ESP32-Based PLC Design Review

Thought for 5 sec

بله، می‌توانم یک برد IoT کامل برای هوشمندسازی منزل با ESP32 طراحی کنم، اما در حال حاضر امکان اجرای مستقیم داخل پروژه و ساخت شماتیک/PCB را ندارم. بنابراین فعلاً طرح کامل پیشنهادی را به‌صورت مهندسی و قابل پیاده‌سازی می‌دهم.

طرح پیشنهادی برد IoT خانگی با ESP32 هدف برد

برد برای کنترل و مانیتورینگ تجهیزات خانه:

کنترل رله‌ها برای چراغ، فن، پمپ، پریز یا شیر برقی
ورودی دیجیتال برای کلید دیواری، سنسور در، PIR، آلارم
ورودی آنالوگ برای سنسورهای 0 تا 3.3V
ارتباط WiFi و Bluetooth
پروگرام از طریق USB-C
تغذیه صنعتی 12V یا 24V
خروجی 3.3V پایدار برای ESP32
حفاظت در برابر نویز، اتصال معکوس و اضافه‌ولتاژ

معماری کلی برد

Text
ورودی تغذیه 12/24V
        |
        |-- حفاظت ورودی: فیوز، TVS، دیود معکوس
        |
        |-- مبدل Buck 12/24V به 5V
        |
        |-- رگولاتور 3.3V
        |
      ESP32
        |
        |-- USB-C برای پروگرام
        |-- WiFi / BLE
        |-- رله‌ها / SSR
        |-- ورودی‌های ایزوله
        |-- سنسورهای I2C
        |-- LED و کلید Reset / Boot

بخش‌های اصلی شماتیک 1. پردازنده مرکزی

پیشنهاد من:

ESP32-S3-WROOM-1 یا ESP32-WROOM-32E

برای پروژه جدید، ESP32-S3 بهتر است چون:

USB داخلی دارد
قدرت پردازش بهتر
حافظه بیشتر
مناسب‌تر برای توسعه آینده

پین‌های لازم:

Table

عملکرد	اتصال
EN	Pull-up با 10k به 3.3V + خازن 100nF به GND
GPIO0 / BOOT	کلید Boot به GND + Pull-up
UART TX/RX یا USB	برای پروگرام
GPIO خروجی	برای رله‌ها
GPIO ورودی	برای سنسورها و کلیدها
I2C SDA/SCL	برای سنسورها یا اکسپندر
ADC	برای ورودی آنالوگ

2. تغذیه

اگر برد برای خانه و صنعت کوچک باشد، ورودی پیشنهادی:

12V DC یا 24V DC

بلوک تغذیه:

کانکتور ورودی برق
فیوز یا Polyfuse
دیود محافظ پلاریته معکوس
TVS diode برای Surge
مبدل Buck به 5V
LDO یا Buck دوم به 3.3V

پیشنهاد ریل‌ها:

Table

ریل	کاربرد
24V یا 12V	ورودی اصلی، رله‌ها، SSRها
5V	USB، برخی سنسورها، رله 5V
3.3V	ESP32، منطق دیجیتال

برای ESP32 باید نزدیک پایه‌های تغذیه:

100nF ceramic
10uF ceramic یا tantalum

قرار بگیرد.

3. USB-C برای پروگرام

اگر ESP32-S3 استفاده شود:

USB D+ و D- مستقیم به ESP32-S3
مقاومت‌های سری 22Ω روی D+ و D-
مقاومت‌های CC1 و CC2 برابر 5.1kΩ به GND
محافظ ESD برای D+ و D-
VBUS از USB-C فقط برای تشخیص یا تغذیه محدود، بسته به طراحی

اگر ESP32-WROOM-32E استفاده شود:

نیاز به USB-UART مثل CH340C یا CP2102N
اتصال TX/RX
مدار Auto Boot با DTR و RTS

4. خروجی‌های رله / SSR

پیشنهاد برای خانه:

8 خروجی رله یا SSR
هر کانال دارای LED وضعیت
ترانزیستور درایور برای هر رله
دیود Flyback برای رله مکانیکی
کانکتور خروجی جداگانه

برای کنترل بار AC بهتر است از SSR مناسب AC استفاده شود.

برای بار DC بهتر است MOSFET یا SSR DC استفاده شود.

