Unitas.ru

Сантехника водопровод
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Разработка сенсорного Z-Wave выключателя на аккумуляторе со светящимися кнопками

Разработка сенсорного Z-Wave выключателя на аккумуляторе со светящимися кнопками

Второй год я разрабатываю свой уникальный Z-Wave выключатель с сенсорными кнопками, который удовлетворит меня по функционалу, дизайну и стоимости изготовления.

С самого начала была цель сделать 4-х кнопочный выключатель на аккумуляторе размера 80х80 мм максимально тонким, сенсорные кнопки должны быть большие и при касании светиться целиком, а не только небольшой кружочек, как у всех. В итоге получился стильный тонкий выключатель, способный управлять любыми устройствами умного дома.

Во время разработки я решал множество задач по схемотехнике, дизайну корпуса и выбору материалов. Особенно интересным является создание самой сенсорной кнопки, которая светится целиком, но обо всем по порядку.

  • Функционал
  • Дизайн корпуса
  • Разработка печатной платы
  • Изучение рассеивателей света
  • Подбор материалов рассеивателя
  • Использование

Функционал

Требовались следующие возможности выключателя:

  • Включать/выключать свет
  • Регулировать яркость освещения

Сделать, чтобы каждая кнопка работала в режиме переключения, нажал — вкл, нажал — выкл. Это позволит управлять 4-мя группами освещения.

Дизайн корпуса

Мне понравилась идея с 4-мя большими сенсорными кнопками компании Basalte, и я решил развить её в своем направлении.


Рис. 1 — KNX выключатель Basalte

Я хотел, чтобы при касании кнопка светилась сама целиком, а не отдельный светодиод. Поэтому корпус представляет из себя узкую рамку с вырезами для 4-х сенсорных кнопок. Продуманы замочки для крепления задней крышки и углубления для установки магнитов. Крепежная пластинка приклеивается к стене на двухстороннюю клейкую ленту и к ней уже крепится сам выключатель с помощью магнитов. Удобно использовать выключатель как переносной пульт и удобно заряжать аккумулятор.


Рис. 2 — Корпус сенсорного выключателя

Все детали корпуса разработаны в Blender и распечатаны на 3D принтере белым ABS пластиком.


Рис. 3 — Разработка корпуса сенсорного выключателя в Blender

Разработка печатной платы

Печатная плата разработана в Proteus. Это вторая версия, в ней используется одна сенсорная микросхема TTP224 на 4 канала. В первой версии использовалось 4 шт. одноканальных TTP223, разницы в работе никакой, но при использовании TTP224 меньше компонентов паять.


Рис. 4 — Разработка печатной платы сенсорного выключателя в Proteus

Главными компонентами на плате являются:

  1. Z-Wave радио чип
  2. Аккумулятор Robiton 800мАч
  3. 3.3V Step-Up/Step-Down Voltage Regulator S7V8F3
  4. Микросхема заряда аккумулятора TP4056
  5. Схема переключения питания с аккумулятора на USB
  6. Кнопка калибровки
  7. Микросхема сенсорных кнопок TTP224


Рис. 5 — Плата сенсорного выключателя

Самым главным компонентом в сенсорном выключателе является контроллер сенсорной кнопки. Я провел тестирование 3-х контроллеров и у каждого оказались, как плюсы, так и минусы. Результаты тестирования 3-х контроллеров сенсорных кнопок:

Плюсы: Дешевый, на текстолите с одной стороны могут быть площадки сенсоров, на обратной стороне другие компоненты, но при этом сильно снижается чувствительность. Настройка выходного сигнала: высокий/низкий уровень, настройка режима кнопки: переключение/включение. 4 канала.

Минусы: Если с обратной стороны сенсорной площадки находятся дорожки, то плохо работает сквозь оргстекло более 3 мм и еще хуже если на стекло наклеена пленка, не реагирует на небольшое касание, только нажатие всей подушечкой пальца, даже с настроенной максимальной чувствительностью (Cs = 1pF, диапазон 0-50pF, чем меньше, тем чувствительнее).

