Reinicialização / suspensão do Arduino devido a faíscas na linha CA

Este é o design de PCB do projeto em que tenho trabalhado recentemente (meu primeiro design de PCB).

A idéia é controlar os aparelhos de corrente alternada (ventiladores, lâmpadas, etc.) sem relés. Estou usando triacs melhores do que os relés para essas aplicações. Estou usando opto-isoladores para isolamento completo das linhas de corrente alternada. Tentei executar o arduino usando o cabo USB conectado ao meu laptop (com o carregador desconectado) e o adaptador de parede (12V).

A princípio, o circuito parecia funcionar bem. Consegui despejar o código no controlador e controlar as lâmpadas (On / Off, bem como diminuí-las) usando o UART. Enviei os comandos via UART. No entanto, parece que sempre que há uma faísca nas linhas de corrente alternada (quando eu conecto / desligo uma ventoinha), o micro-controlador não parece feliz. Às vezes, redefine (que é a melhor parte da imagem) e outras vezes trava e não consigo enviar comandos via UART. Não tenho certeza se o código gravado também é afetado, mas às vezes eu precisava recarregar o código. Se eu ligar / desligar um ventilador em outra sala, não há efeito.

Possíveis questões:

1) Ausência de plano de terra no PCB.

2) Algum tipo de EMI devido a faíscas.

Também tentei conectar um aquecedor de água (carga resistiva de 800 watts) da mesma maneira que o ventilador, mas nada aconteceu. Então, acho que é a carga indutiva que está causando problemas.

Qualquer solução construtiva para esse problema será muito apreciável.

Obrigado.

Você não mostrou um esquema, mas não vejo tampas óbvias de derivação ou tampas locais de reservatório de fonte de alimentação a bordo. É provável que isso e a falta de aterramento estejam causando os problemas.

Como já foi dito, você também deve deixar uma distância de isolamento adequada entre as seções CA e CC e pelo menos tentar criar um plano de aterramento.

Você tem uma placa grande com poucos componentes e grande inclinação dos pinos; portanto, o roteamento da maioria dos traços na camada superior deve ser bastante fácil. Ocasionalmente, você terá que ir para a camada inferior porque, em geral, um circuito não pode ser roteado em um único plano. No entanto, você pode manter os traços na camada inferior curtos. Considere-os como "jumpers" apenas o tempo suficiente para conectar duas trilhas na camada superior que, de outra forma, você não conseguiria conectar em um avião. A medida de um plano de terra não é quantas ilhas ele possui, mas a dimensão mais longa de qualquer ilha. Mantenha os jumpers curtos e organizados.

No entanto, você absolutamente deve colocar um limite de derivação em cada alimentação de energia para cada IC. Devem ser pequenas tampas de cerâmica fisicamente próximas ao CI, com as voltas totais o mais pequenas possível. 1 µF 0805 está quase certo. Além de serem mais baratos e com desempenho melhor do que os equivalentes, também serão mais fáceis de soldar.

Como a energia CC é proveniente de outro local e, portanto, sua impedância é suspeita, coloque uma tampa eletrolítica de tamanho decente exatamente onde a energia entra na placa. Alguns 100 µF devem fazê-lo.

Você deve respeitar seu isolamento de tensão. A maneira como você colocou (e direcionou) os resistores R16, R13 R10, R2, R31 e R4 compromete a barreira de isolamento criada por seus opto-isoladores. Abaixo, marquei seu layout existente com seu caminho de isolamento, o que é bastante ruim:

Tenha uma única zona de isolamento a mais larga possível (a largura dos seus opto-isoladores). Mantenha os circuitos de linha no lado da linha e os circuitos isolados no lado isolado. Veja a imagem abaixo para sugestões.

Plano de terra, plano de terra, plano de terra e muito poucas desculpas. Veja como você poderia ter feito muito desta placa de circuito: -

Passei cerca de 5 minutos marcando (com vermelho brilhante) faixas azuis que poderiam ser vermelhas com praticamente nenhum trabalho cerebral.

Eu descartaria e começaria novamente.

Na minha experiência, definir e redefinir linhas, chinelos e outros circuitos são muito suscetíveis a "ruídos elétricos". A melhor maneira prática de evitar o comportamento imprevisível do circuito é desacoplar as linhas de energia de cada chip, com capacitores apropriados. Além disso, ativar / ativar as linhas de entrada com um sinal de relógio reduzirá a oportunidade dos "transitórios" afetarem os circuitos.

Quando eu estava trabalhando no projeto de controle de carga baseado em DTMF, encontrei o mesmo problema com a carga CA. Sem carga CA, o circuito do microcontrolador 8051 funciona bem. Quando ligo a carga CA, todo o circuito se comporta de maneira variada quando LIGA / DESLIGA a carga CA através do circuito de relé. Mais tarde, descobri que o derramamento do solo na placa 8051 não é bom. Finalmente, troquei a antiga placa de microcontroladora 8051 pela nova placa de microcontroladora 8051 com boa fluidez. Agora está funcionando bem. Portanto, eu pensei que o seu PCB deve ter bom terreno derramar.