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

Pytanie

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

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Publicznie dostępne, gotowe do produkcji schematy sterowników odkurzaczy mopujących 230 V praktycznie nie występują (chroniona własność producentów).
• Można jednak skorzystać z:
  • Patentów (np. US 5 507 067 A, CN 109 620 739 A) zawierających kompletne lub częściowe schematy.
  • Instrukcji serwisowych (np. Zelmer VC1002, Philips PowerPro) – uproszczone schematy połączeń.
  • Ogólnodostępnych aplikacyjnych not triak-, SMPS- i driver-ów silników (ST, ON, TI, Microchip) – dających gotowe moduły do złożenia pełnego sterownika.

Kluczowe punkty:

1. Zasilacz izolowany flyback 230 V AC → 12 V / 5 V.
2. Mikrokontroler (STM32/PIC/ATmega) z peryferiami : PWM, ADC, timery, UART/I²C.
3. Sterowanie silnikiem ssącym AC – optotriak z detekcją zera + triak BTA/BTB.
4. Sterowanie pompą i szczotką DC – MOSFET logic level + dioda flyback, PWM.
5. Separacja galwaniczna i spełnienie IEC 60335-1 (AGD) oraz EMC.

Szczegółowa analiza problemu

1. Schemat blokowy – szkielet

          230 V AC
             │
      [ Filtr EMI / bezpiecznik / VDR ]
             │
  ┌──────────▼──────────┐
  │  Flyback SMPS 5 V/12 V│
  └───┬───────────────┬───┘
      │               │
  +5 V/3 3 V        +12 V-24 V
      │               │
 ┌────▼─────┐    ┌────▼─────┐
 │ MCU (PWM │    │  Sterownik│
 │  ADC I/O)│    │  silników │
 └┬────┬────┘    └┬────┬────┘
  │UI  │Sensors    │AC │DC
  │    │           │   │
 [LED] [Poziom H₂O]│   │
 [Keys][Temp/Prąd] │   │
                   │   │
             ┌─────▼┐ ┌▼─────┐
             │Triak │ │MOSFET│
             └──┬───┘ └──┬───┘
                │        │
          Silnik AC   Pompa/Brush

2. Kluczowe moduły sprzętowe

1. Zasilacz:
   • Topologia flyback 10–25 W; scalone kontrolery (PI LNK320x, ST VIPer06).
   • Izolacja transformatora ≥ 4 mm creepage/clearance (IEC 60335).
2. Mikrokontroler:
   • STM32G0B1 (ARM Cortex-M0+) – 64 kB Flash, 6 × PWM/Timer, 12-bit ADC (1 Msps).
   • Watchdog, Brown-out, bootloader UART dla OTA/serwis.
3. Silnik ssący 230 V:
   • Triak BTA16-600 CW + układ snubber 47 nF/100 Ω.
   • Optotriak MOC3063 (zero-cross) sterowany przez GPIO MCU (rezyg 330 Ω).
   • Detekcja prądu: bocznik 0 R05 Ω + wzmacniacz INA199 → ADC.
4. Pompa / szczotka DC 24 V:
   • MOSFET logic-level AOZ1284 (RdsON < 10 mΩ @ 4.5 V).
   • Dioda Schottky SS54, filtr LC (100 µH/220 µF) przy silniku.
5. Czujniki:
   • Pływak z kontaktronem w zbiorniku czystej/brudnej wody.
   • Termistor NTC 10 kΩ na wirniku silnika.
   • Halla-Flow YF-S201 do przepływu wody (impulsy do timera MCU).
6. UI:
   • Tact-switch × 3 + LED RGB + buzzer; opcjonalnie OLED 0.96ʺ (I²C).

3. Fragmenty przykładowych schematów

a) Sterowanie triakiem:
\[ \text{GPIO}{MCU} \;-\; 330\,\Omega \rightarrow LED{MOC3063} \rightarrow \text{GND}_{MCU} \]
Wyjście MOC3063 pin 6 → bramka triaka (przez 120 Ω), MT2 → L sieci, MT1 → silnik → N.

b) Detekcja przejścia przez zero (dla regulacji fazowej):
Transoptor PC814A – rezystory 2 × 100 kΩ / 0.5 W szeregowo z diodami, włączone między L i N. Emiter do GND_MC​U, kolektor do VCC przez 10 kΩ – przerwanie na MCU.

c) Flyback SMPS (20 W, 5 V + 12 V): moduł BN-TCM-20-5/12 – gotowy, certyfikowany, do montażu THT.

4. Algorytmy

• Soft-start triaka: pierwsze 100 ms tylko w zerze, potem płynne zwiększenie kąta przewodzenia.
• Ochrona cieplna: jeśli T > 130 °C lub I > 1.8 × I_nom → wyłączenie i sygnał LED.
• Auto-stop pompki przy pustym zbiorniku (czujnik pływakowy otwarty > 500 ms).

5. Integracja na PCB

• Układ 2-warstwowy FR-4; strefa „HOT” (sieć) i „COLD” (logika) oddzielone szczeliną 6 mm + sloty w laminacie.
• Warstwa masy tylko w części niskonapięciowej; w strefie HOT – minimalna.
• Ścieżki silnikowe 60 mil, soldermask-relief; test IPC-2221B.

Aktualne informacje i trendy

• Przejście z uniwersalnych silników AC na BLDC 230 V z wbudowanym inwerterem FOC (np. Silniki Nidec U-BLDC).
• GaN/SiC w SMPS → wyższa sprawność, mniejsze trafopowietrzniki.
• EU Ecodesign 2024: limit 43 kWh/rok + wymaganie łatwej naprawialności – sterownik musi raportować kody błędów.
• Integracja Wi-Fi/BLE (ESP32-C3 coprocessor) – sterowanie z aplikacji, aktualizacje OTA.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Triak vs SSR: SSR (fotovoltaic MOSFET) eliminuje dV/dt-trigger, ale koszt x3.
• Detekcja wody także ultradźwiękową sondą TDC1000 – brak korozji elektrod.
• Pompy perystaltyczne DC 12 V łatwiejsze w sterowaniu niż pompy 230 V – niski prąd rozruchowy.

Aspekty etyczne i prawne

• Zgodność z IEC 60335-1 (AGD bezpieczeństwo) + IEC 60335-2-2 (odkurzacze).
• EMC: EN 55014-1/-2 – filtr EMI, soft-start, obwody snubber.
• Ochrona własności intelektualnej: patenty i manuale można studiować, nie kopiować 1:1 w produkcie.

Praktyczne wskazówki

1. Zacznij od gotowego zasilacza AC/DC klasy II – skracasz certyfikację.
2. Prototypuj sterowanie triakiem na odseparowanym autotransformatorze 0-230 V, korzystaj z separowanego oscyloskopu.
3. Test thermal run-away w komorze 45 °C przy pełnym zablokowaniu filtra.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Uniwersalne silniki AC generują wysoki EMI; może być konieczny filtr RC 100 Ω/47 nF równolegle do szczotek.
• Regulacja fazowa zwiększa THD – uwaga na normy sieciowe.
• Czujniki optyczne brudu w przepływie powietrza wymagają kanału o niskim zapyleniu; w praktyce stosowane głównie w modelach bezworkowych.

Sugestie dalszych badań

• Implementacja FOC dla BLDC 230 V (MCU STM32G4 + 3-fazowy driver STDRIVE101).
• Analiza patentu CN 112 333 619 A – sterownik mopa z detekcją wilgotności podłogi.
• Symulacje PLECS/PSIM dla SMPS i sterowania triakiem w celu optymalizacji EMI.

Krótkie podsumowanie

Sterownik przewodowego odkurzacza mopującego 230 V składa się z izolowanego SMPS, mikrokontrolera (STM32/PIC), układów wykonawczych (triak + MOSFET), czujników i interfejsu użytkownika. Publicznie dostępne pełne schematy można znaleźć głównie w patentach i instrukcjach serwisowych; resztę uzupełniamy aplikacyjnymi notami producentów komponentów. Kluczowe jest zachowanie izolacji galwanicznej i zgodności z IEC 60335 oraz EMC. Przyszłość to migracja na BLDC, układy GaN i łączność IoT, co wymaga bardziej zaawansowanego sterownika, ale zwiększa efektywność i funkcjonalność urządzenia.