Os interruptores e plugues inteligentes baseados em Wi-Fi que você pode comprar contêm um relé mecânico que é ativado quando o microcontrolador recebe uma entrada binária, como 0 ou 1, geralmente enviada por meio de um aplicativo. Esses dispositivos permitem apenas controlar o status de ativação/desativação de dispositivos, como ventilador, motor ou luz. Se você também quiser controlar a velocidade ou o brilho do aparelho ou carga de alimentação CA conectada, precisará de um interruptor de relé de estado sólido baseado em TRIAC.

Neste guia DIY, construiremos um módulo dimmer com um detector de cruzamento zero a partir do zero e o usaremos para controlar o status ligado/desligado, a velocidade e o brilho da carga CA conectada.

O que é um detector de cruzamento zero?

Um detector de cruzamento de zero (ZCD) é um comparador de tensão ou um circuito detector de amplificador operacional usado para detectar a tensão mudança do nível positivo para o negativo do sinal de onda senoidal de corrente alternada à medida que cruza zero volts. Em poucas palavras, o circuito é usado para detectar o cruzamento de zero do sinal CA de entrada.

ZCD é usado para construir circuitos eletrônicos para comutação, contador de frequência, medidores de fase, etc. Também é possível usar um circuito detector de cruzamento zero e um relé de estado sólido baseado em TRIAC com placas Wi-Fi baseadas em Arduino ou ESP8266 para controlar a fase da tensão CA.

Na maioria dos países, a frequência CA de 50Hz (50 ciclos/segundo) é usada com uma alimentação de 220-240V. No entanto, alguns países, como os Estados Unidos, usam eletricidade da rede elétrica de 120V 60Hz (60 ciclos/segundo). A cada ciclo, a onda chega a zero, momento em que o microcontrolador a detecta e então comuta ou aciona o relé de estado sólido (TRIAC) conforme a necessidade.

Ao contrário de um relé mecânico, um relé de estado sólido baseado em TRIAC é um dispositivo eletrônico de potência de comutação rápida e, portanto, mais adequado para fazer um circuito dimmer.

Coisas que você vai precisar

Reúna os seguintes componentes para construir um módulo dimmer CA DIY com um detector de cruzamento zero isolado.

  • NodeMCU ou D1 Mini
  • BT136 4A ou BT139 16A TRIAC (com base na sua carga)
  • Optoacoplador MOC3021
  • Optoacoplador MCT2E ou 4N35
  • retificador de ponte DB107
  • Resistor de 220Ω ¼ W
  • 2 x resistores de 10kΩ ¼ W
  • 2 resistores de 100kΩ ¼ W
  • 2 x terminais de parafuso de 2 pinos
  • Faixa de berg masculino (opcional)
  • PCB de uso geral
  • Ferro de solda e solda
  • Fios jumper (opcional, você pode soldar os fios diretamente no PCB)

Esses componentes são para um módulo dimmer DIY de canal único. Para controlar mais cargas, você pode construir mais relés de estado sólido DIY e interface com o microcontrolador.

Conecte os componentes

Consulte o diagrama de circuito a seguir para conectar e fazer a interface de todos os componentes em uma placa PCB de uso geral para construir um detector de cruzamento zero. Use um ferro de solda e solda para prender todas as conexões, conforme mostrado no diagrama abaixo. Se você nunca soldou antes, aprenda a soldar com projetos simples antes de começar isso.

Consulte o diagrama a seguir para construir um módulo de relé de estado sólido onde a carga será conectada.

Esses circuitos mostram um módulo dimmer de canal único. Ao aumentar os relés de estado sólido, você pode adicionar e controlar um maior número de aparelhos ou cargas CA. No geral, os resultados finais devem ser semelhantes ao seguinte. É um módulo dimmer de 3 canais com um detector de cruzamento zero.

Compile o firmware do dimmer AC

Para compilar o firmware do módulo para controle sem fio, você precisará de um Configuração do Home Assistant em um Raspberry Pi (ou Docker) com o complemento ESPHome. Depois de configurar o Home Assistant e o ESPHome, siga estas etapas para compilar o firmware:

  1. No Home Assistant, vá para ESPHome e clique em +Novo dispositivo > Continuar.
  2. Digite o nome do dispositivo dimmer. Nós nomeamos o nosso symphony-cooler já que vamos usá-lo para controlar o ventilador do cooler e a velocidade da bomba. Clique Próximo.
  3. Selecionar ESP8266 ou Escolha uma placa específica > D1 Mini e clique Próximo > Pular.
  4. Encontre o dispositivo dimmer recém-criado e clique em Editar.
  5. Na janela do editor YAML, insira suas credenciais de Wi-Fi: 
Wi-fi:
 ssid: "Seu WIFiSSID"
 senha: "Senha do wifi"

Em seguida, cole o seguinte código logo abaixo do portal cativo:

resultado:
 - plataforma: ac_dimmer
 id: symphony_cooler
 pino_do portão: D0
 zero_cross_pin:
 número: D2
 min_power: 70%
leve:
 - plataforma: monocromática
 saída: symphony_cooler
 nome: Symphony Cooler

Mudar o Eu iria: e nome: no código de acordo com o dispositivo que você estará controlando. Como mencionado anteriormente, você também pode adicionar mais relés de estado sólido para controlar o brilho ou a velocidade da carga CA. O código deve ficar assim:

O módulo que fizemos controla dois motores, para a bomba do resfriador e o ventilador do resfriador, por isso os nomeamos de acordo. Quando o código estiver pronto, clique em Salvar > Instalar> Conecte-se a este computador e espere o firmware terminar de compilar. Depois de compilado, clique Baixar projeto para baixar o firmware compilado.

Atualize o firmware do dimmer AC

Para fazer o flash do firmware, baixe e inicie a ferramenta ESPHome Flasher. Então siga estes passos:

  1. Conecte o NodeMCU ou D1 Mini ao seu PC ou Mac usando um cabo micro USB.
  2. Clique Navegar para selecionar o arquivo de firmware (.bin).
  3. Selecione os COM porta onde o microcontrolador está conectado e clique em Flash ESP.
  4. Depois de piscar o firmware, o dispositivo será reiniciado e se conectará à rede WI-Fi e mostrará como conectados no painel ESPHome.

Adicionar controles ao painel do Home Assistant

No Home Assistant (HA), vá para Configurações > Dispositivos e integrações e siga estas etapas para adicionar controles ao painel de alta disponibilidade para controlar os dispositivos CA.

  1. Debaixo Integrações, encontre os dispositivos descobertos e clique em CONFIGURAR > ENVIAR.
  2. Depois de adicionar o dispositivo, o dispositivo será listado em ESPHome. Clique no dispositivo e, em seguida, clique em 1 dispositivo.
  3. Clique ADICIONAR AO PAINEL, então escolha um Visão e clique ADICIONAR AO PAINEL novamente. O dispositivo será adicionado ao painel.

Agora você pode controlar a ativação/desativação e a velocidade/brilho do dispositivo CA conectado.

Você ainda pode usar a integração de cartões de cogumelo para adicionar cartões de aparência bonita para seus módulos dimmer.

Torne sua casa mais inteligente

Ao contrário dos switches inteligentes tradicionais, você pode usar um switch inteligente regulável de várias maneiras. Por exemplo, você pode definir a automação no Home Assistant para alterar o brilho da luz com base na hora do dia ou começar a escurecer ao ligar sua TV inteligente ou sistema de home theater.

Além disso, você pode usar este circuito dimmer DIY para tornar qualquer luz tradicional ou dispositivo AC mais inteligente. Mais importante, é mais barato e muito mais conveniente construir um. Você pode construir esses switches para controlar uma carga de 15W ou 4000W com base em suas necessidades. Tudo o que você precisa fazer é alterar alguns componentes, como o TRIAC.