Accumulator-shop.ru

Аккумулятор Шоп
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:

Читайте так же:
Розетка под кабель телевизора

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).


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.

Читайте так же:
Подсветка полок без проводов


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.


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.

Читайте так же:
Сечение кабеля по току 12 вольт постоянка калькулятор


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.

Начнем с истоков

Чтобы разобраться в вопросе применения такого сенсорного аппарата, необходимо понять, что он из себя представляет. Внешне сенсорный выключатель, предназначенный для светодиодной ленты, имеет вид кристаллической панели. На эту панель нанесена соответствующая разметка. Разновидности бытовых моделей применяются для подключения к сети в 220 вольт. Схема подключения изделия будет приведена ниже.
Сенсорный тип выключателя может различаться по:

Схема для сенсорного выключателя

Вариант исполнения сенсорного выключателя

  • форме;
  • цвету;
  • фактуре поверхности.

Сегодня подобного рода изделии используются для следующих целей:

  • подключение светодиодной ленты. Такой подход отлично себя зарекомендовал на кухне при использовании светодиодной ленты для подсветки рабочей поверхности. А подключение к ней выключателя сенсорного типа значительно упрощает работу в помещении в вечернее и ночное время;

Обратите внимание! Современные технологии, которые позволяют автоматизировать или упростить включение света относятся к системе «умный дом». Сюда же относится и сенсорный выключатель.

Устройство управления

Пульт для светодиодной ленты

  • подключение бра;
  • управление разными уровнями подсветки многоуровневых потолков. Здесь опять же речь идет о светодиодной подсветке, организованной с помощью ленты (одно- или многоцветной). Для удобства такого управления можно использовать пульт;
  • управление основной системой освещения в доме или квартире. Здесь тоже можно использовать сенсорный пульт.

В какой бы ситуации не применялся выключатель (для светодиодной ленты или другого типа освещения) нужно помнить, что схема подключения бывает различной. Для ленты, в силу ряда обстоятельств, используется одна схема, а для других источников света подходит другая схема.

Обратите внимание! Схема подключения, если использовать пульт для управления степенью освещенности, будет так же немного отличаться.

Сенсорный выключатель можно как купить в специализированном магазине, так и сделать своими руками. При этом стоит отметить, что своими руками его можно довольно легко установить. Монтаж может проводиться на кухне или в любом другом помещении. Но на кухне вам для этого понадобится алюминиевый профиль.

Читайте так же:
Как снять подсветку с выключателями

Разновидности

Существует две основных разновидности выключателей для мебельной подсветки:

  • механические;
  • электронные.

Механические

Чтобы включить или выключить свет, потребуется механическое воздействие. Это классический способ замыкания и размыкания цепи, который знаком большинству ещё с детства. В категорию механических конструкций входят устройства следующих видов:

  • поворотные (обычно используются в случае оформления помещения в ретро стиле);
  • кнопочные (стали использоваться не так давно, поэтому требуется время, чтобы к ним привыкнуть, хотя они гораздо удобнее большинства вариантов);
  • клавишные (самый простой и привычный вариант);
  • верёвочные (необычная разновидность механизма, однако ряд производителей включает подобные устройства в линейки своей продукции).

Приоритетность любого из этих вариантов зависит только от личных пожеланий будущего пользователя.

Веревочный выключатель Веревочный Клавишный выключатель Клавишный Кнопочный выключатель Кнопочный Поворотный выключатель Поворотный

Бесконтактные (электронные)

Этот врезной выключатель для подсветки мебели управляется посредством:

  • радиосигнала (обеспечивается дистанционное управление освещением);
  • инфракрасного излучения (позволяет оставлять свет включённым ровно до тех пор, пока человек не покидает зону его чувствительности);
  • специального сенсора (благодаря наличию чувствительного элемента устройство срабатывает при приближении или удалении объекта).

Бесконтактные выключатели отличаются тем, что они функционирую благодаря специальному полупроводниковому устройству. Они характеризуются гораздо большей безопасностью, долговечностью и надёжностью, чем механические устройства, что заметно повышает их стоимость.

