Die Wi-Fi-basierten intelligenten Schalter und Stecker, die Sie kaufen können, enthalten ein mechanisches Relais, das aktiviert wird, wenn der Mikrocontroller eine binäre Eingabe wie 0 oder 1 empfängt, die normalerweise über eine App gesendet wird. Mit diesen Geräten können Sie nur den Ein-/Aus-Status von Geräten wie Lüfter, Motor oder Licht steuern. Wenn Sie auch die Geschwindigkeit oder die Helligkeit des angeschlossenen AC-Netzgeräts oder der Last steuern möchten, benötigen Sie einen TRIAC-basierten Solid-State-Relais-Schalter.

In dieser DIY-Anleitung bauen wir ein Dimmermodul mit einem Nulldurchgangsdetektor von Grund auf neu und verwenden es, um den Ein-/Aus-Status, die Geschwindigkeit und die Helligkeit der angeschlossenen AC-Last zu steuern.

Was ist ein Nulldurchgangsdetektor?

Ein Nulldurchgangsdetektor (ZCD) ist ein Spannungskomparator oder eine Operationsverstärker-Detektorschaltung, die zum Erfassen der Spannung verwendet wird Wechsel vom positiven zum negativen Pegel des sinusförmigen Wechselstromsignals beim Nulldurchgang Volt. Kurz gesagt wird die Schaltung verwendet, um den Nulldurchgang des Eingangswechselstromsignals zu erkennen.

ZCD wird zum Aufbau elektronischer Schaltungen zum Schalten, Frequenzzähler, Phasenmesser usw. verwendet. Man kann auch eine Nulldurchgangsdetektorschaltung und ein TRIAC-basiertes Halbleiterrelais mit Arduino- oder ESP8266-basierten Wi-Fi-Boards verwenden, um die Phase der Wechselspannung zu steuern.

In den meisten Ländern wird die Wechselstromfrequenz von 50 Hz (50 Zyklen/Sekunde) mit einer 220-240-V-Versorgung verwendet. Eine Handvoll Länder, wie die Vereinigten Staaten, verwenden jedoch 120 V 60 Hz (60 Zyklen/Sekunde) Netzstrom. Bei jedem Zyklus geht die Welle gegen Null, an diesem Punkt erkennt der Mikrocontroller sie und schaltet oder triggert dann das Solid-State-Relais (TRIAC) je nach Anforderung.

Im Gegensatz zu einem mechanischen Relais ist ein TRIAC-basiertes Halbleiterrelais ein schnell schaltendes leistungselektronisches Gerät und daher am besten für die Herstellung einer Dimmerschaltung geeignet.

Dinge, die Sie brauchen

Sammeln Sie die folgenden Komponenten, um ein DIY-Wechselstrom-Dimmermodul mit einem isolierten Nulldurchgangsdetektor zu bauen.

  • NodeMCU oder D1 Mini
  • BT136 4A oder BT139 16A TRIAC (basierend auf Ihrer Last)
  • Optokoppler MOC3021
  • MCT2E oder 4N35 Optokoppler
  • Brückengleichrichter DB107
  • 220Ω ¼ W Widerstand
  • 2 x 10kΩ ¼ W Widerstände
  • 2 x 100 kΩ ¼ W Widerstände
  • 2 x 2-polige Schraubklemmen
  • Männlicher Bergstreifen (optional)
  • Allzweck-Leiterplatte
  • Lötkolben und Lötzinn
  • Überbrückungsdrähte (optional, Sie können Drähte direkt auf die Leiterplatte löten)

Diese Komponenten sind für ein Einkanal-DIY-Dimmermodul. Um mehr Lasten zu steuern, können Sie Bauen Sie mehr DIY-Solid-State-Relais und Schnittstelle mit dem Mikrocontroller.

Verbinden Sie die Komponenten

Beziehen Sie sich auf den folgenden Schaltplan, um alle Komponenten auf einer Allzweck-Leiterplatte anzuschließen und zu verbinden, um einen Nulldurchgangsdetektor zu bauen. Verwenden Sie einen Lötkolben und löten Sie, um alle Verbindungen zu sichern, wie in der Abbildung unten gezeigt. Wenn Sie noch nie gelötet haben, Lernen Sie, wie man mit einfachen Projekten lötet bevor Sie damit beginnen.

Beziehen Sie sich auf das folgende Diagramm, um ein Solid-State-Relaismodul zu bauen, an das die Last angeschlossen wird.

Diese Schaltungen zeigen Ihnen ein Einkanal-Dimmermodul. Durch die Erhöhung der Halbleiterrelais können Sie eine größere Anzahl von Geräten oder AC-Lasten hinzufügen und steuern. Insgesamt sollten die Endergebnisse wie folgt aussehen. Es ist ein 3-Kanal-Dimmermodul mit einem Nulldurchgangsdetektor.

