簡介

今天，向大家介紹一款常用在智能樓宇上的調(diào)光開關(guān)面板的DIY過程，這是一款三位一體的面板， 其大小相當于3個普通家用86面板，包含3個調(diào)光開關(guān)。開關(guān)采用電容觸摸感應(yīng)方式，沒有機械部分，便于清洗，沒有強電，十分安全。 按（觸摸）一下開，按一下關(guān)，按住不放可實現(xiàn)調(diào)光，每個開關(guān)有8個LED指示開關(guān)狀態(tài)。開燈時8個LED作為亮度指示條，關(guān)燈時LED處在“呼吸”態(tài)， 很有科技感，夜間起床也不至于摸不到開關(guān)。 但這種開關(guān)面板不能用作一般家里常用的墻面開關(guān)，它其實是智能家居的一個組件， 需要采用專門的智能家居布線方案。如果你正在裝修新房子，考慮采用智能家居方案，不妨自己動手來DIY一款屬于自己的開關(guān)面板。 這款面板采用施耐德電氣公司的Modbus標準協(xié)議，支持Modbus協(xié)議的產(chǎn)品有很多。該面板可同這些設(shè)備組網(wǎng)，構(gòu)建智能家居系統(tǒng)。

圖1 智能調(diào)光開關(guān)PCB實物

原理

圖2為該智能調(diào)光開關(guān)的原理圖，其核心部件是型號為STM32F103C8T6的MCU，24個LED燈直接由MCU驅(qū)動。 一片SP3485提供RS485接口，通過Modbus（RCU）協(xié)議連接網(wǎng)絡(luò)。右下方的D7~D12、R6~R11構(gòu)成三路電容觸摸感應(yīng)電路。X1509將輸入的6~30V電源 轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需要的3.3V。

圖2 智能調(diào)光開關(guān)原理圖

電容感應(yīng)開關(guān)原理

圖3為該智能調(diào)光開關(guān)的一路電容感應(yīng)電路的原理圖。400Khz信號由MCU產(chǎn)生，信號正半周電平是VCC，負半周電平是 0V，不考慮觸摸按鈕和二級管正向壓降影響。在信號正半周時，電流通過R10、D9對C12充電，充電電流：

I充 = （VCC - VC12）/R10 （1）

信號負半周時C12通過R11、D12放電，放電電流：

I放 = VC12/R11 （2）

VC12穩(wěn)定時，I充=I放，又因為R11 = R10，故 VC12=VCC/2

如果手指靠近觸摸按鈕，相當于增加了一個旁路電容C‘。在400Khz信號的負半周，C’上的電荷通過D12泄放，C‘上的 電壓歸0，在400Khz信號的正半周，原先對C12充電的一部分電流通過C’旁路，這將導(dǎo)致C12上的電壓下降。這個電壓被送到MCU的ADC 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，就能檢出“觸摸”操作。

