Již druhým rokem vyvíjím svůj unikátní Z-Wave spínač s dotykovými tlačítky, který mě uspokojí z hlediska funkčnosti, designu i výrobních nákladů.
Od samého začátku bylo cílem udělat 4tlačítkový vypínač na baterii 80×80 mm co nejtenčí, dotyková tlačítka by měla být velká a při dotyku svítit celá a ne jen malý kroužek, jako všichni ostatní. Výsledkem je stylový tenký vypínač, který dokáže ovládat jakékoli zařízení chytré domácnosti.
Během vývoje jsem řešil mnoho problémů v obvodech, návrhu pouzdra a výběru materiálu. Zvláště zajímavé je vytvoření samotného dotykového tlačítka, které svítí celé, ale nejprve.
- Funkčnost
- Design pouzdra
- Návrh PCB
- Studium difuzorů světla
- Výběr materiálů difuzoru
- Použití
Funkčnost
Byly požadovány následující možnosti přepínače:
- Zapnout/vypnout světlo
- Upravte jas osvětlení
Nechte každé tlačítko fungovat v přepínacím režimu, stiskněte – on, stiskněte – off. To vám umožní spravovat 4 skupiny osvětlení.
Design pouzdra
Myšlenka 4 velkých dotykových tlačítek od Basalte se mi líbila a rozhodl jsem se ji vyvinout vlastním směrem.
Rýže. 1 – KNX spínač Basalte
Chtěl jsem, aby tlačítko při dotyku svítilo jako celek, spíše než samostatná LED. Pouzdro je tedy úzký rám s výřezy pro 4 dotyková tlačítka. Zámky pro připevnění zadního krytu a vybrání pro instalaci magnetů jsou promyšlené. Montážní deska je přilepena na stěnu oboustrannou lepicí páskou a samotný vypínač je k ní již připevněn pomocí magnetů. Vypínač je vhodné používat jako přenosný dálkový ovladač a je vhodné nabíjet baterii.
Rýže. 2 – Kryt dotykového spínače
Všechny části těla jsou navrženy v Blenderu a 3D vytištěny bílým ABS plastem.
Rýže. 3 – Vývoj krytu dotykového spínače v Blenderu
Návrh PCB
PCB je navrženo společností Proteus. Toto je druhá verze, používá jeden snímací čip TTP224 pro 4 kanály. První verze používala 4 ks. jednokanálový TTP223 není rozdíl v ovládání, ale při použití TTP224 je méně součástek k pájení.
Rýže. 4 – Vývoj desky plošných spojů dotykového spínače v Proteus
Hlavní komponenty na desce jsou:
- Rádiový čip Z-Wave
- Baterie Robiton 800mAh
- 3.3V regulátor napětí S7V8F3
- TP4056 IC pro nabíjení baterie
- Schéma přepínání napájení z baterie na USB
- Kalibrační tlačítko
- IC dotykového tlačítka TTP224
Rýže. 5 – Deska dotykového spínače
Nejdůležitější součástí dotykového spínače je ovladač dotykového tlačítka. Testoval jsem 3 ovladače a ukázalo se, že každý má své plusy i mínusy. Výsledky testů 3 ovladačů s dotykovými tlačítky:
výhody: Levný, na textolitu na jedné straně mohou být senzorové podložky, na zadní straně jsou další komponenty, ale citlivost je značně snížena. Nastavení výstupního signálu: vysoká/nízká úroveň, nastavení režimu tlačítek: přepínání/zapnuto. 4 kanály.
nevýhody: Pokud jsou stopy na zadní straně touchpadu, pak to nefunguje dobře přes plexi více než 3 mm a ještě hůř, pokud je na skle nalepená fólie, nereaguje na malý dotyk, pouze přitlačí celou konečkem prstu i při nastavené maximální citlivosti (Cs = 1pF, rozsah 0 -50pF, čím menší, tím citlivější).