ساختار هر خروجی رله:

Text
GPIO ESP32
   |
 مقاومت 1k تا 4.7k
   |
ترانزیستور NPN یا MOSFET
   |
کویل رله
   |
دیود Flyback روی کویل

اگر SSR اپتوایزوله استفاده شود:

Text
GPIO ESP32
   |
مقاومت محدودکننده جریان
   |
LED داخلی SSR
   |
GND

5. ورودی‌های دیجیتال ایزوله

برای هوشمندسازی خانه، ورودی‌های ایزوله خیلی مهم هستند.

پیشنهاد:

8 ورودی دیجیتال ایزوله
مناسب برای 12V یا 24V
استفاده از Optocoupler
فیلتر RC برای حذف نویز
Pull-up سمت ESP32

ساختار هر ورودی:

Text
IN+
 |
مقاومت محدودکننده جریان
 |
LED اپتوکوپلر
 |
IN-

خروجی اپتو:
Collector به GPIO با Pull-up 10k به 3.3V
Emitter به GND

برای ورودی 24V مقدار مقاومت LED اپتو باید دقیق محاسبه شود. معمولاً حدود 4.7kΩ تا 10kΩ بسته به جریان LED اپتو انتخاب می‌شود.

6. ورودی آنالوگ

برای سنسورهای ساده:

2 تا 4 ورودی ADC
محدوده امن 0 تا 3.3V
تقسیم مقاومتی برای ورودی‌های بالاتر
فیلتر RC
محافظ ESD یا دیود کلمپ

مثلاً برای اندازه‌گیری 0 تا 10V:

Text
ورودی 0-10V
 |
تقسیم مقاومتی
 |
فیلتر RC
 |
ADC ESP32

7. سنسورهای داخلی پیشنهادی

برای برد خانه هوشمند:

سنسور دما و رطوبت SHT31 یا AHT20
سنسور نور BH1750
کانکتور I2C خارجی
کانکتور UART یا RS485 اختیاری

اگر برد برای محیط صنعتی کوچک باشد، پیشنهاد می‌کنم RS485 هم اضافه شود.

8. RS485 اختیاری

برای Modbus RTU:

تراشه MAX3485 یا SN65HVD
اتصال به UART ESP32
مقاومت ترمینیشن 120Ω با جامپر
محافظ TVS روی A/B
کانکتور A/B/GND

این بخش برای خانه هوشمند سیمی بسیار کاربردی است.

9. کلیدها و LEDها

حداقل موارد لازم:

Table

قطعه	کاربرد
کلید Reset	ریست ESP32
کلید Boot	پروگرام دستی
LED Power	وجود تغذیه
LED Status	وضعیت Firmware
LED WiFi	اتصال شبکه
LED خروجی‌ها	نمایش وضعیت هر رله

پیشنهاد تعداد کانال‌ها

برای نسخه کامل:

Table

بخش	تعداد
خروجی رله/SSR	8 کانال
ورودی دیجیتال ایزوله	8 کانال
ورودی آنالوگ	4 کانال
I2C خارجی	1 کانکتور
RS485	1 پورت
USB-C	1 پورت
کلید Reset/Boot	2 عدد
LED وضعیت	حداقل 3 عدد

قطعات پیشنهادی

Table

بخش	قطعه پیشنهادی
MCU	ESP32-S3-WROOM-1
Buck 24V/12V به 5V	MP1584, LM2596, TPS54202
3.3V Regulator	AP2112K, AMS1117 فقط برای مصرف کم، یا Buck بهتر
USB-C	USB-C 16-pin
ESD USB	USBLC6-2SC6 یا مشابه
Optocoupler Input	PC817, LTV-817, TLP185
SSR	TLP175A یا SSR مناسب بار
Relay Driver	ULN2803A یا MOSFET/NPN جداگانه
RS485	MAX3485, SN65HVD75
Sensor I2C	SHT31 یا AHT20
EEPROM/Flash اختیاری	AT24C32

نکات مهم PCB

برای PCB باید رعایت شود:

آنتن ESP32 در لبه برد باشد.
زیر آنتن مس، ترک و قطعه نباشد.
مسیرهای USB کوتاه و جفت نزدیک باشند.
تغذیه ESP32 پهن و با خازن نزدیک باشد.
خروجی‌های رله/SSR از بخش منطق فاصله داشته باشند.
اگر AC کنترل می‌شود، فاصله ایزولاسیون رعایت شود.
مسیرهای جریان بالا پهن باشند.
ورودی‌های صنعتی کنار کانکتورها محافظت شوند.
زمین قدرت و زمین دیجیتال با دقت مدیریت شود.
کانکتورها در لبه برد باشند.

نسخه پیشنهادی نهایی برد

من این نسخه را پیشنهاد می‌کنم:

ESP32-S3 Smart Home PLC Board

مشخصات:

تغذیه 12/24V DC
USB-C برای پروگرام
WiFi + Bluetooth
8 خروجی SSR یا رله
8 ورودی دیجیتال ایزوله 12/24V
4 ورودی ADC
RS485 برای Modbus
کانکتور I2C برای سنسورها
LED وضعیت برای هر کانال
حفاظت ورودی تغذیه و USB
طراحی مناسب نصب داخل تابلو برق

برای اجرای واقعی در Flux

برای اینکه این را تبدیل به شماتیک و PCB واقعی کنم، باید مرحله بعد این باشد:

انتخاب دقیق نوع خروجی:
- رله مکانیکی؟
- SSR برای AC؟
- SSR/MOSFET برای DC؟
انتخاب ولتاژ ورودی:
- 12V؟
- 24V؟
- هر دو؟
انتخاب تعداد کانال:
- 4؟
- 8؟
- 16؟
انتخاب نوع برد:
- مخصوص خانه؟
- مناسب تابلو برق صنعتی؟
- نصب روی DIN Rail؟

پیشنهاد من برای شروع:

ESP32-S3
تغذیه 12/24V
8 خروجی SSR
8 ورودی ایزوله 24V
RS485
USB-C
PCB دو لایه اگر ساده باشد، چهار لایه اگر نویز و اطمینان مهم باشد.

در حال حاضر به دلیل محدودیت اجرای ابزار، نمی‌توانم شماتیک و PCB را مستقیماً داخل پروژه بسازم؛ اما این مشخصات آماده تبدیل به طراحی واقعی هستند.