Принцип действия разных сенсорных выключателей может отличаться, что позволяет разделить их на три основных типа:

  • емкостные — для использования устройств такого вида не требуется обязательное нажатие на клавишную кнопку. Достаточно просто поднести руку к поверхности, под которой расположен сенсор (обычно это лицевая сторона устройства). После совершения данного действия произойдёт включение или выключение света. Однако при использовании некоторых моделей требуется именно коснуться той поверхности, за которой расположен вмонтированный в мебель из дерева, камня, пластика или хрома сенсорный элемент. Использовать такие устройства можно только внутри помещения;
  • оптические — могут одинаково хорошо функционировать в обычном (датчики освещённости) и инфракрасном спектре. Сенсоры устройства воспринимают тепловое излучение и в зависимости от его силы регулируют работу устройства. Чтобы излучение улавливалось более эффективно, вокруг чувствительного элемента устанавливается специальная собирающая пластиковая линза. Если в шкафу размещён инфракрасный датчик, то он будет реагировать на тепло руки на расстоянии в 2-3 см, а датчик освещённости отзывается на открытие и закрытие дверцы шкафа (то есть на количество поступающего извне света);
  • высокочастотные — сюда относятся датчики активного типа и сенсоры объёма. Эти устройства посылают сигнал определённой частоты, а после оценивают изменения в поступившем обратно отражённом сигнале.

Выключатели последнего типа отличатся мгновенной реакцией почти на любое движение.

Читайте так же:
Абб выключатели с подсветкой

Выключатель врезной сенсорный

Концевой выключатель на дверь

Сенсорные выключатели, по сравнению с классическими устройствами, имеют массу достоинств:

  • могут работать с любыми источниками света и электроприборами;
  • позволяют экономить электроэнергию;
  • отличаются надежностью и длительным сроком эксплуатации;
  • выполняют множество функций;
  • устройства легко монтировать;
  • работают практически бесшумно;
  • безопасны для человека;
  • сенсор срабатывает даже в том случае, когда к нему прикасаются мокрыми руками.

В одном устройстве можно оборудовать несколько коммутационных систем.

4. Поворотные

75607315fa5fc74fa226b56b2f7e9aa5.jpg

Лет 50 – 60 назад поворотные выключатели ещё активно использовались при строительстве домов, но в последнее время их используют только в дизайн-проектах «под старину» или в создании интерьеров в стиле кантри, лофт, прованс. Как правило, выпускаются только для наружной установки, используются вместе с открытой проводкой. Переключаются поворотом рычага на 90°.

Как подключить сенсорный выключатель к светодиодной ленте. Виды переключателей с чувствительным элементом

LED подсветка отличается от остальных ламп низкой потребляемой мощностью (до 24 V), поэтому ряды диодов соединены с сетью через блок питания. Выбор последнего должен осуществляться с запасом мощности 15–20%. Переключатель находится между ними.

Ленты с одинарными одноцветными кристаллами обходятся обычной кнопкой. В комплекте с цветными LED рядами используются RBG контроллеры. Сенсорный выключатель для светодиодной ленты не предполагает механического усилия для замыкания цепи и имеет ряд преимуществ:

Достоинства и недостатки современных систем управления освещением

Все эти электроприборы имеют большой потенциал при использовании их в частном строительстве. Основным сдерживающим фактором является их дороговизна. Также консервативность мышления существенно сдерживает их применение.

Однако часто можно встретить использование электроприборов с управлением ИК лучей или выключатели света с емкостным управлением. Такими устройствами комплектуются лестничные клетки многоквартирных домов, что позволяет экономить потребление электроэнергии.

Будь то дистанционный выключатель света с пультом управления или емкостной выключатель света, их объединяет отсутствие механического устройства коммутации силовых цепей. Этим обеспечивается высокая надежность системы. Возможность коммутации сразу нескольких источников освещения.

При использовании сенсорного выключателя для светодиодной лампы возможность регулирования светового потока. Но и у этих выключателей имеются недостатки. Кроме высокой цены можно отметить недостаточный уровень квалификации электриков, которые монтируют системы.

Часто при использовании дистанционного выключателя с пультом, пульт управления имеет тенденцию теряться.

Есть еще один существенный недостаток — это возможность управления только в зоне действия датчиков. Исключение составляют системы с радиоуправлением или работающие с протоколом WI-FI.

Необходимо отметить, что при бурном развитии элементной базы через несколько лет такие системы будут доступны по цене. А стоимость их сравняется с традиционными коммутационными электроприборами.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector