【训练营_进阶班】阿里云emw3080物联网开关功能验证板 - 嘉立创EDA开源硬件平台

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1、简单易用,可快速上手

2、流畅支持300个器件或1000个焊盘以下的设计规模

3、支持简单的电路仿真

4、面向学生、老师、创客

专业版 professional

1、全新的交互和界面

2、流畅支持超过3w器件或10w焊盘的设计规模,支持面板和外壳设计

3、更严谨的设计约束,更规范的流程

4、面向企业、更专业的用户

标准版 【训练营_进阶班】阿里云emw3080物联网开关功能验证板

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简介:【训练营_进阶班】阿里云IoT庆科emw3080物联网验证板 设计一个能通过手机APP控制家里电灯的板子。 实际意义是通过网络,控制220V断路、通路。

开源协议:

(未经作者授权,禁止转载)

创建时间: 2020-08-06 22:14:12
更新时间: 2021-06-11 09:53:50
描述
此文档摘抄暑期进阶班文档,根据自己做的情况,补充了一些经验。 ## **所需物品、工具:** 硬件:USB供电,WIFI控制,继电器(带负载100W以内),主要是PCB电路板。需要自己做。 嵌入式:响应WIFI模块的指令执行对应的动作,控制WIFI模块进入对应的状态。利用WIFI模块EMW3080,连接阿里云物联网平台(天猫精灵),响应WIFI模块的指令来控制51单片机执行对应的动作(继电器开、关)。 手机APP:不同用户可进行配网,可控制继电器状态,可读取继电器状态,可管理多个设备。阿里云有公版APP,方便调试。有能力的,也可以自己编写。 服务器:可链接WIFI模块和手机,可维护用户信息,不容易崩。阿里云提供物联网服务器。有能力的,可以自己租用服务器,来储存数据。

# 硬件规划:



1,主控芯片选择51单片机,型号为    STC15W4K56S4-LQFP48 。通用芯片使用简单,立创商城有售,价格亲民、封装、3D封装完善。 ![QQ截图20200813174357.png](//image.lceda.cn/pullimage/VIqwsMxCfsuotsIqlKzUdS4JySClgWNqf49J0oAe.png) 2,板子首先得设计一个USB转TTL,用来给单片机烧录代码。型号为 CH340E ,外围电路简单,立创开源平台有很多例子,可以参考。 ![QQ截图20200813174357.png](//image.lceda.cn/pullimage/8g3rHIhcNLmTUZAvCAVVd3004yHdBF9TVblyQB9N.png)

3,STC的单片机需要掉电才能完成复位。使用带使能引脚的LDO配合一个按键达到目的,LDO型号为 ME6215C33M5G  。此项目设计了2套LDO供电电路,一个是为单片机供电的,一个是给wifi模块供电的,具体的可以看电路图 ![QQ截图20200813174357.png](//image.lceda.cn/pullimage/RxManiIqFvw1Qk7GoNeK8NqYjzlU71ewkO3XiN6m.png)

4,继电器选择一个普通的即可,  HK4100F-DC5V-SHG ,注意继电器线圈的驱动电压,USB接口的输出为5V。 HK4100F-DC5V-SHG的价格略贵,但电路图通俗易懂,适合类似我这样的新手。也可以选用其他便宜的继电器 ![QQ截图20200813174357.png](//image.lceda.cn/pullimage/YdFggTJ06twpYzI2oN5t9X4IMNlUS4nKWXxnPwUW.png)
6,继电器驱动需要专门设计(只要是带继电器的板子,建议专门设计驱动电路),为了可靠性选择了专用芯片 NUD3124LT1G 。此驱动电路为高电平触发,51单片机的IO口在上电后默认为高电平,为了开机瞬间可靠关闭,故加一路反相器 SN74LVC1G04DBVR 。 ![QQ截图20200813174357.png](//image.lceda.cn/pullimage/qwNG1aofJtHp7MzAdXbZmTBxwtDDIJIz2F3gndEB.png)

6,WIFI模块选择 EMW3080 。经过阿里云官方认证的通信模组,安全可靠。AT指令直连阿里云平台简化开发量,商用模组供货可靠。(购买版本:阿里云飞燕固件全球版) 购买链接[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.67002e8dU8xwNY&id=552081365687&_u=bekcj834b4](https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.67002e8dU8xwNY&id=552081365687&_u=bekcj834b4) 也可选用“安兴可的”esp8266”WIFI模块,这两款都是经过阿里云认证的。 次项目采用了“庆科emw3080”wifi模块 wifi模块在画的时候,要看数据手册,切记在天线周边留空。最好的在探险下方开窗。 我的做法是把wifi模块设计在背面,一、以减少板子面积,同时在天线处开窗,防止影响信号。 ![QQ截图20200813174357.png](//image.lceda.cn/pullimage/3kcyAC6LPCO8tcpbBztZzg3hutuCTOILccaopmUS.png)
# 原理图设计 \*\*1,USB转TTL。\*\*经典设计,照搬规格书。图中D1是为了防止芯片的TXD引脚给单片机供电从而导致单片机内核无法彻底掉电。VCC引脚附近加100uf钽电容是为了给芯片强劲的电流供应能力,防止继电器打开瞬间CH340芯片复位。