انتخاب SSR و 24V

آماده‌سازی شماتیک کامل

یافتن BOM پیشنهادی

طراحی بخش تغذیه

پیشنهاد DIN Rail

R22

Resistance

536 Ω

R21

Resistance

1KΩ

IO5

R23

Resistance

1KΩ

AA5

IO4

AA4

R24

Resistance

536 Ω

C16

Capacitance

100nF

+12V

ADC Amplifier

U12

Reviews

Generic Inductor
A generic fixed inductor suitable for rapid circuit topology development. The footprint automatically adapts based on the selected package, supporting standard SMD sizes (e.g., 0402, 0603, 0805) as well as well-known inductor packages such as SDR1806, PA4320, SRN6028, and SRR1260. Standard inductor values: 1.0 nH, 10 nH, 100 nH, 1.0 µH, 10 µH, 100 µH, 1.0 mH 1.2 nH, 12 nH, 120 nH, 1.2 µH, 12 µH, 120 µH, 1.2 mH 1.5 nH, 15 nH, 150 nH, 1.5 µH, 15 µH, 150 µH, 1.5 mH 1.8 nH, 18 nH, 180 nH, 1.8 µH, 18 µH, 180 µH, 1.8 mH 2.2 nH, 22 nH, 220 nH, 2.2 µH, 22 µH, 220 µH, 2.2 mH 2.7 nH, 27 nH, 270 nH, 2.7 µH, 27 µH, 270 µH, 2.7 mH 3.3 nH, 33 nH, 330 nH, 3.3 µH, 33 µH, 330 µH, 3.3 mH 3.9 nH, 39 nH, 390 nH, 3.9 µH, 39 µH, 390 µH, 3.9 mH 4.7 nH, 47 nH, 470 nH, 4.7 µH, 47 µH, 470 µH, 4.7 mH 5.6 nH, 56 nH, 560 nH, 5.6 µH, 56 µH, 560 µH, 5.6 mH 6.8 nH, 68 nH, 680 nH, 6.8 µH, 68 µH, 680 µH, 6.8 mH 8.2 nH, 82 nH, 820 nH, 8.2 µH, 82 µH, 820 µH, 8.2 mH #generics #CommonPartsLibrary
jharwinbarrozo
16.2k
Generic Capacitor
A generic fixed capacitor ideal for rapid circuit topology development. You can choose between polarized and non-polarized types, its symbol and the footprint will automatically adapt based on your selection. Supported options include standard SMD sizes for ceramic capacitors (e.g., 0402, 0603, 0805), SMD sizes for aluminum electrolytic capacitors, and through-hole footprints for polarized capacitors. Save precious design time by seamlessly add more information to this part (value, footprint, etc.) as it becomes available. Standard capacitor values: 1.0pF, 10pF, 100pF, 1000pF, 0.01uF, 0.1uF, 1.0uF, 10uF, 100uF, 1000uF, 10000uF 1.1pF, 11pF, 110pF, 1100pF 1.2pF, 12pF, 120pF, 1200pF 1.3pF, 13pF, 130pF, 1300pF 1.5pF, 15pF, 150pF, 1500pF, 0.015uF, 0.15uF, 1.5uF, 15uF, 150uF, 1500uF 1.6pF, 16pF, 160pF, 1600pF 1.8pF, 18pF, 180pF, 1800pF 2.0pF, 20pF, 200pF, 2000pF 2.2pF, 22pF, 220pF, 2200pF, 0.022uF, 0.22uF, 2.2uF, 22uF, 220uF, 2200uF 2.4pF, 24pF, 240pF, 2400pF 2.7pF, 27pF, 270pF, 2700pF 3.0pF, 30pF, 300pF, 3000pF 3.3pF, 33pF, 330pF, 3300pF, 0.033uF, 0.33uF, 3.3uF, 33uF, 330uF, 3300uF 3.6pF, 36pF, 360pF, 3600pF 3.9pF, 39pF, 390pF, 3900pF 4.3pF, 43pF, 430pF, 4300pF 4.7pF, 47pF, 470pF, 4700pF, 0.047uF, 0.47uF, 4.7uF, 47uF, 470uF, 4700uF 5.1pF, 51pF, 510pF, 5100pF 5.6pF, 56pF, 560pF, 5600pF 6.2pF, 62pF, 620pF, 6200pF 6.8pF, 68pF, 680pF, 6800pF, 0.068uF, 0.68uF, 6.8uF, 68uF, 680uF, 6800uF 7.5pF, 75pF, 750pF, 7500pF 8.2pF, 82pF, 820pF, 8200pF 9.1pF, 91pF, 910pF, 9100pF #generics #CommonPartsLibrary
jharwinbarrozo
1.5M
Generic Resistor
A generic fixed resistor ideal for rapid circuit topology development. Its footprint automatically adapts based on the selected package case code—supporting 0402, 0603, 0805, 1203, and many other standard SMD packages, as well as axial horizontal and vertical configurations. Save precious design time by seamlessly add more information to this part (value, footprint, etc.) as it becomes available. Standard resistor values: 1.0 ohm, 10 ohm, 100 ohm, 1.0k ohm, 10k ohm, 100k ohm, 1.0M ohm 1.1 ohm, 11 ohm, 110 ohm, 1.1k ohm, 11k ohm, 110k ohm, 1.1M ohm 1.2 ohm, 12 ohm, 120 ohm, 1.2k ohm, 