Rýže. 6 – TTP224 na hotové desce
výhody: Reaguje na malé dotyky přes 3mm (a více) plexi, pokud nastavíte citlivost na průměrnou úroveň (Cs = 22nF, rozsah 2-50nF, čím více, tím citlivější). Automaticky se přizpůsobí tloušťce skla.
nevýhody: Pod touchpadem by neměly být žádné stopy, žádné napájení, žádné uzemnění, jinak se sníží citlivost. Výstup je pouze vysoký. pouze 1 kanál.
Rýže. 7 – Testovací deska AT42QT1011
výhody: Reaguje na malé dotyky přes 3 mm (a více) plexi. Ochrana proti rušení se zemí kolem a pod senzorovou podložkou, automaticky se přizpůsobí tloušťce skla. 5 kanálů.
nevýhody: Trvá dlouho, než zareaguje na stisk a dlouho pochopí, že byl prst uvolněn, asi 0.5 sekundy. Pokud podržíte prst na podložce senzoru, po 9 sekundách LED zhasne a dojde ke kalibraci. Dotyková podložka musí být pokryta zeminou ze všech stran, včetně pod podložkou, jinak funguje na jakémkoli místě dotyku textolitu.
Rýže. 8 – MTCH105 na prkénku
Vybral jsem si TTP224 (4 kanály), protože na jednu PCB můžete umístit všechny komponenty na jednu stranu a na druhou stranu – senzorové podložky. Obětoval jsem citlivost, po 3mm plexi funguje, když se ho celý dotknete špičkou prstu, i když to lze interpretovat jako ochranu před náhodným dotykem :). Pokud pod senzorovou podložkou nejsou žádné stopy, reaguje na sebemenší dotyk přes 4mm plexi.
Vyrobte dotykový spínač se dvěma textolity, první je pro touchpady, druhý je pro všechny komponenty. Přidejte vibrační motor a posilovač. Implementujte funkci slabého osvětlení při spuštění vestavěného snímače pohybu.
Studium difuzorů světla
Úkolem bylo rovnoměrně osvětlit plochu o velikosti 40x40mm, které se prst dotýká. Kvůli omezení velikosti balení bylo možné nacpat pouze jednu LED pro každou podložku.
Prostudoval jsem zařízení několika dotykových spínačů: Livolo, Vitrum, dotykové tlačítko HTTM. Každá používala jiný přístup k rovnoměrnému rozptylu světla.
Italský Z-Wave spínač s drahým dekorativním sklem. Reflektor-difuzor je realizován následovně: na průhledném plexiskle s reflexní barvou je nalakován lem, z boku osvětlen jednou LED. Na straně LED je naneseno méně barvy, čímž je dosaženo jednotného lesku po celém ráfku. Nahoře je instalováno dekorativní sklo.
Rýže. 9 – Kresba reflexního lemu na plexi
Cenově dostupný čínský dotykový spínač. Na desce jsou 2 LED: červená a modrá, LED svítí uvnitř zakaleného průsvitného plastu, díky častým lomům světla uvnitř se získá rovnoměrná záře celého povrchu, na textolit je nanesena reflexní barva.
Rýže. 10 – Dotkněte se části spínače Livolo
HTTM – HelTec Touch Model
Ready senzorový modul s čipem Noname. Reflektor-difuzor se skládá ze 3 částí: textolit s pocínovanou plochou, plexisklo pro koncové osvětlení s mnoha mikropity, bílá zakalená fólie.
Rýže. 10 – Demontovaný modul snímače HTTM
Výběr materiálů difuzoru
Difuzor z matného plexiskla
Obvyklé průhledné 3mm plexi bylo z obou stran ošetřeno jemným brusným papírem, aby bylo matné. Takové plexi rovnoměrně rozptyluje světlo po celé ploše. Tloušťka materiálu umožňuje pohodlnou práci s jakýmkoli dotykovým čipem. Ale na povrchu jsou viditelné malé škrábance, což ovlivňuje estetický vzhled.
