今天,再向大家介绍一款常用在智能楼宇上的电容触摸开关面板的DIY过程,这是一款标准的86面板, 包含3个电容触摸按键。因为采用了电容触摸感应方式,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, 面板上3个按键对应3个漂亮的LED光环,夜间起床也不至于摸不到开关,按下开关时光环的亮度会发生变化。由于通讯的485接口采用了光电隔离 方案,具有通讯距离长,速率高,抗干扰的优良特性。 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。该面板可同其他支持Modbus的设备组网,构建智能家居系统。
图1 三键电容触摸开关实物图
该面板由两块PCB组成,一块主板和一块按键板。主板可以支持最多6键键盘,只需要更换不同按键板, 就可实现1~6键开关功能。
图2为该触摸开关的主板原理图,包括以下几部分。
RF:这是一个2.4G无线收发模块,暂时不焊接。今后另有妙用。
MCU:其核心部件是一片STM32F103C8T6,是整个系统的控制中心。
RS485:Modbus通讯的物理接口,采用了光电隔离,相比非隔离的485接口具有诸多优势。
POWER:电源部分,9~24V的输入电源先经X1509-5.0转换成稳定的5V主电源。B0505S-1W输出另一路5V的隔离电源供给RS485的隔离端使用。 线性稳压器X6206-3.3将5V转换成稳定的3.3V供MCU系统使用。
图2 六键电容触摸开关主板原理图
图3为该触摸开关的按键板原理图。这部分电路的原理已在 《DIY Modbus智能家居调光开关》一文中介绍。 键盘板和主板通过一个2x8PIN的连接器相连。
图3 三键电容触摸开关按键板原理图
表1 电容触摸开关主板元件清单
器件 | 封装 | 规格 | 数量 |
---|---|---|---|
电容 | 0805 | 22pF 50V COG 5% | 2 |
电容 | 0805 | 100nF 50V Y5V 20% | 6 |
电解电容 | SYF8 | 330uF/35V 10*10mm | 1 |
电容 | 0805 | 1uF 50V X7R 10% | 1 |
电解电容 | SYC6 | 220uF 10V 高5.6mm | 3 |
电阻 | 0805 | 200ohm 5% | 2 |
电阻 | 0805 | 330ohm 5% | 1 |
电阻 | 0805 | 2K 5% | 1 |
电阻 | 0805 | 3.6K 5% | 2 |
电阻 | 0805 | 5.1K 5% | 2 |
电阻 | 0805 | 10K 5% | 1 |
电感 | L_1210 | 1uH | 1 |
电感 | NL70 | 150uH | 1 |
二极管 | DO-214AC | 1N4007 | 1 |
TVS | DO-214AA | SMBJ28A | 1 |
TVS | DO-214AA | SMBJ6.5CA | 1 |
二极管 | DO-214AC | SR240 | 1 |
IC | SOP-8 | MAX485EESA | 1 |
IC | SOT-23 | XC6206P332MR | 1 |
IC | SOP-8 | XL1509-3.3 | 1 |
IC | LQFP48 | STM32F103C8T6 | 1 |
光耦 | SO6 | TLP2309 | 3 |
晶振 | 5032 | 8M | 1 |
模块 | NF03 | NF03 2.4G无线数据 | 1 |
模块 | SIP4 | B0505S-1W | 1 |
PPTC | TVR08D | 250V/80mA | 1 |
PPTC | TVR08D | MZ8 15R | 1 |
表2 三键按键板元件清单
器件 | 封装 | 规格 | 数量 |
---|---|---|---|
电容 | 0805 | 100nF 50V Y5V 20% | 3 |
电阻 | 0805 | 200ohm 5% | 3 |
电阻 | 0805 | 2K 5% | 3 |
电阻 | 0805 | 10K 5% | 3 |
电阻 | 0805 | 1M 5% | 6 |
二极管 | DO-S1 | 1N4148 (SMT 玻璃) | 6 |
三极管 | SOT-23 | S08050 25V/0.5A | 3 |
发光二极管 | 00805D | 白发蓝 | 3 |
图4为该触摸开关主板PCB图,尺寸为52x58mm。信号走线主要集中在红层,蓝层保持比较完整的地平面,可提高EMC性能。 蓝层右下方为隔离地,蓝层左上方有一块区域没铺地,此处针对着2.4G模块的天线区域,不能铺地。
图4 六键电容触摸开关主板PCB图
图5为按键板PCB图,尺寸也为52x58mm。3个感应焊盘应尽量远离其他信号线,铺地将旁路感应信号, 因此板上没有铺地。在同主板堆叠组装时,也应该同主板保持一定距离,以免主板铺地对信号的影响,本制作中感应盘同主板 铺地层之间相距约5mm。
图5 三键电容触摸开关按键板PCB图
图6、图7是焊接好的PCB实物,两板通过一个16芯连接器连接。键盘板上贴了导光片。
图6 六键电容触摸开关主板PCB图
图7 三键电容触摸开关按键板PCB图
接通设备电源(9~24V均可),面板上的3个LED光环点亮发光,此时不是很亮,当用手指碰触圆环处时,光环明显增强。
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3 三键电容触摸开关Modbus点表
保持寄存器 | 地址 | 类型 | 说明 |
---|---|---|---|
40001 | 0 | word | 解锁开关,写入非0解锁后允许写40002~40003。10秒后自动锁定(回0) |
40002 | 1 | word | Modbus地址,缺省置254是永久有效的,实际应用可另配一个地址。 |
40003 | 2 | word | 波特率,0:600,1:1200,2:2400,3:4800:4:9600(缺省),5:19200,6:38400,7:57600,8:115200 |
40004 | 3 | word | 开关1状态,1按下,0释放 |
40005 | 4 | word | 开关2状态。 |
40006 | 5 | word | 开关3状态。 |