SwitchC6 od M5Stack to niewielki inteligentny przełącznik, który choć na pierwszy rzut oka nie wydaje się wnosić rewolucji, w rzeczywistości wyróżnia się na tle rynkowych rozwiązań. Choć sama koncepcja przełączników jednoprzewodowych jest znana, ten konkretny smart switch wyróżnia się specyficzną budową i według dostępnych informacji nie posiada obecnie bezpośredniego odpowiednika na rynku.
Budowa i konstrukcja
Inteligentny przełącznik SwitchC6 mieści się w obudowie różniącej się od standardowych projektów tego producenta. Wykonano ją z „mlecznego”, półprzezroczystego tworzywa sztucznego. Urządzenie zostało zaprojektowane z myślą o montażu na szynie DIN w rozdzielnicy, ale istnieje również możliwość przykręcenia go śrubami bądź umieszczenia w standardowej puszce instalacyjnej.
Na bokach obudowy umieszczono dwa sprężynowe zaciski (typu Wago) oznaczone jako L-In oraz L-Out, obsługujące przewody o przekroju od 0,5 do 4 mm². Są to jedyne terminale przyłączeniowe w tym urządzeniu.
Wewnątrz obudowy znajduje się przekaźnik o maksymalnym obciążeniu 16 A przy 250 V, służący do przerywania obwodu fazowego. Przekaźnik sterowany jest napięciem 5 V, dostarczanym przez niewielki transformator umieszczony tuż obok. Na górnej stronie płytki PCB umieszczono kilka wyższych elementów, w tym kondensatory oraz pionowo zamontowany moduł ESP32-C6-MINI-A, odpowiedzialny za łączność bezprzewodową.
Układ ESP32-C6 posiada fabrycznie wgrane oprogramowanie układowe. Na płytce wyprowadzono również piny przewlekane (PTH) umożliwiające (re)programowanie układu w przypadku chęci użycia przełącznika poza ekosystemem M5Stack.
Fizyczny przycisk z boku obudowy pełni dwie funkcje: pozwala na ręczną zmianę stanu przekaźnika oraz służy do nadawania/przesyłania sygnałów i danych. Stan pracy sygnalizują dwie diody LED:
- Zielona – informująca o stanie przekaźnika,
- Niebieska – wskazująca stan ładowania kondensatorów.
Zasada działania bez przewodu neutralnego
Omawiany przełącznik nie wymaga klasycznego zasilania z sieci z doprowadzonym przewodem neutralnym. W tradycyjnych rozwiązaniach wymagane jest podłączenie linii L i N do zasilania samej elektroniki oraz osobne wyjście fazowe na obciążenie (np. żarówkę). W przypadku SwitchC6 do dyspozycji pozostaje wyłącznie wejście fazowe (L) oraz wyjście na obciążenie.
Zasilanie układu odbywa się poprzez zamknięcie obwodu elektrycznego przez połączone źródło światła. Przewód neutralny jest podłączony bezpośrednio do żarówki, a przełącznik steruje dopływem fazy. Oznacza to, że przy wyłączonym przekaźniku potencjał neutralny „przechodzi” przez żarówkę i jest obecny na zacisku wyjściowym przełącznika, co umożliwia zasilanie jego wewnętrznej elektroniki.
Po zamknięciu styków przekaźnika pełne napięcie fazowe trafia do odbiornika, co powoduje przepływ prądu i świecenie żarówki.
Uwaga: Nawet przy wyłączonym przekaźniku urządzenie nie jest całkowicie odłączone od napięcia. Przed przystąpieniem do jakichkolwiek prac montażowych lub serwisowych należy bezwzględnie wyłączyć główny bezpiecznik w rozdzielnicy.
Połączenie szeregowe i układ sterujący
Zasada działania opiera się na specyfice obwodów prądu przemiennego. Przy połączeniu równoległym kilku odbiorników każdy z nich otrzymuje pełne napięcie sieciowe. W przypadku połączenia szeregowego układ zachowuje się jak dzielnik napięcia, co powoduje spadek napięcia na poszczególnych elementach.
W omawianym przełączniku zastosowano zasadę połączenia szeregowego. Ponieważ sam moduł elektroniczny pobiera znikome ilości energii, spadek napięcia na podłączonej żarówce jest niezauważalny dla oka. Do zarządzania zasilaniem w tym układzie M5Stack zastosowało dedykowany scalony kontroler BP8006.
Przy pierwszym podłączeniu do sieci przełącznik wymaga kilku minut na naładowanie wewnętrznych kondensatorów (zgaśnięcie niebieskiej diody LED sygnalizuje gotowość do pracy). ESP32-C6 oraz pozostała elektronika czerpią energię z kondensatorów np. w sytuacji, gdy żarówka ulegnie uszkodzeniu. Po dłuższm czasie braku sprawnego odbiornika kondensatory ulegną rozładowaniu, a po wymianie żarówki proces ich ładowania rozpocznie się ponownie.
Zasilanie urządzenia można również odciąć za pomocą tradycyjnego włącznika zamontowanego przed przełącznikiem. W stanie wyłączenia moduł przyjmuje potencjał fazowy i neutralny, lecz nie przekazuje fazy przez uzwojenie transformatora na wyjście.
Oprogramowanie i integracja
Fabryczny firmware modułu wykorzystuje protokół komunikacyjny ESP-Now Mesh, umożliwiający bezpośrednią wymianę danych drogą radiową w pasmie 2,4 GHz pomiędzy urządzeniami opartymi na układach ESP. Do parowania przełącznika z kontrolerem wykorzystuje się unikalny adres MAC, który nadrukowano pod uchwytem szyny DIN.
Do sterowania urządzeniem z poziomu fabrycznego oprogramowania producent przewidział wykorzystanie kontrolerów z serii M5Stack (np. CoreS3) przy użyciu dedykowanej biblioteki M5SwitchC6-ESP-NOW. Biblioteka ta udostępnia przykładowe programy:
- Broadcast_Scan – służący do skanowania dostępnych przełączników oraz transmisji ESP-Now w otoczeniu.
- Controller – przeznaczony bezpośrednio do wysyłania komend sterujących.
W kodzie kontrolera konfiguruje się dane sieci oraz adres MAC przełącznika. Pakiety danych przesyłane między urządzeniami zawierają m.in. adresy MAC, stan przekaźnika, kanał komunikacyjny oraz poziom napięcia na kondensatorach. Rozbudowa kodu umożliwia obsługę większej liczby przełączników, synchronizację stanu z serwerem zewnętrznym i sterowanie całą instalacją z poziomu aplikacji mobilnej.
Podsumowanie
M5Stack SwitchC6 stanowi praktyczne rozwiązanie w instalacjach elektrycznych pozbawionych doprowadzonej linii neutralnej w puszce (instalacje 2-przewodowe). Urządzenie poprawnie współpracuje zarówno z tradycyjnymi żarówkami żarowymi, jak i ze źródłami światła LED.
Dodatkowo moduł bezprzewodowy wyposażono w nieobsadzone złącze szpilkowe, wyprowadzające dwie dodatkowe linie I/O odizolowane galwanicznie za pomocą cyfrowego izolatora CA-IS3642HW.