Rýže. 11 – Matné plexi
Plexisklový difuzor pro okrajové osvětlení (LGP) a mléčné plexi
Použil jsem 2 různé plexi o tloušťce 2 mm, sendvič dvou prvků se ukázal být 4 mm. Spodní plexi pro koncové osvětlení díky naneseným bílým bodům rovnoměrně rozptyluje světlo po celé ploše. Horní mléčné plexi dodává jemný lesk a krásný vzhled, přičemž jas je znatelně nižší a hmotnost spínače se zvyšuje.
Rýže. 12 – Plexisklo pro koncové osvětlení a opálové plexi
Panel Lightbox od Ledison
Ruská společnost Ledison poskytla k testování panel z lightboxu skládající se ze 3 komponent: reflexní substrát, speciální světlo rozptylující 3mm plexi (vypadá průhledně, ale uvnitř je vidět zrnitá struktura), průhledná ochranná fólie. Vyměnil jsem vrchní fólii za matnou Oracal 8500 a dostal jsem dobrou disperzi. Při práci s vypínačem ale fólie nevypadá pevně, může se poškrábat a je těžké ji nalepit bez bublin.
Rýže. 13 – Lightbox Sandwich od Ledison
Po všech testech ve spínači jsem aplikoval reflexní substrát od Ledison a udělal jejich plexi matné. To je pro mě momentálně nejlepší varianta a rovnoměrně se to rozptyluje a jas se nesnižuje a tloušťka je vhodná.
Rýže. 14 – Pouzdro, deska a difuzor
Použití
První testovací verze vypínačů jsem vyrobil před 2 lety a již mám zkušenosti s jejich používáním, jeden je instalován blízko koupelny ve výšce 120 cm a je vhodný pro děti, druhý je umístěn blízko postele a ovládá noční světlo , lustr a LED osvětlení. Protože všechna tlačítka jsou oddělena zaměřovacím křížem, lze je snadno najít ve tmě a stisknout požadované. Světelná zpětná vazba vám přesně řekne, které tlačítko bylo stisknuto. Oproti tlačítkovým spínačům jsem nenašel žádné mínus.
Rýže. 15 – Dotykový spínač na baterii v akci
Všiml jsem si příjemného vedlejšího efektu, vypínač u postele lze použít k osvětlení nočního stolku, pokud stisknete spodní tlačítka.
V současné době používá čip Z-Wave firmware ze 4tlačítkové klíčenky Z-Wave.Me Key Fob, je pohodlné, že je již připraven a funguje dobře, je nepohodlné, že tam nejsou všechny funkce, které chcete. Jediným nevyřešeným problémem bylo prosvětlení rohů ve středu, je nutné to překrýt fólií, ale zatím si myslím, že je mnohem lepší vyřezávat fólii, na těle uvnitř nebo na plexi.
Další plány jsou přechod na volně programovatelný modul Z-Uno pro implementaci veškerého softwarového Wishlistu.
Dnes si povíme něco o dotykovém ovládání. Řeknu vám, jak si doma můžete vyrobit dotykové tlačítko a senzor přiblížení velmi slušné kvality.
Mohu s jistotou říci, že tento materiál zvládne naprosto každý. Vysvětlím co nejsrozumitelněji a nejpodrobněji, aby to pochopil i začátečník.
Sám v této věci nejsem žádný profesionál, ale elektronice mě baví už dlouho.
Jako základ bereme kapacitní regulátor od Atmel AT42QT takové řady jako 1010 1011 a 1012.
Ve svých projektech ho používám už docela dlouho, takže mám hodně co říct.
Řadič je relativně malý 6pinový čip umístěný v pouzdře SOT23-6.
Nyní vám řeknu, jak je to připojeno a jak to funguje.
Napájení je dodáváno od 1.8 do 5.5 voltu, ale dle mého pozorování se chová maximálně stabilně v rozsahu od 3 do 3.5 voltu.
Na 5. pin VDD je přivedeno plus napájení a na 2. pin VSS společné, které je také mínus.
Dále je kondenzátor od 2 do 50 nanofarad připojen jednou nohou ke 3. kolíku SNSK a druhou ke čtvrtému SNS. Používejte přednostně nepolární kondenzátory.
Dotyková podložka je připojena ke kolíku 3 SNSK přes odpor 10-15 kΩ.
Kapacita kondenzátoru a plocha touchpadu přímo ovlivňují vzdálenost, na kterou bude senzor pracovat, když se přiblížíte, řekněme, k vašemu prstu.
Čím menší je kapacita kondenzátoru – čím kratší vzdálenost, tím větší kapacita – tím větší vzdálenost bude spuštěna.
Stejně tak se senzorem. Čím menší plocha, tím menší vzdálenost, čím větší plocha, tím větší vzdálenost.
Právě tyto dva indikátory určují, v jakém režimu bude ovladač pracovat – v tlačítkovém režimu nebo v režimu senzoru přiblížení.
Rezistor je potřebný k ochraně před vnějším rušením, jako je statické napětí na vašem těle a další.
Pro minimalizaci veškerého rušení lze dotykovou podložku připojit k zápornému zdroji napájení přes kondenzátor od 2 do 50 pikofaradů. Toto řešení je ale vhodnější pro tlačítka než pro proximity senzory, protože. snižuje snímací vzdálenost.
Abyste pochopili podstatu věcí, řeknu vám, jak funguje kapacitní snímač. Nechci vás uvádět v omyl, proto upozorňuji, že tyto informace jsou převzaty ze sítě, z anglicky psaných stránek věnovaných kapacitním senzorům.
Podle informací tento ovladač využívá technologii přenosu náboje Qtouch. Kondenzátor Cs se za provozu periodicky nabíjí a následně vybíjí (přenáší svůj náboj) na další kondenzátor – měřicí. Regulátor snímá dobu nabíjení měřícího kondenzátoru na určitou hodnotu napětí. Tento proces je cyklický a neustále se opakuje. Při prvním připojení napájení k regulátoru je kalibrován – nastavení referenční doby pro nabíjení kondenzátoru trvá asi 0,5 sekundy. V budoucnu se doba cyklu každého nabíjení/vybíjení porovnává s referenční dobou.
Všechny objekty, včetně nás, mají elektrickou kapacitu. Když se senzoru dotknete nebo se k němu přiblíží nějaký předmět, změní se kapacita a následně se změní i doba nabíjení kondenzátoru. Když je dosaženo určitého rozdílu mezi referenčním časem a skutečným časem, regulátor určí přítomnost objektu v blízkosti senzoru a vydá příkaz k provozu. V tomto případě se na výstupu 1 OUT objeví logická jednotka, tedy kladné napětí. Pokud propojíme mezi záporný kontakt, který je také společný a kontakt OUT např. LED, tak při aktivaci čidla bude svítit.
A proč potřebujeme kontaktní číslo 6 SYNC / MODE, ptáte se?
Tento kontakt si mnozí nevšimnou, ale je velmi důležitý pro správnou funkci snímače. Pokud jej necháte bez připojení kamkoli, regulátor bude pracovat v ekonomickém režimu, dotazování (měření doby nabíjení a vybíjení kondenzátoru) proběhne 1x za 80 milisekund. A pokud na něj přivedete napětí (vložíte propojku mezi 5 a 6 kontaktů), pak k dotazování dojde 1krát za 1 milisekundu, podle informací z datového listu (technická dokumentace). To zvyšuje jeho spotřebu, ale zároveň senzor pracuje mnohonásobně stabilněji. Pro srovnání, pokud v ekonomickém režimu stisknete tlačítko 100x za sebou velmi často, pak 7-15 stisknutí nebude rozpoznáno. Osobně jsem to zkontroloval a řeknu, že je to takový indikátor.
Pokud to ale přepnete do Fast režimu, tak v mém případě bylo rozpoznáno všech 100 ze 100 kliknutí.
Lze usuzovat, že pokud se senzor používá k rychlému stisku např. tlačítka, tak by měl být použit v režimu Fast a pokud senzor slouží např. ke zjištění naplnění nádoby vodou, tzn. voda bude pomalu stoupat k senzoru, můžete jej nechat v ekonomickém režimu.
Také jsem si všiml, že s rostoucím napájecím napětím se zvětšuje dosah snímače. Takže například při napájení 3 volty senzor přiblížení zaregistroval spoušť ve vzdálenosti 4 cm a při napájení 5 V ve vzdálenosti asi 6 cm. Ale při napájení 5 volty se objevily falešné poplachy a nestabilita bylo pozorováno.
Mimochodem, snímač je zcela nenáročný na napájení. Doporučuje se dát na vstup kondenzátor 100 uF, ale já se bez něj poslední dobou obejdu.
Další velmi důležitou vlastností je, že takový senzor nefunguje přes kovové předměty a uzemněné polygony v blízkosti senzoru způsobují pokles jeho rozsahu odezvy.
Řady 1010 a 1011 jsou co nejpodobnější běžnému tlačítku na příkladu s LED, stisknuto – LED svítí, uvolněno – zhasne.
Jediný rozdíl mezi řadami 1010 a 1011 je v tom, že 1010 má automatickou rekalibraci referenční hodnoty. Pokud tedy budete držet senzor ve stavu, kdy se senzoru dotknete, tak se senzor po určité době překalibruje a váš prst bude rozpoznán jako součást senzoru a operace nenastane. Ale také v reálném čase probíhá zpětná kalibrace na všech řadách regulátoru. Pokud po výše popsaném prstu na chvíli sejmete, ovladač se překalibruje na snížení kapacity a váš prst bude znovu rozpoznán. V ekonomickém režimu dochází k rekalibraci po 60 sekundách a v režimu Fast záleží na kondenzátoru Sc a něčem dalším pro mě neznámým a pohybuje se od 15 do 30 sekund s kapacitou 4,7 nanofaradů.
A řada 1012 funguje jako vypínač, stisknete ho – je aktivní, stisknete znovu – je neaktivní.
Mimochodem, optimální pro dotykové tlačítko mi přišel následující poměr: Jako kondenzátor jsem použil keramické SMD o velikosti 1206 x 4,7 nanofaradů, odpor 15 kOhm, dotykovou plošku o průměru 9 milimetrů, připojenou na mínus napájení přes 2pikofaradový kondenzátor
Bylo také zjištěno, že s kapacitou nad 20 nanofaradů se ovladač zasekl v aktivní poloze, i když sundáte prst ze snímače. Nešlo to nijak napravit.
– Odolnost proti rušení ze sítě 50 Hz
– Široká škála aplikací
– Přesně pro začátečníky
– Snadná montáž na PCB
– Drahé, jeden ovladač stojí kolem 50 rublů. Pokud bude zařízení používat mnoho senzorů, doporučil bych vám podívat se na jiné modely, například AT42QT1040
– Navzdory zdánlivě malé velikosti může být pro některé projekty příliš velká.
– Nedostatek hmatových kliknutí, ale ani se tím nezatěžujte
Čínský ovladač TTP223 je na internetu velmi oblíbený, také jsem ho používal a mohu říci, že je to nebe a země. Uvažovaný čip mnohonásobně převyšuje svého čínského přítele ve všech ohledech, a zejména AT42QT101 * nemá prakticky žádné falešné pozitivy se správným výběrem napájení a ochrany proti rušení a také ukázal 100% rozpoznání v režimu Fast, který se skládá z 400 různé stisknutí senzoru. Experiment byl proveden při natáčení zpomaleného videa s následným sledováním a analýzou.
Fotografie letního projektu, 6 dálkových dotykových tlačítek. Polygony nebyly použity. SMD 1206
Děkuji všem za pozornost a vždy ve všem dodržujte BEZPEČNOST! Hodně štěstí a úspěchů!)
