamente y esto se usa para que la bobina al trabajar en conmutación, cuando está cargado y el transistor pasa a estar en modo corte, la bobina tiende a descargarse y se descargue mediante el diodo. En nuestro caso, hemos utilizado el diodo 1N4118, pero en un principio queríamos utilizar el 1N4007 pero este no estaba disponible en stock en ninguna de las paginas para comprar componentes electrónicos en SMD, por lo que decidimos cambiar al diodo 1N4118 ya que este si que estaba disponible en SMD.
Con el optoacoplador U2 conseguimos aislar los dos circuitos, ya que si en la parte del circuito donde se encuentra el relé hay un cortocircuito el optoacoplador aísla el ESP8266 para que este no se estropee. Hemos escogido este optoacoplador ya que en nuestro caso se tenía que alimentar a 5V y después de ver en diferentes proveedores de componentes electrónicos, vivimos que escogiendo este optoacoplador PC817 tardaría menos tiempo en llegarnos y viendo la hoja de características nos valdría para nuestro circuito.
Y las dos resistencias que están en el circuito, están para limitar la corriente y tener un menor consumo.
Como se puede observar, en este circuito nos encontramos con dos regletas (J1 y J2). J1 es para alimentar la placa; esto es, conectaremos directamente a un enchufe de 230V, y J2 es para conectar los dos cables del sensor de corriente.
Al alimentar la placa, nos encontramos con una fuente de alimentación de AC-DC cuyo fin es lograr 5V (CC) de 230V (CA) de entrada. Con esos 5V alimentaremos la placa ESP8266 mediante el pin VIN (15).
El sensor de corriente no invasivo nos da una señal de salida entre -1V a +1V. Como la placa ESP8266 no permite voltajes de valor negativo, con el circuito que se encuentra a la derecha de la imagen elevaremos nuestra señal del sensor hasta conseguir valores positivos. Con dos resistencias del mismo valor creamos un divisor de tensión. Metiendo una tensión de 3,3V en el divisor, entre las dos resistencia conseguiremos una tensión de V=3,3/2 = 1,65V. Esta tensión se le añade a la tensión de salida del SCT-013, consiguiendo aumentar el punto de referencia, por lo que ya no tendremos tensiones de valor negativo. Por otro lado, tenemos el condensador que se encarga de estabilizar la señal; es decir, evita cambios bruscos de la señal y por otro lado en caso de que se nos acople el ruido en la señal, con el condensador derivaremos este ruido a masa.
A la hora de decidir el valor para las dos resistencias tener en cuenta que deben de tener el mismo valor y preferiblemente tiene que ser de un valor alto para tener un menor consumo de corriente. En nuestro caso hemos colocado dos resistencias de 100KΩ y un condensador de entre 10uF y 100uF.
El pcb layout, es el plano general del circuito impreso, tal y como va a quedar al fabricar el pcb.
Línea Roja: Top Copper.
Línea Azul: Bottom Copper.
Círculo dorado: Vía para unir ambas caras.
Agujero rosa y gris: conexión eléctrica número 1 y 2 del componente. Rosa área de conexión y lo gris agujero.
A continuación, os mostraremos una imágenes de las 4 piezas que hemos diseñado nosotros e impreso nosotros en impresora 3D, estas piezas las utilizamos para envolver nuestras placas.
https://github.com/elektronikalsb/dispInteligentesAlexa/tree/main/Alexa_Medidor_Energia_Inteligente
