简介

    今天，向大家介绍一款常用在智能楼宇上的调光开关面板的DIY过程，这是一款三位一体的面板， 其大小相当于3个普通家用86面板，包含3个调光开关。开关采用电容触摸感应方式，没有机械部分，便于清洗，没有强电，十分安全。 按(触摸)一下开，按一下关，按住不放可实现调光，每个开关有8个LED指示开关状态。开灯时8个LED作为亮度指示条，关灯时LED处在“呼吸”态， 很有科技感，夜间起床也不至于摸不到开关。 但这种开关面板不能用作一般家里常用的墙面开关，它其实是智能家居的一个组件， 需要采用专门的智能家居布线方案。如果你正在装修新房子，考虑采用智能家居方案，不妨自己动手来DIY一款属于自己的开关面板。 这款面板采用施耐德电气公司的Modbus标准协议，支持Modbus协议的产品有很多。该面板可同这些设备组网，构建智能家居系统。

图1  智能调光开关PCB实物

原理

    图2为该智能调光开关的原理图，其核心部件是型号为STM32F103C8T6的MCU，24个LED灯直接由MCU驱动。 一片SP3485提供RS485接口，通过Modbus(RCU)协议连接网络。右下方的D7~D12、R6~R11构成三路电容触摸感应电路。X1509将输入的6~30V电源 转换成系统所需要的3.3V。

图2  智能调光开关原理图

电容感应开关原理

    图3为该智能调光开关的一路电容感应电路的原理图。400Khz信号由MCU产生，信号正半周电平是VCC，负半周电平是 0V,不考虑触摸按钮和二级管正向压降影响。在信号正半周时，电流通过R₁₀、D₉对C₁₂充电，充电电流：

I充 = (VCC - VC12)/R10   (1)

    信号负半周时C₁₂通过R₁₁、D₁₂放电,放电电流：

I放 = VC12/R11   (2)

    V_C12稳定时，I_充=I_放，又因为R₁₁ = R₁₀，故 V_C12=VCC/2

    如果手指靠近触摸按钮，相当于增加了一个旁路电容C'。在400Khz信号的负半周，C'上的电荷通过D12泄放，C'上的 电压归0，在400Khz信号的正半周，原先对C12充电的一部分电流通过C'旁路，这将导致C₁₂上的电压下降。这个电压被送到MCU的ADC 转换成数字信号，就能检出“触摸”操作。

图3  电容感应开关原理图

元件清单

表1  智能调光面板元件清单

PCB布局

    图4为该智能调光开关PCB图，尺寸为86x258mm。红层器件全部集中在中央区域，这样，只需要一个预埋的86盒就 可安装。左右两边的两个感应片引线比较长，注意走线同地层的距离不要过近，否则，相当于已有一个寄生的旁路电容，影响触摸灵敏度。 也不要过远，否则，导线相当于一个天线，易受空间电磁干扰。

图4  智能调光开PCB图

程序烧录

    首先，下载程序镜像存盘备用。

    然后，你需要一个Jlink下载器(某宝上有卖)。将Jlink一端通过4芯排线连接到目标板上，另一端通过USB线连接电脑主机。

图5  JJlink下载器

    最后，我们需要使用J-Flash Lite工具软件。可以从官网下载完整的J-Link工具包。 安装过程不表。打开J-Flash Lite，在设备选项中选择我们的目标芯片型号(STM32F103C8),接口选择SWD/4000Khz。Data File中选择刚才我们下载解压的镜像文件i-panel.sres, 点击“Program divice”完成编程下载。

图5  J-Flash Lite器件选择

调试

    接通设备电源(6~30V均可)，面板开关应处于“关”态，此时每路8个LED灯应处在“呼吸”模式，即渐亮→渐暗→渐亮交替 进行，节奏类似人的呼吸。用手指靠近中心的金属感应圆盘(不必接触)，然后马上离开，面板反转成“开”态，此时每路8个LED灯全部点亮， 表示调光到100%。当手指再次靠近感应圆盘时，面板再次反转成“关”态。如果，手指放在感应圆盘附近不离开，则进入调光模式，LED灯点亮的 个数在1到8之间来回变化，对应调光亮度在0%~100%之间变化，此时拿开手指，亮度就定在某一值(例如亮5个LED)。以后再切换“开关”状态，“开” 态的亮度就定在这个值上。

Modbus

    该智能开关面板实际仅仅是一个输入设备，真正执行“调光开关”功能的是其他Modbus设备(如Modbus数字量开关)。 只要本智能开关面板符合Modbus协议，就可同这些设备实现组网。为了验证本设备的Modbus功能，可以借助“Modbus Poll”小软件。本设备的Modbus 寄存器表如下。

    如果忘记通讯参数。可将4Pin调试信号的CLK和GND短接后上电，就可以以默认参数启动设备。

表2  智能调光面板Modbus点表