**2,LDO降压。**WIFI和单片机分别单独供电,保证通信模块有稳定电源。选择了带有使能引脚的LDO,便于外部控制LDO的输出状态。可以看原理图中,有**LDO1和**LDO2区分\*\*\*\*
\*\*3,DS18B20等外设。\*\*预留一个DS18B20接口便于接入温度传感器,一个按键用于复位设备重新配网,四个LED用于指示不同的设备状态。有兴趣的,可以研究研究接入外设产品,比如LED显示屏、各类传感器等等。 \*\*4,继电器驱动电路。\*\*反相器确保MCU上电时可靠关闭继电器,NUD3124确保继电器可靠驱动。 **5,WIFI模块,EMW3080。**一个高可靠的商用WIFI模组,接入阿里云经过了官方的严格测试。我们选择的固件是阿里云飞燕专用固件,也叫 ILOP固件,购买时需要找卖家确认。

这个模组可以通过串口升级和修改固件: [https://www.yuque.com/lingyao/jing/isdnec](https://www.yuque.com/lingyao/jing/isdnec) 电阻 R10 和 R11 在特殊情况下可以拆掉,焊盘当做测试点。 ILOP固件的AT指令说明: [https://www.yuque.com/lingyao/jing/fpiyi2](https://www.yuque.com/lingyao/jing/fpiyi2) \*\*6,STC单片机。\*\*经典51内核单片机。外围简单,外设没用上几个。按照计划,这里的单片机需要具备一个串口,一个定时器,若干普通IO口。不懂的同学,可以百度一下,有很多资料。 # PCB绘制需要注意的问题 1,强电部分不铺铜,强电与强电、强电与弱电之间注意安全距离(尽量3mm,低于2mm的考虑挖槽,但要考虑PCB强度问题);(这点很重要) 2,继电器外接220V的建议使用端子,不建议使用排针孔,继电器到端子的线径要粗;(这点很重要,一般继电器连接到端子的线宽,设置在1.0以上就差不多了。) 3,接线端子、microUSB放在板子边缘,否则不好接线,可以使用3D预览看; 4,按键靠高压太近、按键在板子中间,不好按; 5,电源要先过滤波电容再到单片机/WiFi模组;(这点很重要,一定要先过滤波电容,在到芯片。不然会硬气不必要的麻烦,比如命令执行不稳定) 6,WIFI正常工作会发热,注意设计好散热;(资金到位的,可以在背部贴散热片,然后引出天线,3080有外接天线版的) 7,WIFI天线下方需要净空区,开槽最好;(如PCB图) 8,如果有塑料模具,则应注意元器件选型时考虑模具空间尺寸。(建议设计好板子后,在设计3D打印模具,可以在某宝打印外壳;也可以找成品壳,然后根据壳子的尺寸,设计PCB) # PCB元件焊接问题 新手建议下STM单(贴片),别怕花钱,自己焊接,10焊9费8失败。STM虽然贵,但是省事。出错率少 整块板子,最难焊接的,是51单片机芯片,脚针较多,而且新手建议用“锡浆”来焊接~~如下图,用风枪、电烙铁都可以,推荐电烙铁 ![IMG_20200816_165014.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/BFDfA0W0Gy0kRdh3xq9nU9P07qMAuG7eOa0TERnX.jpeg) 脚针爬锡顺畅 在第一次焊接时,出现大型翻车现场,由于脚针太小,没对准,导致脚针移位,焊接失败 ![Cache_663101eec2ef05a7..jpg](//image.lceda.cn/pullimage/LC3sjG65e5bZ5kxggRmFjKrRq3eFT0S2t6fb5g2L.png)
所以进行了第二次焊接~, ![IMG_20200816_175212.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/SulRiihpObGRJ3c6cbpvAHZtPrsJ4w1pfby5Trw9.jpeg)
第二次焊接没毛病 在焊接时,多出来的锡~~可以用电烙铁(刀头)来处理,把多余的锡取出来就好了 ![IMG_20200817_172323.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/WnlLT7UsTR5k4oewXUQTaKlVXi0OYcj2UXgLarIt.jpeg)