Читайте так же:
Техническое обслуживание розеток выключателей


Рис. 6 — TTP224 на готовой плате

Плюсы: Реагирует на небольшое касания сквозь 3 мм (и больше) оргстекло, если настроить чувствительность на среднем уровне (Cs = 22nF, диапазон 2-50nF, чем больше, тем чувствительнее). Автоматически подстраивается под толщину стекла.

Минусы: Под сенсорной площадкой не должно быть никаких дорожек, ни питания, ни земли, иначе снижается чувствительность. Выход только высокий уровень. 1 канал только.


Рис. 7 — Тестовая плата AT42QT1011

Плюсы: Реагирует на небольшое касания сквозь 3 мм (и больше) оргстекло. Защита от помех с помощью земли вокруг и под площадкой сенсоров, автоматически подстраивается под толщину стекла. 5 каналов.

Минусы: Долго реагирует на нажатие и долго понимает, что палец отпустили, порядка 0.5 секунд. Если удерживать палец на площадке сенсора, то через 9 секунд выключается светодиод, происходит калибровка. Сенсорную площадку требуется закрывать землей со всех сторон, в том числе и под площадкой, иначе срабатывает в любой точке касания текстолита.


Рис. 8 — MTCH105 на макетной плате

Выбрал TTP224 (4 канала), потому что на одном текстолите с одной стороны можно разместить все компоненты, а на другой стороне — площадки сенсоров. Пожертвовал чувствительностью, через 3 мм оргстекло срабатывает если коснуться целиком подушечкой пальца, хотя это можно трактовать, как защита от случайного касания :). Если под площадкой сенсора нет дорожек, то реагирует сквозь 4 мм оргстекло при малейшем касании.

Изготовить сенсорный выключатель с двумя текстолитами, первый — для сенсорных площадок, второй — для всех компонентов. Добавить вибромотор и бузер. Реализовать функцию слабой подсветки при срабатывании встроенного датчика движения.

Изучение рассеивателей света

Стояла задача — равномерно засветить площадку размером 40х40мм, которой касается палец. Из-за ограничений размера корпуса, получилось впихнуть только по одному светодиоду для каждой площадки.

Я изучил устройство нескольких сенсорных выключателей: Livolo, Vitrum, HTTM touch button. В каждом использовался свой подход к равномерному рассеиванию света.

Итальянский Z-Wave выключатель с дорогим декоративным стеклом. Отражатель-рассеиватель реализован следующим образом: на прозрачном оргстекле нарисован обод светоотражающей краской, сбоку подсвеченный одним светодиодом. Со стороны светодиода краски меньше нанесено, тем самым достигается равномерное свечение по всему ободу. Сверху устанавливается декоративное стекло.


Рис. 9 — Рисунок светоотражающего обода на оргстекле

Бюджетный китайский сенсорный выключатель. На плате располагается 2 светодиода: красный и синий, светодиоды светят внутрь замутненного полупрозрачного пластика, из-за частых преломлений света внутри получается равномерное свечение всей поверхности, на текстолит нанесена светоотражающая краска.


Рис. 10 — Сенсорная часть выключателя Livolo

HTTM — HelTec Touch Model

Готовый сенсорный модуль с Noname микросхемой. Отражатель-рассеиватель состоит из 3-х частей: текстолит с луженой площадкой, оргстекло для торцевой подсветки с множеством микроямок, белая мутная пленка.

Читайте так же:
Проходной выключатель для открытой проводки шнайдер


Рис. 10 — Разобранный сенсорный модуль HTTM

Подбор материалов рассеивателя

Рассеиватель из матового оргстекла

Обычное прозрачное 3 мм оргстекло обработал мелкой шкуркой с двух сторон для придания матовости. Такое оргстекло равномерно рассеивает свет по всей поверхности. Толщина материала позволяет комфортно работать с любой сенсорной микросхемой. Но на поверхности видны мелкие царапины, что влияет на эстетический вид.


Рис. 11 — Матированное оргстекло

Рассеиватель из оргстекла для торцевой подсветки (LGP) и молочного оргстекла
Использовал 2 разных оргстекла толщиной по 2 мм, бутерброд из двух элементов получился 4 мм. Нижнее оргстекло для торцевой подсветки, благодаря нанесенным белым точкам, равномерно рассеивает свет по всей поверхности. Верхнее молочное оргстекло дает мягкое свечение и красивый вид, при этом яркость заметно ниже и увеличивается вес выключателя.


