新國(guó)標(biāo)五孔計(jì)量插座10A

本插座使用新國(guó)標(biāo)五孔外殼，相比老款外殼更容易布線。在保留老款特性(磁保持繼電器、電能計(jì)量、OTA升級(jí)固件)的同時(shí)，也解決了最后的短板(電流計(jì)數(shù)不穩(wěn)定、外殼無(wú)法完美貼合等)。是計(jì)量插座的完全體。

免責(zé)聲明：

本插座使用220V市電，DIY及使用時(shí)可能存在電擊、高溫燙傷等多種可能至人傷、殘、死亡的風(fēng)險(xiǎn)。請(qǐng)嚴(yán)格按照安全規(guī)范操作并做好充足的保護(hù)，未成年人請(qǐng)?jiān)诒O(jiān)護(hù)人的輔助下操作。使用本方案，表示你已經(jīng)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)有充足的認(rèn)知，請(qǐng)確認(rèn)自己有足夠的知識(shí)儲(chǔ)備再行操作。造成的任何損失和后果自負(fù)，本人不承擔(dān)任何法律上的責(zé)任。

本人是軟件方向，非電子硬件科班生，只是業(yè)余愛好者。因此可能很多基本的硬件常識(shí)都不知道，電路圖上如有任何不妥，還望各位不吝賜教，拱手致謝。

硬件說明：

1.兩種方案可選，電量計(jì)量芯片可使用方案1（BL0937）或者方案2（BL0942）。

2.之前使用的老版外殼，PCB布線上有諸多不便。插腳那里是直上直下直通電路板的，焊接時(shí)非常的不優(yōu)雅。另外外殼上的凸起始終會(huì)被擋住，不太完美。所以更換了外殼，并解決了以上缺陷。

3.因?yàn)橥鈿こ叽缦拗疲疟３掷^電器只能選用超小型的，我只找到這一種適合而又不那么貴的(FH44L-1AT-L1-DC5V)，有更合適的請(qǐng)?jiān)谠u(píng)論區(qū)留言（要求：磁保持繼電器，耐壓220V10A及以上，大概尺寸20x10x15mm）。

4.MCU部分需要單獨(dú)打板，因此這個(gè)項(xiàng)目實(shí)際上需要打板2塊，分別是(方案1或方案2的)插座主體和直插模塊，2塊PCB的厚度都是1mm。

5.方案1的計(jì)量芯片使用了BL0937，它的好處是便宜、外圍電路簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是使用前需要校準(zhǔn)，不過只用校準(zhǔn)一次，問題不大。

6.方案2使用BL0942，它的好處是不需要校準(zhǔn)，另外計(jì)量功能稍多一點(diǎn)。

7.沒有使用隔離供電，220V市電L線直接連GND，因此整個(gè)PCB都帶強(qiáng)電。調(diào)試時(shí)必須帶外殼插在插板上測(cè)試，外殼在沒有粘膠的情況下很容易被拔掉。請(qǐng)愛惜自己的生命。

8.如果在PCB打板過程中，廠家提示：中間銑槽連接位太小、會(huì)斷板等，請(qǐng)回復(fù)：我已悉知并可接受此原因帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，請(qǐng)直接按Gerber文件生產(chǎn)，謝謝！

軟件說明：

1.編譯環(huán)境為VScode+PlatformIO
2.使用開源的MQTT方案，不花一分錢就可以獲得一個(gè)不限制設(shè)備數(shù)量和使用期限的云服務(wù)器。

3.實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)公共、免費(fèi)的MQTT服務(wù)器雖然也能用，但延遲比較大。如果對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高的，建議在云服務(wù)器或者路由器上自建MQTT服務(wù)器(推薦軟件EMQX，免費(fèi)、性能強(qiáng)大)。

4.手機(jī)端不再使用MQTT dashboard_v0.4.5_apkpure.com.apk，這個(gè)APP已經(jīng)很久沒有升級(jí)過了，而且不能完整支持JSON ，沒法用。改成附件里面的IoT MQTT Panel_0.45.18_Apkpure.apk，這個(gè)APP界面還行，使用也還方便，也完整的支持JSON，就是有廣告這點(diǎn)不好。（有更合適的手機(jī)APP請(qǐng)?jiān)谠u(píng)論區(qū)留言）

軟件主要功能：

1.支持網(wǎng)頁(yè)配網(wǎng)
2.支持微信掃碼配網(wǎng)(不推薦，不能100%成功)
3.支持網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)NTP
4.支持MQTT，有助于更透徹的理解物聯(lián)網(wǎng)工作機(jī)制。使用MQTT手機(jī)APP上的開關(guān)、倒計(jì)時(shí)器、定時(shí)器等方式開啟或者關(guān)閉插座。

5.定時(shí)器程序是在插座本地實(shí)現(xiàn)的，非云端實(shí)現(xiàn)。只要提交參數(shù)上去保存好，哪怕后來(lái)斷網(wǎng)了，插座還是可以定時(shí)開啟或者關(guān)閉。所以用本插座物理重啟光貓或者路由器，成為可能。
6.支持OTA在線升級(jí)固件，通過網(wǎng)絡(luò)就可以升級(jí)固件。再不用痛苦的把板子拆下來(lái)重新刷固件了。
7.支持LittleFS文件系統(tǒng)，可以掉電保存各種參數(shù)。即使插座掉電重啟，原先的參數(shù)還在。