Kompilieren Sie die AC-Dimmer-Firmware

Um die Firmware für das Modul zur drahtlosen Steuerung zu kompilieren, benötigen Sie a Einrichtung des Home Assistant auf einem Raspberry Pi (oder Docker) mit dem ESPHome-Add-On. Nachdem Sie Home Assistant und ESPHome eingerichtet haben, befolgen Sie diese Schritte, um die Firmware zu kompilieren:

  1. Gehen Sie im Home Assistant zu ESPHome und klicken Sie auf +Neues Gerät > Fortsetzen.
  2. Geben Sie den Namen des Dimmergeräts ein. Wir haben unsere benannt Symphonie-Kühler da wir es verwenden werden, um den Kühlerlüfter und die Pumpendrehzahl zu steuern. Klicken Nächste.
  3. Auswählen ESP8266 oder Wählen Sie ein bestimmtes Board aus > D1 Mini und klicken Nächste > Überspringen.
  4. Suchen Sie das neu erstellte Dimmergerät und klicken Sie darauf Bearbeiten.
  5. Geben Sie im Fenster des YAML-Editors Ihre WLAN-Anmeldeinformationen ein: 
W-lan:
 ssid: "IhreWIFISSID"
 Passwort: "WLAN Passwort"

Fügen Sie dann den folgenden Code direkt unter dem ein Gefangenschaftsportal:

Ausgang:
 - Plattform: ac_dimmer
 id: symphony_cooler
 Gate_Pin: D0
 zero_cross_pin:
 Nummer: D2
 min_power: 70%
hell:
 - Plattform: einfarbig
 Ausgabe: symphony_cooler
 Name: Symphonie-Kühler

Ändere das Ich würde: und Name: im Code gemäß dem Gerät, das Sie steuern werden. Wie bereits erwähnt, können Sie auch weitere Solid-State-Relais hinzufügen, um die Helligkeit oder Geschwindigkeit der AC-Last zu steuern. Der Code sollte so aussehen:

Das von uns erstellte Modul steuert zwei Motoren für die Kühlerpumpe und den Kühlerlüfter, daher haben wir sie entsprechend benannt. Sobald der Code fertig ist, klicken Sie auf Speichern > Installieren> Schließen Sie es an diesen Computer an und warten Sie dann, bis die Kompilierung der Firmware abgeschlossen ist. Klicken Sie nach dem Kompilieren auf Projekt herunterladen um die kompilierte Firmware herunterzuladen.

Flashen Sie die AC-Dimmer-Firmware

Laden Sie zum Flashen der Firmware das ESPHome Flasher-Tool herunter und starten Sie es. Folgen Sie dann diesen Schritten:

  1. Verbinden Sie die NodeMCU oder D1 Mini über ein Micro-USB-Kabel mit Ihrem PC oder Mac.
  2. Klicken Durchsuche um die Firmware-Datei (.bin) auszuwählen.
  3. Wähle aus KOM Port, an dem der Mikrocontroller angeschlossen ist, und klicken Sie Flash-ESP.
  4. Nach dem Flashen der Firmware wird das Gerät neu gestartet und mit dem WLAN-Netzwerk verbunden und als angezeigt online im ESPHome-Dashboard.

Fügen Sie dem Home Assistant-Dashboard Steuerelemente hinzu

Gehen Sie in Home Assistant (HA) zu Einstellungen > Geräte & Integrationen und befolgen Sie diese Schritte, um dem HA-Dashboard Steuerelemente zur Steuerung der AC-Geräte hinzuzufügen.

  1. Unter Integrationen, finden Sie die erkannten Geräte und klicken Sie auf KONFIGURIEREN > EINREICHEN.
  2. Nach dem Hinzufügen des Geräts wird das Gerät unter aufgelistet ESPHome. Klicken Sie auf das Gerät und dann auf 1 Gerät.
  3. Klicken ZUM DASHBOARD HINZUFÜGEN, wählen Sie dann a Aussicht und klicken ZUM DASHBOARD HINZUFÜGEN wieder. Das Gerät wird dem Dashboard hinzugefügt.

Sie können jetzt das Ein-/Ausschalten und die Geschwindigkeit/Helligkeit des angeschlossenen AC-Geräts steuern.

Sie können außerdem die Integration von Pilzkarten verwenden, um schön aussehende Karten für Ihre Dimmermodule hinzuzufügen.

Machen Sie Ihr Zuhause intelligenter

Im Gegensatz zu herkömmlichen Smart Switches können Sie einen dimmbaren Smart Switch auf viele Arten verwenden. Sie können beispielsweise die Automatisierung in Home Assistant so einstellen, dass die Lichthelligkeit je nach Tageszeit geändert oder mit dem Dimmen begonnen wird, wenn Sie Ihren Smart-TV oder Ihr Heimkinosystem einschalten.

Darüber hinaus können Sie diese DIY-Dimmerschaltung verwenden, um jedes herkömmliche Licht- oder Wechselstromgerät intelligenter zu machen. Noch wichtiger ist, dass es billiger und viel bequemer ist, eines zu bauen. Sie können diese Schalter so bauen, dass sie je nach Bedarf eine Last von 15 W oder 4000 W steuern. Sie müssen lediglich einige Komponenten ändern, z. B. den TRIAC.