Рис. 12 — Оргстекло для торцевой подсветки и опаловое оргстекло

Панель лайтбокса от компании Ledison
Российская компания Ledison предоставила на тест панель от лайтбокса состоящую из 3-х компонентов: светоотражающая подложка, специальное светорассеивающее 3 мм оргстекло (на вид прозрачное, но внутри видна зернистая структура), прозрачная защитная пленка. Верхнюю пленку я заменил на матовую Oracal 8500 и получилось хорошее рассеивание. Но при работе с выключателем пленка выглядит не солидно, может поцарапаться и её трудно приклеить без пузырьков.


Рис. 13 — Бутерброд для лайтбокса от Ledison

После всех тестов в выключателе применил светоотражающую подложку от Ledison, а их оргстекло сделал матовым. На данный момент это лучший вариант для меня, и равномерно рассеивает, и яркость не снижена, и толщина подходящая.


Рис. 14 — Корпус, плата и рассеиватель

Использование

Первые тестовые версии выключателей я изготовил 2 года назад и имею уже опыт их использования, один установлен около санузла на высоте 120 см и удобен для детей, второй располагается около кровати и управляет ночником, люстрой и LED подсветкой. Т.к. все кнопки разделены перекрестием их легко нащупать в темноте и нажать нужную. Световой фидбэк точно говорит какая кнопка нажата. По сравнению с кнопочными выключателями минусов не обнаружил.


Рис. 15 — Сенсорный выключатель на аккумуляторе в деле

Заметил приятный побочный эффект, выключатель около кровати можно использовать для подсветки тумбы, если нажать на нижние кнопки.

На данный момент в Z-Wave чипе используется прошивка от 4-x кнопочного брелока Z-Wave.Me Key Fob, удобно, что она уже есть готовая и хорошо работающая, неудобно, что не все функции есть, которые хочется. Единственным нерешенным вопросом осталась засветка уголков в центре, нужно закрывать фольгированной пленкой, но пока думаю куда лучше лепить фольгу, на корпус внутри или на оргстекло.

Далее в планах перейти на свободно программируемый Z-Uno Module для реализации всех программных хотелок.

Сенсорный выключатель своими руками

24.03.2015 | Покупка, Своими руками, Электро | 1 | Автор: Кирилл

Меня заинтересовал светодиодный светильник, выполненный в виде металлической пластины, которая к тому же сенсорная, и при нажатие на которую можно включать, выключить или регулировать яркость. Если регулировка яркости еще спорный вопрос, особенно в светильнике мощностью 3-7 Вт + дополнительное касание, то включение и выключение, в компактном решении без кнопок смотрится как минимум современно.

Читайте так же:
Подключение выключателей легранд с трех точек

В интернете есть множество схем того или иного исполнения, по большей степени собирающихся на коленке, но если рассматривать реальный сенсорный выключатель своими руками, малых размеров, то это готовое решение на микросхеме.

Сенсорный выключатель

На китайских интернет площадках есть в продаже SJT5101 , мне удалось найти SJT5101 datasheet:
Фото SJT5101
Схема включения дана в datasheet, но мне удалось найти вменяемую и понятую не только нашим узкоглазым друзьям:
Схема включения SJT5101
SJT5101 недорогой одноканальный датчик с емкостным сенсорном, предназначенный для одностороннего сенсорного переключений нагрузки электронных приборов в одно касание. SJT5101 имеет форм фактор SOT-23-6, низкое энергопотребление ( 1,5. 3 мкА потребление SJT5101) и простой схемой включения.

Для регулировки чувствительности и стабильности необходимо подобрать конденсатор (см. конденсатор на схеме CS), хорошая стабильность работы при изменении: температуры и влажности без влияния на чувствительность на окружающую среду и стабильности работы схемы в целом. Напряжение питания доступно в диапазоне напряжений 2.5 . 5 Вольт постоянного тока, ток в режиме ожидания составляет всего 3.6 мкА (потребление схемы).