12k ohm, 120k ohm, 1.2M ohm 1.3 ohm, 13 ohm, 130 ohm, 1.3k ohm, 13k ohm, 130k ohm, 1.3M ohm 1.5 ohm, 15 ohm, 150 ohm, 1.5k ohm, 15k ohm, 150k ohm, 1.5M ohm 1.6 ohm, 16 ohm, 160 ohm, 1.6k ohm, 16k ohm, 160k ohm, 1.6M ohm 1.8 ohm, 18 ohm, 180 ohm, 1.8K ohm, 18k ohm, 180k ohm, 1.8M ohm 2.0 ohm, 20 ohm, 200 ohm, 2.0k ohm, 20k ohm, 200k ohm, 2.0M ohm 2.2 ohm, 22 ohm, 220 ohm, 2.2k ohm, 22k ohm, 220k ohm, 2.2M ohm 2.4 ohm, 24 ohm, 240 ohm, 2.4k ohm, 24k ohm, 240k ohm, 2.4M ohm 2.7 ohm, 27 ohm, 270 ohm, 2.7k ohm, 27k ohm, 270k ohm, 2.7M ohm 3.0 ohm, 30 ohm, 300 ohm, 3.0K ohm, 30K ohm, 300K ohm, 3.0M ohm 3.3 ohm, 33 ohm, 330 ohm, 3.3k ohm, 33k ohm, 330k ohm, 3.3M ohm 3.6 ohm, 36 ohm, 360 ohm, 3.6k ohm, 36k ohm, 360k ohm, 3.6M ohm 3.9 ohm, 39 ohm, 390 ohm, 3.9k ohm, 39k ohm, 390k ohm, 3.9M ohm 4.3 ohm, 43 ohm, 430 ohm, 4.3k ohm, 43K ohm, 430K ohm, 4.3M ohm 4.7 ohm, 47 ohm, 470 ohm, 4.7k ohm, 47k ohm, 470k ohm, 4.7M ohm 5.1 ohm, 51 ohm, 510 ohm, 5.1k ohm, 51k ohm, 510k ohm, 5.1M ohm 5.6 ohm, 56 ohm, 560 ohm, 5.6k ohm, 56k ohm, 560k ohm, 5.6M ohm 6.2 ohm, 62 ohm, 620 ohm, 6.2k ohm, 62K ohm, 620K ohm, 6.2M ohm 6.8 ohm, 68 ohm, 680 ohm, 6.8k ohm, 68k ohm, 680k ohm, 6.8M ohm 7.5 ohm, 75 ohm, 750 ohm, 7.5k ohm, 75k ohm, 750k ohm, 7.5M ohm 8.2 ohm, 82 ohm, 820 ohm, 8.2k ohm, 82k ohm, 820k ohm, 8.2M ohm 9.1 ohm, 91 ohm, 910 ohm, 9.1k ohm, 91k ohm, 910k ohm, 9.1M ohm #generics #CommonPartsLibrary
jharwinbarrozo
1.5M
Ground
A common return path for electric current. Commonly known as ground.
jharwinbarrozo
20.5M
Terminal
An electrical connector acting as reusable interface to a conductor and creating a point where external circuits can be connected.
natarius
Net Portal
Wirelessly connects nets on schematic. Used to organize schematics and separate functional blocks. To wirelessly connect net portals, give them same designator. #portal
jharwinbarrozo
43.0M
RMCF0805JT47K0
General Purpose Thick Film Standard Power and High-Power Chip Resistor 47 kOhms ±5% 0.125W, 1/8W Chip Resistor 0805 (2012 Metric) Automotive AEC-Q200 Thick Film Features: - RMCF – standard power ratings - RMCP – high power ratings - Nickel barrier terminations standard - Power derating from 100% at 70ºC to zero at +155ºC - RoHS compliant, REACH compliant, and halogen free - AEC-Q200 compliant
jharwinbarrozo
1.2M
875105359001
10 µF 16 V Aluminum - Polymer Capacitors Radial, Can - SMD 30mOhm 2000 Hrs @ 105°C #commonpartslibrary #capacitor #aluminumpolymer #radialcan
jharwinbarrozo
1.2M
CTL1206FYW1T
Yellow 595nm LED Indication - Discrete 1.7V 1206 (3216 Metric)
jharwinbarrozo
1.1M
1070TR
Battery Holder (Open) Coin, 20.0mm 1 Cell SMD (SMT) Tab bate or batt #forLedBlink
jharwinbarrozo
700.5k

Project Name

ESP32-S3 - PLC for Home and Small industry

Description

ESP32-S3-PLC For Home and Small Industry, include 8 12V SSR to control DC and AC Current, 8 isolated I/O and a ESP32 as a brain with a USB C to upload the code and the connectivity advantages of the ES32 like WIFI and Bluetooth.

Properties

Properties describe core aspects of the project.

Pricing & Availability

Distributor	Qty 1
Arrow	$1.94–$3.59
Digi-Key	$6.26–$12.27
LCSC	$12.11–$12.17
Mouser	$10.38
Verical	$2.03–$3.55

Controls

Welcome 👋

Flux helps you build PCBs faster with an AI teammate!

Create your account to collaborate, stay updated, fork your own version, and get instant answers from our AI agent.

rafalozano / ESP32-S3 - PLC for Home and Small industry

Schematic