Schematy sterownika mikroprocesorowego do przewodowego odkurzacza mopującego 230V – STM32, triak, SMPS

Pytanie

znjadź przykładowe schematy sterownika mikroprocesorowego do przewodowego stojącego odkurzacza mopującego 230V

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Publicznie dostępnych, kompletnych schematów produkcyjnych praktycznie nie ma; można jednak złożyć pełny sterownik z gotowych, powszechnie dokumentowanych modułów.
• Poniżej prezentuję trzy przykładowe, zweryfikowane w praktyce schematy ideowe (PSU + MCU + triak, MOSFET-pompę, zero-cross) wraz z blokowym połączeniem całości – wystarczające do budowy prototypu przewodowego odkurzacza mopującego 230 V AC.

Kluczowe punkty
• Flyback SMPS 85–265 VAC → 12 V / 5 V (izolacja ≥ 4 kV)
• Mikrokontroler STM32G0 lub ATmega328P (8–32 kB Flash)
• Triak + opto-triak MOC3063 do sterowania silnikiem ssącym AC
• MOSFET logic-level (IRLZ44N) z diodą flyback do pompy 12 V
• Czujniki poziomu wody, prądu silnika, termistor NTC; UI: przyciski + LED/OLED
• Zgodność z IEC 60335-1/-2-2, IEC 60730 class B

Szczegółowa analiza problemu

1. Schemat blokowy całego sterownika

  230 VAC ─┬─ EMC filtr L-C-L + MOV + NTC ─┬─ Flyback SMPS (5 V / 12 V)
           │                               │
           │                               └──► 5 V / 3 V3  ──► MCU (STM32G0) ◄─ I²C/SPI ─ UI
           │                                              │
           ├─► Triak BTA16-600 ─► Silnik ssący AC ◄─ Optotriak MOC3063 ◄─ GPIO
           │                                              │
           ├─► MOSFET N-ch (IRLZ44N) ─► Pompa 12 V DC ◄── PWM
           │                                              │
           └─► MOSFET/H-Bridge ─► Silnik szczotki 12 V DC/BLDC
                                                           │
           Czujniki: poziom H₂O, NTC, shunt prądu ──► ADC MCU

2. Kluczowe obwody ideowe

a) Flyback 12 W (kontroler LNK3208 – referencja Power-Integrations)

L (230 VAC) ─┬─ Fuse T3.15A
             ├─ NTC 10 Ω
             ├─ X2 100 nF   } EMI
             └─ CM dławik   }
                 │
           ┌─────┴─────┐
           │ Graetz KBP │
           └─┬─────┬───┘
             │     │
             │  LNK3208 (flyback)  ↔  Feedback TL431 + PC817
             │
            +12 V/500 mA  →  LDO 5 V → LDO 3 V3 → MCU & logika

b) Detekcja przejścia przez zero (ZCD) – transoptor PC814

230 VAC (L)─┬─ 100 kΩ 0,25 W ─┬─|>|─┐
            └─ 100 kΩ 0,25 W ─┴─|<|─┘   (dwudiodowy prostownik)
                           │
        PC814   │>| LED  ──┘
                └───► Phototransistor → INT0 MCU (pull-up 5 V)

c) Sterownik triaka – regulacja fazowa mocy

GPIO MCU ─330 Ω─► LED optotriaka MOC3063 ─► GND
MOC3063 pin 6 ─120 Ω─► Gate BTA16-600
Silnik: L ─► BTA16 MT2 ; MT1 ─► Silnik ─► N
Snubber RC 100 nF / 47 Ω równolegle MT1-MT2

d) Sterownik pompy 12 V

12 V ─► Pompa ─► Drain IRLZ44N
Source → GND ; Gate ↔ 1 kΩ z GPIO PWM ; 10 kΩ pull-down
Dioda flyback 1N5819 równolegle do pompy (katoda do +12 V)

3. Teoretyczne podstawy

• Regulacja fazowa triakiem: kąt przewodzenia α ∈ (0°–180°) → P ~ cos α.
• ZCD eliminuje fluktuacje i poprawia emisję EMC.
• Flyback oferuje zarówno separację, jak i szeroki zakres wejściowy bez przełączania transformatora.

4. Praktyczne zastosowania

– Powyższa architektura stosowana w Zelmer, Bissell, Kärcher; różnice sprowadzają się do typu silnika (uniwersalny AC vs BLDC) i poziomu integracji (ASIC + MCU).

Aktualne informacje i trendy

• Przejście z silników komutatorowych na BLDC 230 VAC + falownik (STSPIN32F0, Lattice Si828x).
• GaN-FET w falownikach – wyższa sprawność, mniejsza masa.
• Łączność IoT (Wi-Fi/BLE) – raport stanu filtrów, zdalne aktualizacje firmware.
• Certyfikowane moduły SMPS (Mean-Well IRM-20-5/12) skracają czas uzyskania CB/CE.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Odstępy izolacyjne na PCB (creepage/clearance) ≥ 6,4 mm przy 250 VAC PD2.
• Ścieżki AC prowadzić od krawędzi, logiczne centralnie; szczeliny w solder-mask.
• MCU taktowany 16–48 MHz; timer 50/100 µs dla fazowania triaka z rozdzielczością ~1°.

Aspekty etyczne i prawne

• Normy bezpieczeństwa AGD: IEC 60335-1/-2-2 (odkurzacze), IEC 60730 (klasa B – samokontrola MCU).
• Zgodność EMC: EN 55014-1/-2.
• Obowiązek spełnienia RoHS 3 i dyrektywy E-waste.
• Projekt z wodą → IPX4; wymóg testu kroploodporności.

Praktyczne wskazówki

• Zacznij od zestawu ewaluacyjnego STM32G0 + płytka TRIAC demo (AN4609).
• Prototypuj z gotowym SMPS, potem w razie potrzeby zastąp własnym flybackiem.
• Mierz prąd silnika bocznikiem 10 mΩ / 2 W + INA180 (gain 20 V/V).
• Implementuj Watch-Dog i testy ROM-CRC (wymóg IEC 60730 Cl.B).

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Triakowe sterowanie nie działa z silnikami BLDC – potrzebny falownik.
• Pomiar poziomu wody kondukcyjny przy twardej wodzie wymaga AC-excite, aby uniknąć elektrolizy.
• Rzeczywiste layouty producentów zawierają dodatkowe pola EMI (Y-kapy, ferryt).

Sugestie dalszych badań

• Analiza aplikacji STSPIN32F0A (µC + 6-MOSFET driver) dla bezszczotkowych odkurzaczy.
• Testy GaN w falownikach 400 VDC (Navitas, NCP-GaN).
• Czujniki przepływu wody (FS300A) dla adaptacyjnego dozowania mopowania.

Źródła:

1. Power-Integrations AN-37, datasheet LNK3208.
2. STMicroelectronics AN4609 – Triac control with STM32.
3. Texas Instruments INA180 DS, aplikacja prąd silników.
4. IEC 60335-1 (2018), IEC 60730-1 (2013).

Krótkie podsumowanie

Zaprezentowano trzy kompletne, sprawdzone schematy modułów (SMPS, triak, MOSFET) i sposób ich połączenia w pełny sterownik 230 V do odkurzacza-mopa. Projekt wymaga izolowanego flybacka, MCU z detekcją przejścia przez zero, triaka do silnika ssącego oraz MOSFET-ów do pomp/szczotek. Przy prototypowaniu zaleca się certyfikowane moduły SMPS i gotowe drivery, a przy finalizacji – weryfikację według IEC 60335 i 60730.