Conmutador wifi (ESP8266-01) doble con control de estado real de cada línea

Hola,

hace tiempo que voy detrás de construir algo que pueda acoplar a cualquier instalación eléctrica tradicional, con los cambios mínimos necesarios. Sé que existen algunas soluciones comerciales que permiten sustituir los interruptores/conmutadores tradicionales directamente, incluso sin necesidad de pasarle un cable de Neutro para alimentar el circuito controlador (Xiaomi Aquara por ejemplo), pero prefiero complicarme la vida y hacerme algo que pueda decir que me he currado :slight_smile: También quiero compartirlo por si a alguien le puede servir también la idea.

Para que se hagan una idea de lo que tengo en mente (y medio implementado en pruebas), ahí va un resumen de los requisitos que tengo para éste proyecto:

  • El circuito debe poder alimentarse en cualquier sítio de la instalación: 230v-50Hz en España.
  • En todo momento quiero poder consultar remotamente el estado real de las líneas controladas.
  • Debe ser lo más pequeño posible (actualmente estoy sobre los 25cm2 -5x5cm).

Como quiero realizar modificaciones mínimas en la instalación eléctrica actual, mi intención es usar un sensor de corriente no invasivo; de hecho, con el que he empezado mis pruebas es el SCT-013-000, con una resistencia de burden de 22Ω, para obtener una tensión a la salida de 150mV con cargas pequeñas en la línea, como son bombillas LED (de momento solamente quiero controlar iluminación).

Adjunto esquema de lo que tengo diseñado y lo comento más abajo:

En la parte superior está salida, que no es más que el circuito del módulo de control de dos relés de 5v. Aunque no lo he implementado, presupongo que debe funcionar correctamente, ya que compré un módulo de ese mismo diseño y funcionó en mis pruebas.
En la parte inferior, de izquierda a derecha, se puede ver la conexión a 230VAC a un módulo comercial HLK-PM01 para generar una alimentación principal de 5VDC a 0,6A. Ésta alimenta a un AMS1117-3.3 para proporcionar una alimentación secundaria de 3,3V, que utilizaremos para alimentar un módulo Wifi comercial ESP8266-01. Dicho módulo Wifi, puede un máximo de cuatro entradas/salidas digitales, sin la posibilidad (que no sea soldando a nivel microscópico) de acceder a ningún pin analógico del microcontrolador.
Con ésto, necesitamos una señal digital que nos indique si hay tensión o no en la línea controlada, y ahí es donde entra la parte inferior derecha del circuito, en el que tenemos dos conectores mini-Jack para conectar dos SCT-013-000 y un par de circuitos amplificadores rectificadores para cada uno de ellos, con el fin de conseguir esa señal digital. No lo he llegado a implementar con éxito, pero en éste simulador se puede ver que funciona correctamente.

Podéis ver el circuito completo y las placas que estoy diseñando en EasyEda.

La parte del software, le instalaré al ESP8266-01 el FirmWare de Sonoff-Tasmota, que conectaré con MQTT a mi servidor privado de Node-Red (podría servir cualquier otro).

Me gustaría que me dierais vuestra opinión y me ayudaseis a resolver un par de dudas:

  • ¿Funcionaría correctamente el detector de corriente conectado a cada SCT-013-000?
  • ¿Sabéis si existe alguna alternativa más pequeña que los SCT-013-000? Los encuentro muy grandes comparado con lo que estoy diseñando

Grácias por adelantado.

Que gusto me da cuando alguien postea bien las cosas, se ve todo y aunque la imagen del esquema luce con baja resolución cuando vas al EasyEDA ahi esta todo con perfecta claridad.
Gracias por compartir tu proyecto de esta manera.

De acuerdo a lo que veo en el simulador donde me resulta más fácil leer el circuito, esta claro que el LM324 forma un rectificador de media onda con filtro a la salida.
El umbral de disparo se lo termina dando cuando tienes polarización suficiente para exitar el transitor.
Eso luce correcto.

¿Sabéis si existe alguna alternativa más pequeña que los SCT-013-000? Los encuentro muy grandes comparado con lo que estoy diseñando

Podrias usar los ACS712, son mas pequeños? si algo mas pero mas o menos igual, o si solo quieres saber si hay o no 220VAC porque no un optoacoplador que te lo diga? Hace unos dias, se ha debatido (una vez mas) el tema en un hilo de Hardware. Búscalo!!

