Arduino se reinicia / cuelga debido a chispas en la línea de CA

Este es el diseño de PCB del proyecto en el que he estado trabajando recientemente (mi primer diseño de PCB).

La idea es controlar los dispositivos de CA (ventiladores, bombillas, etc.) sin relés. Estoy usando triacs que son mejores que los relés para tales aplicaciones. Estoy usando optoaisladores para un aislamiento completo de las líneas de corriente alterna. Intenté ejecutar el arduino con un cable USB conectado a mi computadora portátil (con el cargador desenchufado) y un adaptador de pared (12V).

Al principio, el circuito parecía funcionar bien. Pude volcar el código en el controlador y controlar las bombillas (activar / desactivar y atenuarlas) usando UART. Envié los comandos a través de UART. Sin embargo, parece que cada vez que hay una chispa en las líneas de CA (cuando conecto / desconecto un ventilador), el microcontrolador no se ve feliz. A veces se restablece (que es la mejor parte de la imagen) y otras veces se cuelga y no puedo enviar comandos a través de UART. No estoy seguro de si el código grabado también se ve afectado, pero a veces tuve que volver a cargar el código. Si enciendo / apago un ventilador en otra habitación, no hay ningún efecto.

Posibles problemas:

1) Ausencia de plano de tierra en la PCB.

2) Algún tipo de EMI debido a chispas.

También intenté enchufar un calentador de agua (carga resistiva de 800 vatios) de la misma manera que el ventilador, pero no pasó nada. Entonces, creo que es la carga inductiva la que está dando problemas.

Cualquier solución constructiva para este problema será muy apreciable.

Gracias.

No mostraste un esquema, pero no veo ninguna tapa de derivación obvia o tapas de depósito de fuente de alimentación a bordo locales. Eso y la falta de una buena conexión a tierra probablemente causen los problemas.

Como han dicho otros, también debe dejar una distancia de aislamiento adecuada entre las secciones de CA y CC, y al menos intentar hacer un plano de tierra.

Tiene una placa grande con pocos componentes y un gran paso de clavija, por lo que el enrutamiento de la mayoría de las trazas en la capa superior debería ser bastante fácil. De vez en cuando tendrá que ir a la capa inferior porque, en general, un circuito no puede enrutarse en un solo plano. Sin embargo, puede mantener cortos los rastros en la capa inferior. Considérelos como "puentes" el tiempo suficiente para conectar dos pistas en la capa superior que de otro modo no podría conectar en un avión. La medida de un plano de tierra no es cuántas islas tiene en él, sino la dimensión más larga de cualquier isla. Mantenga los puentes cortos y sin amontonar.

Sin embargo, absolutamente debe poner una tapa de derivación en cada alimentación de energía a cada IC. Estos deben ser pequeños tapones de cerámica físicamente cerca del CI con los bucles generales lo más pequeños posible. 1 µF 0805 es lo correcto. No solo serán más baratos y tendrán un mejor rendimiento que los tapones equivalentes, sino que también serán más fáciles de soldar.

Dado que la alimentación de CC proviene de otro lugar y su impedancia, por lo tanto, es sospechosa, coloque una tapa electrolítica de tamaño decente justo donde la energía ingresa a la placa. Unos 100 µF deberían hacerlo.

Debe respetar su aislamiento de voltaje. La forma en que ha colocado (y enrutado) las resistencias R16, R13 R10, R2, R31 y R4 compromete la barrera de aislamiento creada por sus optoaisladores. A continuación, he marcado su diseño existente con su ruta de aislamiento, que es bastante pobre:

Tenga una sola zona de aislamiento que sea lo más ancha posible (el ancho de sus optoaisladores). Mantenga los circuitos de línea en el lado de la línea y los circuitos aislados en el lado aislado. Ver imagen a continuación para sugerencias.

Plano de tierra, plano de tierra, plano de tierra y muy pocas excusas. Eche un vistazo a cómo podría haber hecho mucho de esta placa de circuito: -

Pasé unos 5 minutos marcando (con rojo brillante) pistas azules que podrían ser rojas sin apenas trabajo cerebral.

Lo descartaría y comenzaría de nuevo.

En mi experiencia, establecer y restablecer líneas, flip-flops y otros circuitos son muy susceptibles al "ruido eléctrico". La mejor forma práctica de evitar un comportamiento impredecible del circuito es desacoplar las líneas de alimentación en cada chip, con condensadores apropiados. Además, las líneas de entrada de activación / activación con una señal de reloj reducirán la posibilidad de que los "transitorios" afecten los circuitos.

Cuando estaba trabajando en un proyecto de control de carga basado en DTMF, encontré el mismo problema con la carga de CA. Sin carga de CA, mi circuito de microcontrolador 8051 funciona bien. Cuando enciendo la carga de CA, todo el circuito se comporta de manera variada cuando enciendo / apaga la carga de CA a través del circuito de relé. Más tarde descubrí que el vertido en el tablero 8051 no es bueno. Finalmente, sustituyo la antigua placa del microcontrolador 8051 por la nueva placa del microcontrolador 8051 con buena conexión a tierra. Ahora funciona bien. Por lo tanto, pensé que su PCB debería tener un buen flujo de tierra.