# 调试过程 在调试时,出现了无法识别单片机芯片,就卡在“正在检测目标单片机。。。”一动不动 ![Cache_5df0979f42cbc9bb..jpg](//image.lceda.cn/pullimage/XKEz8phsKHKpdsAc1DWUbgrNXOB6gqtUaIu3mf2j.png)
同时在写代码过程中,代码有问题,无法生成编译文件![Cache_-3183397b1fb7a448..jpg](//image.lceda.cn/pullimage/3z6cttXWlCdKDjsxFbmloFXSZOEASaERlsGuWqPe.png) 后经检查,是软件环境有问题,重新安装了编程软件,问题解决 但依旧无法识别单片机芯片,查资料后,在C340E芯片的RXD、TXD脚口需要接330R电阻(原理图只加了TXD的,理论上来说,也可以不加,但为了排除问题,还是加一个),但板子以打好,所以只能在RXD线路,物理外接330R 用小刀刮开线路表面,漏出铜,然后焊接![IMG_20200818_114109.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/wGitXBLcwXJ3rIvCm9czco3M4SNDxbV4JT0qx8Dy.jpeg)
焊接后,烧录软件依旧无法识别单片机芯片 经过对照原理图,发现C340芯片,输出RXD、TXD信号接反(应该是RXD接 MCU\_TXD,TXD接MCU\_RXD,二者颠倒)如下图 ![QQ截图20200820174625.png](//image.lceda.cn/pullimage/qAaLwM6ySJTsSD7ufYHKJpa1apKpIdkAKoZ5VzZC.png)
更改后,对板子进行了飞线处理,但还是无法识别芯片,问题还在解决中。。。。。。。 截止8月25日,此方案依旧无法识别芯片,此方案作废。 根据大家的方案,应该是我的PCB元件布局有问题。第二版(修改)板子还在路上~~不知道行不行。 # 做此项目的意义 了解基本的物联网实现过程,可以为后续的项目打好基础,咋们家里的智能家居(灯、窗帘、开水器等,基本上都是这个原理;灯是最简单的,其他的就要扩展其他功能电路了)



设计图
原理图
1 /
PCB
1 /
未生成预览图,请在编辑器重新保存一次
ID Name Designator Footprint Quantity BOM_Supplier BOM_Manufacturer Part BOM_Supplier Part
1 K2-1187SQ-A4SW SW1,SW2 KEY-SMD_4P-L5.2-W5.2-P3.70-LS6.4 2 LCSC K2-1187SQ-A4SW C92584
2 MICRO5.9MMUSB USB1 MICRO-USB-SMD_5P-P0.65-H-F_MICRO5.9MMUSB 1 LCSC MICRO5.9mmusb C393940
3 ME6215C33M5G LDO2 SOT-23-5_L3.0-W1.7-P0.95-LS2.8-BR 1 LCSC ME6215C33M5G C84119
4 2.54-4P CN1 CONN-SMD_2.54-4P-WT 1 LCSC - C146120
5 100uF/钽 C5 CAP-SMD_L3.2-W1.6-R-RD 1 LCSC TLJA107M006R0800 C27279
6 STC15W4K56S4 U7 LQFP-48_L7.0-W7.0-P0.50-LS9.0-BL 1 LCSC STC15W4K56S4 C81639
7 1uF/50v C1,C13,C15,C7,C6 C1206 5 LCSC 1206F105M500NT C1926
8 NUD3105LT1G U4 SOT-23-3_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-BR 1 LCSC NUD3124LT1G C14894
9 100nF/50V C9 C0603 1 LCSC CC0603KRX7R9BB104 C14663
10 22uF/6.3v C11,C12,C4,C8,C2,C3 C0603 6 LCSC 0603X226M6R3NT C94018
11 WJ301V-5.0-2P P1,P2 CONN-TH_2P-P5.00_WJ301V-5.00-2P 2 LCSC WJ301V-5.0-2P C8475
12 EMW3080B U6 EMW3080 1 淘宝-利尔达 EMW3080 https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z1r.7974869.0.0.269c3ad43KWhI4&id=552081365687
13 AMS1117-3.3_C165482 U1 SOT-223_L6.5-W3.5-P2.30-LS7.0-BR 1 LCSC AMS1117-3.3 C165482
14 DS18B20 U3 TO-92-3_L4.9-W3.7-P1.27-L 1 LCSC DS18B20 C376006
15 19-217/BHC-ZL1M2RY/3T LED1,LED2,LED3,LED4 LED0603-R-RD 4 LCSC 19-217/BHC-ZL1M2RY/3T C72041
16 PZ254V-11-02P H1 HDR-TH_2P-P2.54-V-M 1 LCSC PZ254V-11-02P C492401
17 10K/1% R2,R9,R13 R0603 3 LCSC 0603WAF1002T5E C25804
18 100nF C10,C14 C0402 2 LCSC CL05B104KO5NNNC C1525
19 330R 1% R1,R11,R12,R10 R0603 4 LCSC 0603WAF3300T5E C23138
20 CH340E U2 MSOP-10_L3.0-W3.0-P0.50-LS5.0-BL 1 LCSC CH340E C99652
21 SN74LVC1G04DBVR_C434067 U5 SOT-23-5_L3.0-W1.7-P0.95-LS2.8-BR 1 LCSC SN74LVC1G04DBVR C434067
22 5.1K R3,R4,R5,R6,R7,R8 R0603 6 LCSC 0603WAF5101T5E C23186
23 HK4100F-DC9V-SHG K1 RELAY-TH_HK4100F-DC9V-SHG 1 LCSC HK4100F-DC9V-SHG C54033

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