Muchas gracias por su comentario @surbyte

De acuerdo a lo que veo en el simulador donde me resulta más fácil leer el circuito, esta claro que el LM324 forma un rectificador de media onda con filtro a la salida.
El umbral de disparo se lo termina dando cuando tienes polarización suficiente para exitar el transitor.
Eso luce correcto.

Viene bien leer éstas palabras :smiley: espero que el montaje final funcione igual de bien que el simulador y que su opinión ;D

Podrias usar los ACS712, son mas pequeños? si algo mas pero mas o menos igual, o si solo quieres saber si hay o no 220VAC porque no un optoacoplador que te lo diga? Hace unos días, se ha debatido (una vez más) el tema en un hilo de Hardware. Búscalo!!

Había descartado ésta solución porque me interesa hacer cambios mínimos en la instalación eléctrica actual, con lo que, si quisiera montar el circuito propuesto en el post al que creo que se refiere, a parte de necesitar L+N de alimentación de la propia placa, también necesitaría acceso a L+N de cada línea controlada, cuando es muy fácil encontrar cajas de conexión con solamente L, que es la que vas a conmutar realmente. Al contrario de lo que se comenta en ese post, a mi no me importa tanto saber si “pasa corriente” a una bombilla fundida… al final, si veo desde la aplicación que está apagada, la enciendo y veo que no cambia el estado de la línea, eso mismo ya me está diciendo que hay algún problema en la instalación (bombilla fundida casi con total seguridad). Veo el mismo problema con el sensor ACS712.

Mientras buscaba ésta información, he encontrado éste otro sensor (ZMCT103C), que quizás también me podría servir y veo que es bastante más pequeño que el SCT-013-000. La limitación que le veo es que me sirve para máximo 5W en la línea a controlar… quizás demasiado poco, incluso para muchas luces LED. Tendré que contrastar más ésta información porqué veo en otro sitio (ZMCT103U) que puede medir de 0~15A, y siendo así sí que sería un muy buen sustituto.

Bueno te dejo algunos links interesantes

link1
link2
link2

En estos 3 links no me esforcé mucho pero mira esto!!

Hall Effect Linear Current Sensors for 5 to 50A Applications

Y esta es otra opción intersante ACHS-7121-000E ±10A Hall Effect Sensors

Me gustan las dos últimas opciones que me muestras; no las conocía y me permitirían hacer algo parecido a lo que ya tengo, pasando la entrada COM de cada relé por uno de éstos chips, y amplificando/rectificando la salida del mismo modo que estoy haciendo ahora con el SCT-013-000. Revisando el entorno en el que lo estoy desarrollando todo y comprando el material, he encontrado éste modelo que también me servirá.

Vienen días de vacaciones, en cuanto pueda me pongo con los cambios :slight_smile:

De momento tengo la mañana tranquila... :slight_smile:

He hecho los cambios que tenía en mente. Los podéis ver a continuación con el circuito en mejor resolución (espero... si es así actualizaré también el circuito del primer post).

El enlace al proyecto nuevo que he creado para éstos cambios.

@surbyte: ¿tienes experiencia con éste tipo de chips? Más que nada que como no lo voy a poder simular, no tendré más remedio que probarlo directamente en placa una vez comprados los componentes y diseñada la placa (me meto en eso mientras me quede tranquilidad mañanil)...

El ACS712 te genera una salida 0-5V con un offset de 2.5V para 0 Amper de modo que para simularlo olvidate del sensor y colocas un generador con esas características y listo. Asi que ahora en tu esquema debes tener en cuenta eso.
Imagina que tienes 0 Amp o sea tendrás una salida de 2.5V en el ACS712, pues bien, el LM358 verá a la salida un valor que dispare tu RELE y eso no es lo que buscas.

Tienes toda la razón... en cuanto pueda dedicarle un poco más de tiempo adapto el circuito.

Muchas gracias!

Tienes que armar un diferencial con 2.5V (preset) que neutralice la entrada o bien una entrada que bloquee el offset y solo veas la tensión pico de esos +-2.5V maximo que tendras.

He actualizado el circuito en el simulador. Creo que está bien. No tengo muy claro si se parece a lo que proponías, pero resumiendo mucho, necesito que la salida siempre arranque con un 1 lógico para que se inicie correctamente el ESP8266-01, cosa que ya tenía controlada con la versión anterior y que he mantenido con ésta versión.

Si puedes echarle un ojo, que lo he modificado desde el móvil y no se ven tan bien las cosas como desde el ordenador :slight_smile:

Muchísimas gracias por tu ayuda en esto!

Sigo buscando sobre estas ultimas dos opciones que te sugerí y me encontré con esta placa ya hecha

ACHS-7121 Current Sensor Carrier -10A to +10A

Creo que tiene un tamaño muy adecuado para tu proyecto.

Luego reviso el tema simulador

No me convence... sólo esta placa (y necesito dos) ya me ocupa 1,7x2cm... cuando la PCB que estoy diseñando hace 5x5cm con todo :slight_smile: (y estoy intentando que ocupe un poco menos -5x4cm-). Otro factor en contra son los 6$ de cada placa (12$ en total), mientras que los dos chips los tengo por 4$...

Comparto alguna foto de un prototipo que monté hace algún tiempo sin que fuera funcional al 100%, para que se vea el resultado que busco.

@surbyte, has podido revisar el tema del simulador? Tiene buena pinta pero me gustaría contrastarlo.

Gracias por adelantado!

Lo he hecho pero quise modificarlo y luego vi que me llevaría mucho tiempo.

En principio parece funcionar. Porque no armas un prototipo cableado y te aseguras que trabaja bien?

Demasiadas mudanzas… no tengo componentes que no sean SMD y donde vivimos lo tengo a más de 30min. para ir a comprar componentes… aunque reconozco que quizás me saldría a cuenta :o

Pero un prototipo no se arma en SMD, se prueba el concepto. No importa su tamaño.

Lo se... pero no tengo forma de encontrar todos los componentes en cantidad y precio razonables... conoces algún vendedor en internet? :-[

Bueno… he montado el circuito y me he encontrado algunos puntos… a ver si me podéis ayudar a resolver el enigma que tengo entre manos:

  • El fabricante del ASM1117-3.3v que he usado no indica en sus especificaciones qué era el pin TAB para el empaquetado SOT-223, y no sé por qué motivo supuse que era la masa, cuando en realidad era la salida de 3.3v. Al conectar la corriente se empezó a calentar y lo paré porqué vi que algo no iba bien. Localizado el problema, desoldé el pin TAB y lo aislé para que no interfiera, y así puedo seguir testeando el circuito.

He comentado éste punto por si alguien ve que pueda haberse fastidiado algún componente, aunque lo que he revisado me cuadra todo y, de haberse quemado algo, creo que hubiera sido el propio AMS1117-3.3v o la fuente de alimentación principal, y ninguna de las dos parece funcionar mal.

  • Al realizar las primeras pruebas básicas, trato de verificar que se activan correctamente los Relés cuando pongo los pines IN1 e IN2 a 0v. El resultado es que se me enciende el Led de delante del optoacoplador, pero no se me activa el Relé.

Por lo que he podido ver, creo que lo que me está pasando es que los transistores que deberían activar al Relé no se están saturando correctamente, aunque todo apunta a que sí debieran hacerlo. He modificado el circuito para reflejar las mediciones que he podido realizar, y viendo las indicaciones del fabricante, todo indica que el transistor debería entrar en saturación con una 0,65v<VBE<0,85v, una IC de 10mA y una IB de 1mA. Dichos requisitos se cumplen, pero en mi circuito la VCE es muy superior a la VCESAT, que deberían ser 0,2V en esas condiciones, lo que permitiría activar el relé sin problemas.

¿Alguien que me ilumine? :smiley:

En la imagen se ven los valores de Ib e IC para las corrientes involucradas.

El error ha sido suponer que la Ib sea mas chica (del orden de 1mA) y resulta que toma hasta 5mA para 50mA de IC que es lo que me da la cuenta de 5v - icx75 ohms - Vce = 0 Donde Vce = 1V que es lo que deseas tener como bueno.

Baja la Rb a 330 ohms a ver si logra tomar la Ib de 5mA que te indico.

Si aun bajando la Rb a 330ohms no alcanza a saturar, entonces el problema esta antes, o sea la transferencia del diodo emisor del opto y su fototransitor. Estarias haciendo circular una iled menor que la necesaria para que aumente la corriente del fototransitor. Se comprende?

Mira los valores con el otro transistor 2n2222

Obviamente debe tener un mejor hfe.

Bueno... he podido hacer hoy las pruebas... y nada... lejos de saturarse se calienta mucho el transistor, con lo que me deja ver que no voy por buen camino. La verdad estoy un poco frustrado... esa era la parte más sencilla del circuito... y no me esperaba problemas ahí...