圖3 電容感應(yīng)開關(guān)原理圖

元件清單

表1 智能調(diào)光面板元件清單

器件封裝規(guī)格數(shù)量

電解電容SYF81000uF 10V1

電容080522pF 50V COG 5%2

電容0805100nF 50V Y5V 20%9

電解電容SYF8330uF/35V 10*10mm1

電容08051uF 50V X7R 10%1

電阻0805330ohm 5%24

電阻08055.1K 5%2

電阻080510K 5%1

電阻08051M 5%6

電感L_12101uH1

電感NL70150uH1

二極管DO-S11N4148 （SMT 玻璃）6

TVSDO-214AASMBJ28A1

TVSDO-214AASMBJ6.5CA1

ICSOP-8SP34851

二極管DO-214ACSR2401

TVSDO-214AASMBJ6.5A（KK）2

二極管DO-S11N40071

發(fā)光二極管0805D白發(fā)藍24

ICSOP-8XL1509-3.31

ICLQFP48STM32F103C8T61

PPTC1206100mA2

PPTC1812500mA1

接插件XH4-LKF15EDG3.81x4 臥式1

晶振50328M1

PCB布局

圖4為該智能調(diào)光開關(guān)PCB圖，尺寸為86x258mm。紅層器件全部集中在中央?yún)^(qū)域，這樣，只需要一個預(yù)埋的86盒就 可安裝。左右兩邊的兩個感應(yīng)片引線比較長，注意走線同地層的距離不要過近，否則，相當于已有一個寄生的旁路電容，影響觸摸靈敏度。 也不要過遠，否則，導(dǎo)線相當于一個天線，易受空間電磁干擾。

圖4 智能調(diào)光開PCB圖

程序燒錄

首先，下載程序鏡像存盤備用。

然后，你需要一個Jlink下載器（某寶上有賣）。將Jlink一端通過4芯排線連接到目標板上，另一端通過USB線連接電腦主機。

圖5 JJlink下載器

最后，我們需要使用J-Flash Lite工具軟件?？梢詮墓倬W(wǎng)下載完整的J-Link工具包。 安裝過程不表。打開J-Flash Lite，在設(shè)備選項中選擇我們的目標芯片型號（STM32F103C8），接口選擇SWD/4000Khz。Data File中選擇剛才我們下載解壓的鏡像文件i-panel.sres， 點擊“Program divice”完成編程下載。

圖5 J-Flash Lite器件選擇

調(diào)試

接通設(shè)備電源（6~30V均可），面板開關(guān)應(yīng)處于“關(guān)”態(tài)，此時每路8個LED燈應(yīng)處在“呼吸”模式，即漸亮→漸暗→漸亮交替 進行，節(jié)奏類似人的呼吸。用手指靠近中心的金屬感應(yīng)圓盤（不必接觸），然后馬上離開，面板反轉(zhuǎn)成“開”態(tài)，此時每路8個LED燈全部點亮， 表示調(diào)光到100%。當手指再次靠近感應(yīng)圓盤時，面板再次反轉(zhuǎn)成“關(guān)”態(tài)。如果，手指放在感應(yīng)圓盤附近不離開，則進入調(diào)光模式，LED燈點亮的 個數(shù)在1到8之間來回變化，對應(yīng)調(diào)光亮度在0%~100%之間變化，此時拿開手指，亮度就定在某一值（例如亮5個LED）。以后再切換“開關(guān)”狀態(tài)，“開” 態(tài)的亮度就定在這個值上。

Modbus

該智能開關(guān)面板實際僅僅是一個輸入設(shè)備，真正執(zhí)行“調(diào)光開關(guān)”功能的是其他Modbus設(shè)備（如Modbus數(shù)字量開關(guān)）。 只要本智能開關(guān)面板符合Modbus協(xié)議，就可同這些設(shè)備實現(xiàn)組網(wǎng)。為了驗證本設(shè)備的Modbus功能，可以借助“Modbus Poll”小軟件。本設(shè)備的Modbus 寄存器表如下。

如果忘記通訊參數(shù)?？蓪?Pin調(diào)試信號的CLK和GND短接后上電，就可以以默認參數(shù)啟動設(shè)備。

表2 智能調(diào)光面板Modbus點表

保持寄存器地址類型說明

400010word解鎖開關(guān)，寫入非0解鎖后允許寫40002~40003。10秒后自動鎖定（回0）

400021wordModbus地址，缺省置254是永久有效的，實際應(yīng)用可另配一個地址。

400032word波特率，0:600，1:1200，2:2400，3:4800:4：9600（缺省），5:19200，6:38400，7:57600，8:115200

400043word開關(guān)1狀態(tài)，高半字節(jié)：開關(guān)狀態(tài)（1/0），低半字節(jié)：開度百分比（0~100）

400054word開關(guān)2狀態(tài)。

400065word開關(guān)3狀態(tài)。
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