Регулируемый сенсорный выключатель

Продолжаем искать достойный сенсорный выключатель своими руками, но теперь с возможностью диммирования (регулирования мощности на нагрузке).

SJT0804 — datasheet, здесь добавилась регулировка мощности на PWM ( ШИМ — широтно-импульсная модуляция ), и возможность подключения ИК приемника, для удаленного управления. Технические характеристики:

  • Напряжение питания: 3,3-5,5 Вольт
  • Ток потребления в режиме покоя: 120 мкА
  • Рабочий ток потребления: 1 мА

Схему выкладывать не буду, так как datasheet имеет неплохое описание.

Простой сенсорный выключатель

TTP223 схема включения

TTP223 — пожалуй лучшее решение, ничего лишнего. Судите сами:
Простая схема, похожа на первую:

Технические характеристики:
Напряжение питания: 2-5,5 Вольт
Ток потребления: 1,5 . 3 мкА
Быстрый режим: 3,5 . 7 мкА
Легче купить .
Вывод TOG для включения быстрого режима включения, отключает экономный режим потребления.
Вывод AHLB инвертирует вывод с 0 на 1 или наоборот при нормальном срабатывании.

Область применения

Классические выключатели, к которым мы все привыкли, постепенно остаются в прошлом. Они неудобны в применении, их сложно подключать и монтировать, они обладают небольшими ресурсами.

У беспроводных аналогов в этом плане пальма первенства. Это и стильный внешний вид, и лёгкость и простота в установке.

Они прекрасно подойду вам, если:

  1. Необходимо перенести старый выключатель, но мешает мебель. Новое устройство крепится в любом месте и на любую поверхность. Будь то стена, комод или зеркало.
  2. При ошибке электрика, выполнившего работу не качественно. Не стоит переделывать проводку, легче установить беспроводной выключатель.
  3. При маленьком метраже комнаты очень часто нет свободного доступа к выключателю. Иногда он находится, например, за шкафом. Беспроводной выключатель крепится куда угодно, устанавливается без прокладки кабеля, не нуждается в маскировке. А радио выключатель вы можете установить на столе, на шкафу или комоде.
  4. В домах, сделанных из дерева очень велик риск возникновения пожара из-за неисправной проводки. А с установкой беспроводного выключателя, процесс по работе со скрытой проводкой становится проще и экономичней.
  5. Управлять светом возможно из нескольких разных мест. Производители предлагают выключатели с пультом для управления освещением на расстоянии.
  6. Если необходимо установить ещё один или несколько выключателей. Например, после ремонта вас не устраивает расположение выключателя. Решить проблему поможет беспроводной выключатель с пультом ДУ.
  7. Когда возникла необходимость выключить свет на расстоянии. Например, вы вышли из квартиры, даже уже на улицу, и вспомнили, что не погасили свет в доме. Придётся возвращаться. А установив радио выключатель, вы легко сделаете это даже с улицы, ведь его диапазон достигает 350 метров. Но это зависит от выбранной вами модели. Управляется это изобретение при помощи пульта. Для удобства он сделан в виде небольшого брелока.
  8. Эстетика помещения. Если вам не хочется портить свои новые обои сверлением и ковырянием, беспроводной выключатель удачная альтернатива привычным конструкциям.
Читайте так же:
Один пульт три выключателя

Сфера применения

Первоначально данный вид коммутаторов планировалось использовать для включения / выключения освещения, но конструкция оказалась настолько удачной, что сфера ее применения существенно расширилась. Сегодня большинство современных бытовых приборов имеют сенсорное управление, в качестве примера можно привести кухонные печи, вытяжки, микроволновки и т.д.

image

Выясняем входные данные. Черновую проводку исполнял неизвестный иногородний ноунейм и сейчас не берёт трубку. Проекта так в глаза и не увидели, есть только инструкция к выключателю на английском и небольшое пояснение на русском. Приехали в первый день, что-то потыкались, попрозванивали, но ни капли жизни в китайскую технику так и не вдохнули. На следующий день бригадир доверяет эту задачу мне и сажает разбираться. Начинаю расследование.