8.支持電量計(jì)量，可顯示實(shí)時(shí)電壓V/電流mA/功率W，以及總功耗kWh。

9.網(wǎng)頁(yè)配網(wǎng)頁(yè)面，支持通過web上傳固件及文件系統(tǒng)。用于刷固件變磚的恢復(fù)。
10.支持HomeAssistant MQTT自動(dòng)發(fā)現(xiàn)，可以使用MQTT集成，方便的進(jìn)行控制。

相關(guān)元件來(lái)源：

1.插座外殼（包括里面的220V10A公母一體插座）-> 上阿里巴巴一次買2個(gè)以上 便宜，電子按鍵就是普通的6x6x5側(cè)按鍵，也可以自己?jiǎn)为?dú)買。

2.AC220V TO DC5V開關(guān)電源模塊 右邊的鏈接我都買過（注意：要買5V帶腳的）-> 鏈接1 鏈接2 鏈接3

4.ESP-12S模塊 可購(gòu)買ESP12E/F/S，三種型號(hào)都是兼容的。F最便宜我經(jīng)常 -> 買這個(gè)，不到5塊錢還包郵。

5.磁保持繼電器（注意：要買FH44L-1AT-L1-DC5V(5V4腳單線圈)）-> 購(gòu)買鏈接

6.磁保持繼電器驅(qū)動(dòng)芯片CN8023B（注意要買SOT-23，6腳的） ->購(gòu)買鏈接

7.（可選方案1）電能計(jì)量芯片BL0937 SOP-8貼片 我買的是-> 這個(gè)購(gòu)買鏈接，    （可選方案2）BL0942 （注意要買SSOP10，10腳的） -> 購(gòu)買鏈接   

8.除此以外其他的元器件（包括電阻、電容、AMS1117、發(fā)光二極管LED等）我基本上都是在優(yōu)信電子買的-> 優(yōu)信電子淘寶店

9.ESP8266開發(fā)測(cè)試架/燒錄器（初學(xué)者才需要），我買的是這個(gè)-> 購(gòu)買鏈接

10.粘外殼用的，補(bǔ)鞋膠 ->鏈接 

軟硬件安裝步驟：

1.先給ESP12S刷好固件，參考：https://oshwhub.com/article/ci-bao-chi-WIFIzhi-neng-cha-zuo-ruan-jian-gong-cheng-dao-ru-VSCODE-yi-ji-bian-yi-shuo-ming 

2.給ESP12S配網(wǎng)設(shè)置好MQTT參數(shù)，參考：https://oshwhub.com/article/ci-bao-chi-WIFIzhi-neng-cha-zuo-ruan-jian-diao-shi-shuo-ming

3.在手機(jī)上安裝MQTT APP，并設(shè)置好MQTT服務(wù)器參數(shù)。 教程： https://oshwhub.com/article/xin-guo-biao-wu-kong-ji-liang-cha-zuo-10A-pei-tao-shou-ji-APPan-zhuang-ji-she-zhi-shuo-ming

4.把刷好固件的ESP12S焊接到PCB上

5.焊接主體PCB步驟

6.上面大電流加焊那個(gè)地方，缺口那里一定不能焊的太高了，會(huì)擋住外殼。

7.焊好的各個(gè)角度圖

8.裝殼測(cè)試，******不要用膠水******先大致裝起來(lái)，萬(wàn)一有問題還可以返工。（必須插在插板上測(cè)試，因?yàn)橥鈿]有粘膠，很容易被拔掉，請(qǐng)愛惜自己的生命）

9.等測(cè)試完沒問題，最后再把外殼用膠水粘起來(lái)，要等24小時(shí)膠水干了才能使用。

（軟硬件安裝完成）

硬件更新說明:

2023/6/22
1.硬件更新(插座PCB BL0937 V1.1)
磁保持繼電器驅(qū)動(dòng)棄用場(chǎng)效應(yīng)管，改用驅(qū)動(dòng)芯片CN8023B。
在6月2日的更新中，場(chǎng)效應(yīng)管雖然可以正確驅(qū)動(dòng)磁保持繼電器，不會(huì)出現(xiàn)上電瞬間抖動(dòng)的問題。
但后續(xù)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，如果頻繁打開、關(guān)閉插座開關(guān)，H橋有非常高的幾率會(huì)直接將5V、GND短路。
預(yù)防短路的電路，我覺得比較復(fù)雜、元件多、不太優(yōu)雅，所以重新找了一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片，也就是CN8023B，不再使用場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)繼電器。
2.增加了BL0942方案的插座PCB，該方案的優(yōu)勢(shì)是只要關(guān)鍵位置的測(cè)量電阻精度為1%，就基本不用校準(zhǔn)。

2023/6/2
硬件更新(插座PCB V1.0，ESP12S雙面直插模塊2x6P V2.7)
1.棄用驅(qū)動(dòng)芯片MD7620A，因繼電器上電瞬間抖動(dòng)的問題。
經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)這是繼電器驅(qū)動(dòng)芯片MD7620A的硬件BUG，跟IO抖動(dòng)無(wú)關(guān)。
具體原因是因?yàn)镋SP12S在初始化時(shí)會(huì)自動(dòng)設(shè)置IO腳為輸入模式，也就是IO輸出置高電平，這個(gè)時(shí)間有100-300ms。
即使人工設(shè)置IO腳為低電平，但初始化IO為高已經(jīng)發(fā)生，并且無(wú)法避免。
而MD7620A芯片，當(dāng)2個(gè)輸入都為高時(shí)，輸出不確定（也就是繼電器可能閉合也可能斷開）。
外在表現(xiàn)就是：當(dāng)設(shè)備上電時(shí)，繼電器可能會(huì)吸合然后斷開，也就是閃了一下。也可能不會(huì)發(fā)生，有一定的概率。
這是MD7620A芯片的硬件BUG。我的解決辦法是換成4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管組成H橋，驅(qū)動(dòng)繼電器。實(shí)測(cè)再無(wú)上電時(shí)繼電器抖動(dòng)。感謝@21568P  @hlg123  的報(bào)錯(cuò)。
2.插座主體PCB，已增加底層的銅皮和過孔，開槽也向下擴(kuò)展了。感謝@squarer的指點(diǎn)
3.直插模塊PCB，已將2個(gè)電容挪到了VCC引腳的附近。感謝@squarer的指點(diǎn)
2023/2/15

1.硬件發(fā)布(插座PCB V0.7，直插模塊右插腳 V2.4)

軟件更新說明:

2023/7/17
1.根據(jù)@star19997的反饋，增加了對(duì)MQTT用戶名、密碼的支持。
已做好的插座如需更新此功能，除了升級(jí)固件，還需要在配網(wǎng)頁(yè)面升級(jí)LittleFS文件系統(tǒng)。因此參數(shù)會(huì)重置，需要重新配置。
2023/6/2
1.網(wǎng)頁(yè)配網(wǎng)頁(yè)面，現(xiàn)已支持通過web上傳固件及文件系統(tǒng)。用于刷固件變磚的恢復(fù)。
2.已支持HomeAssistant MQTT自動(dòng)發(fā)現(xiàn)，可以使用MQTT集成，方便的控制本插座。
2023/2/23
1.修正了倒計(jì)時(shí)參數(shù)掉電以后不能保存的問題，感謝 @liang_work 的報(bào)錯(cuò)。

2023/2/21
1.增加了一個(gè)LED控制開關(guān)
APP面板：
復(fù)制 開關(guān)
名字：LED長(zhǎng)亮
JsonPath: $.led
JSON pattern for publish: {"m":"led","v":"<payload>"}
(說明：ON，LED隨開關(guān)長(zhǎng)亮，開關(guān)開LED亮，開關(guān)關(guān)則LED滅；OFF，限制LED點(diǎn)亮延續(xù)時(shí)間，LED最多只亮100秒，減少光污染。)

2023/2/16
1.使用MQTT遺愿參數(shù)設(shè)置了設(shè)備在線狀態(tài)。(贊嘆:很巧妙的方法)
2023/2/15

1.軟件發(fā)布

附件：

工程附件里面的3個(gè)PCB layout文檔非常有用。我以前計(jì)量插座布線總是干擾很大，看完文檔簡(jiǎn)直如醐醍灌頂。 

OTA步驟：

1.在VSCODE里面編譯固件

1.是編譯固件的按鈕，2是編譯出來(lái)的固件地址。

2.將編譯好的固件上傳到一個(gè)HTTP地址，可以是網(wǎng)站或者是你的本地路由器，地址類似于:http://x.x.x.x/data/esp12s.bin
上傳好以后一定要打開瀏覽器實(shí)際測(cè)試一下，看看這個(gè)固件地址是不是能正常下載。

3.在 WEB配網(wǎng) 里面設(shè)置好OTA固件鏈接，就是那個(gè)網(wǎng)址類似于：http://x.x.x.x/data/esp12s.bin
4.在手機(jī)APP里面點(diǎn) 升級(jí)固件
OTA升級(jí)時(shí)，LED會(huì)隨下載進(jìn)度快速閃爍。
升級(jí)成功會(huì)自動(dòng)重啟。

致謝：

感謝嘉立創(chuàng)yyds，每個(gè)月都要被我薅羊毛打板PCB。

感謝：@tuobeiyang @engineergao @DongDuZhiLang  @shayulei  @therealkamisama  @xywl98  @EHE  @LZGD   @Egbert   @小菜比  @skcks   @全幼兒園最帥的男人   @lingbm   
以及其他在評(píng)論區(qū)留言的大佬。因?yàn)槟銈兊囊庖姾徒ㄗh，讓我得到很多啟發(fā)、學(xué)習(xí)到了更多的知識(shí)。

非常感謝！