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

• Kompletnych, publicznie dostępnych schematów CAŁEGO sterownika do przewodowego stojącego odkurzacza-mopa 230 V praktycznie nie ma – producenci traktują je jako tajemnicę handlową.
• Można jednak skompletować pełny projekt, łącząc:
  • serwisowe schematy wybranych odkurzaczy (silnik + triak/SSR),
  • noty aplikacyjne zasilaczy AC/DC (flyback 5 V/12 V),
  • referencyjne układy sterowania pompą i silnikami DC/BLDC,
  • przykładowe projekty open-hardware (GitHub, EasyEDA) dotyczące „AC Triac Motor Controller”, „SMPS Flyback 10 W” itp.

Kluczowe punkty

1. Blok zasilania SMPS izolowany 230 VAC → (12 V / 5 V).
2. Mikrokontroler (np. STM32G0, AVR128DB, ESP32-C3) + watchdog, poziom resetu.
3. Silnik ssący 230 VAC: optotriak (MOC3023) + triak mocy (BTA24-600) z gasikiem RC.
4. Pompa wody 12 V DC: MOSFET logic-level + dioda flyback.
5. Silnik szczotki 12–24 V DC lub BLDC: H-mostek (DRV8871) lub 3-fazowy driver (STSPIN32F0).
6. Interfejs: przyciski, LED/LCD/OLED, brzęczyk.
7. Czujniki: poziom wody, temperatura silnika, prąd silnika, hall-sensor parkowania.
8. Separacja galwaniczna, creepage/clearance wg IEC 60335-1 i IEC 60730 (Class B).

Szczegółowa analiza problemu

1. Struktura blokowa (rysunek koncepcyjny)

          230 VAC
             │
  ┌──────────┴──────────┐
  │  FILTR EMI + MOV    │
  └──┬─────────┬────────┘
     │         │
  [SMPS 10 W]  │(L)
  12 V / 5 V   │
   ┌───────────┴───────────────┐
   │     MCU + logika          │ <─▶ I²C/SPI periferia
   └──────┬───────┬────────────┘
          │       │
     optotriak   MOSFET/H-mostek
   (triak AC)    (DC load)
          │       │
      Silnik 230 V  ── Pompa / Szczotka
          │
   czujnik prądu (shunt+op-amp)

2. Blok zasilania

• Najczęściej flyback 85–265 VAC; popularne kontrolery: PI LNK3208, TNY280, VIPer06.
• Izolacja ≥4 kV; bezpiecznik 3,15 A T; MOV 14D471; NTC 10 Ω; dwustopniowy filtr EMI L-C-L.
• Po stronie wtórnej: 12 V → pompa/szczotka, step-down (buck, np. AP3211) → 5 V lub 3,3 V dla MCU.
• Spełnienie IEC 61558, certyfikacja SMPS (Class II).

3. Sterowanie silnikiem ssącym 230 VAC

a) ON/OFF: optotriak z detekcją zera – MOC3043 → BTA24-600B.
b) Regulacja mocy: detekcja zerocross (H11AA1 + komparator), timer MCU wyzwala MOC3023 po Δt (sterowanie fazowe).
c) SNUBBER: 47 nF/275 VAC + 120 Ω/0,5 W równolegle do triaka.
d) Czujnik prądu: rezystor 0,1 Ω/2 W + wzmacniacz INA199 → ADC MCU (termika, soft-start, soft-stop).

4. Sterowanie pompą wody 12 V

• MOSFET logic-N (AOZ1284, IRLZ44N).
• Flyback 1N5819.
• Opcjonalnie czujnik prądu ACS712-05B dla detekcji „praca na sucho”.

5. Silnik szczotki (DC lub BLDC)

• DC szczotkowy: H-mostek DRV8871 (3-18 V/3,6 A) z PWM 20 kHz.
• BLDC: STSPIN32F0A (MCU + gate driver) lub FAN65004.
• Hall-sensory do sterowania momentem, spięte z głównym MCU przez UART/CAN.

6. Interfejs użytkownika

• Klawiatura 5 przycisków w matrycy, LED RGB statusu, e-paper 1,54” (niska moc).
• Buzzer piezo 4 kHz przez tranzystor NPN.
• Port USB-C (DFU update, logi serwisowe), izolacja ADUM3160 lub wydzielony interfejs serwisowy SWD.

7. Czujniki procesowe

8. Oprogramowanie (IEC 60730 Class B)

• Bootloader z CRC Flash, watch-dog okienkowy.
• Zadania RTOS (FreeRTOS):
– task_zerocross (regulacja mocy)
– task_ui (debounce, LED)
– task_sensors (ADC, I²C)
– task_protection (OC, OT, water)
• Fail-safe: w razie błędu hard-reset, triak i MOSFET w stan OFF, sygnał audio 2 kHz.

Aktualne informacje i trendy

• Silniki BLDC wysokich obrotów (np. 100 krpm) z falownikiem PFC → niższa masa, wyższa sprawność (Dyson, Tineco).
• GaN w przetwornicach flyback 65 W (PI InnoSwitch3-EP) – mniejsze wymiary i brak radiatora.
• Integracja Wi-Fi/BLE (ESP32-C3-MINI) – zdalna diagnostyka, firmware OTA.
• Normy EcoDesign / ERP 2024: ograniczenie poboru < 900 W; konieczna dokładna kontrola mocy.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Optotriak z detekcją zera zmniejsza EMI, ale uniemożliwia sterowanie fazowe – do regulacji należy wybrać wersję BEZ ZCD.
• Snubber RC pełni tę samą rolę co filtr RC w zapłonie samochodu – tłumi gwałtowne skoki napięcia powstające przy przełączaniu indukcyjnego obciążenia (silnika).
• Creepage 8 mm, clearance 4 mm pomiędzy siecią a niskim napięciem dla PCB jednokierunkowanych (IEC 60335 klasa II).

Aspekty etyczne i prawne

• Praca z 230 VAC + woda = wysoka odpowiedzialność; projekt musi przejść test ochrony przed porażeniem (Hi-Pot 3 kV) i IPX4 (bryzgoszczelność).
• W UE: LVD (2014/35/UE), EMC (2014/30/UE), RoHS (2011/65/UE) i ekoprojekt (2019/1783).
• Firmware powinno zawierać funkcje autodiagnostyki, by spełnić IEC 60730 Annex H (klasa B).

Praktyczne wskazówki

1. Zacznij od uruchomienia oddzielnych bloków na płytkach ewaluacyjnych (Nucleo + moduł triaka + SMPS demo board).
2. Zasil część logiczną z izolowanego laboratoryjnego 12 V przez transformator separacyjny podczas testów.
3. Przeprowadź pomiary EMI w komorze TEM przed przygotowaniem plastiku obudowy – ewentualne filtry X2/Y2 dobierzesz taniej na etapie PCB.
4. Na warstwie top – obwody SELV; na bottom – ścieżki 230 VAC, oddzielone rowkiem izolacyjnym 1,2 mm.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Serwisowe schematy (Hoover H-Free HF522, Bissell CrossWave 17132) są dostępne w sieci, ale obejmują wyłącznie płytkę mocy i nie zawierają firmware’u.
• Rozwiązania z regulacją fazową mogą nie przejść najnowszych limitów EMI; rozważ sterowanie napięciem DC przez mostek PFC+inwerter BLDC (droższe).

Sugestie dalszych badań

• Analiza reference-design Power Integrations DER-891 (flyback 12 W, 230 V → 12 V/5 V) – gotowe PCB gerbery.
• ST Application Note AN5407 – „Design of home appliance motor control with STM32G4 + gate driver”.
• GitHub: „Triac-AC-Dimmer-STM32” (schemat Altium + kod HAL).
• IEEE Xplore – artykuły o czujnikach impedancji wody w urządzeniach AGD 2022-2023.

Krótkie podsumowanie

Nie istnieje pojedynczy, publicznie dostępny „gotowiec” dla pełnego sterownika odkurzacza-mopa 230 V. Da się jednak zbudować kompletny projekt, łącząc:
• serwisowe fragmenty schematów odkurzaczy,
• referencyjne zasilacze flyback,
• układy triak/MOSFET/H-mostek do napędu silników i pomp,
• bibliotekę kodu (FreeRTOS + IEC 60730 self-test).

Kluczowe są: izolacja galwaniczna, zgodność z normami AGD (IEC 60335, 60730), prawidłowe EMC/EMI i solidne zabezpieczenia termiczne oraz wodne. Wykorzystując powyższe źródła, tabelę bloków i wskazówki, można stworzyć profesjonalny, bezpieczny i certyfikowalny sterownik mikroprocesorowy dla przewodowego odkurzacza mopującego.