Итак, что я знаю о проходных выключателях и чем они отличаются от обычных? Если обычный выключатель расцепляет фазный провод, то проходной даёт току как бы два пути на выбор. Поэтому к нему идут три провода: фазный и два обратно в скрутку, на другой переключатель. Ко второму приходят два этих провода и фазный, который уходит на светильник. Главное, что я усвоил из этого знания: выключатели цепляются последовательно. Окей, рисуем под это дело технологичную монтажную карту кабелей, основанную на физическом расположении частей в пространстве:

image

Квадрат по центру – коробка со скрутками. Согласно ранее проведённым исследованиям на Ютьюбе о монтаже скруток, пробуем понять как они собраны в распределительной коробке. И молимся, чтобы предыдущий электрик сделал всё правильно.

Получилась вот такая картина:

image

Что это всё значит? Подключение выполнено кабелем ВВГ 3х1,5 стандартных цветов: сине-белый (с), белый (б) и жёлто-зелёный (з). Номера кабелей согласно нашей высокоточной карты. Итак, первая струтка: ноль, который пошёл напрямую от распределительного щита на светильник. Вторая – земля, которая так же идёт на светильник. Третья и четвёртая – те самые два варианта прохождения тока между переключателями. Скрутки без номера это участки щит-переключатель и переключатель-светильник. Если всё правильно, то мультиметр это покажет, когда вернёмся на объект. Теперь изучим схему из инструкции.

Читайте так же:
Нет фазы с выключателями

Вот она, опять же из интернета:

image

Разъёмы справа налево:

Com – соединение для сопряжение

L1, L2 – потребители

Земля (в него даже болт не был вставлен, так что без неё)

Что нам пытается сказать эта схема? А то, что если ты хочешь управлять светом из разных частей комнаты, то цепляй-ка ты нас, братан, параллельно. А ещё один проводок кинь, чтобы мыВ общались друг с другом. Сопрягались, что называется.

Интересно, давай пофантазируем какими должны быть скрутки в коробке в таком случае и сможем ли мы объегорить схему существующую.

image

Итак, что у нас тут. Ноль и земля идут сразу на светильник, три фазных провода скручиваются в единое целое, жёлто-зелёный провод до переключателя используем как фазный и кидаем на светильник (2б-3з), синий используем для соединения переключателей (com). В таком случае у нас получилась бы корректная схема, прям как производитель завещал. Но так как вскрывать новенькие стены, искать коробку и восстанавливать заводскую корректность было бы решением, мягко говоря, непрофессиональным, пришлось импровизировать.

Сопоставив скрутки и пораскинув мозгами решение пришло: использовать жёлто-зелёный провод как фазный и технологично вкрутить его в пару к белому фазному на фазном переключателе.

Что ж, приезжаем на объект, прозваниваем провода и, да, предыдущий электрик всё сделал правильно. Воплощаем задумку, сопряжаем переключатели и проблема решена.

С этими выключателями был ещё один момент: некоторые светильники беспорядочно мигали. Оказалось, что это были модели выключателей с функцией дистанционного управления и проблема устраняется сопряжением с пультом.

Прошу прощения за непростительную вырвиглазность высокотехнологичных схем расположения. Фоткал на тапок при плохом свете и докручивал в редакторе вк.

Эта история приоткрыла для меня мир ремонта. Я в очередной раз узрел, как далеки друг от друга проектировщики и исполнители. Даже в стильном и классном доме.

Как устанавливать

Схемы подключения

Подключение сенсорных моделей выключателей происходит следующим образом:

Обратите внимание! Монтаж устройства в целом аналогичен установке стандартного кнопочного выключателя;

  • отключаем электричество;
  • демонтируем старый выключатель;
  • снимаем верхнюю часть диммера;
  • подключаем провода «фаза» и «ноль» по схеме к соответствующим клеммам;
  • устанавливаем диммер в монтажную коробку и фиксируем его здесь с помощью винтов и распорок.

Как видим, выбрать и установить сенсорный выключатель несложно. С такой работой без должного опыта можно справиться минут за десять. В результате вы модернизируете собственное жилище, добавив несколько пунктов к домашнему комфорту и уюту.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector