调光开关面板DIY图解

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）

VC12稳定时，I充=I放，又因为R11 = R10，故 VC12=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

器件封装规格数量

电解电容SYF81000uF 10V1

电容080522pF 50V COG 5%2

电容0805100nF 50V Y5V 20%9

电解电容SYF8330uF/35V 10*10mm1

电容08051uF 50V X7R 10%1

电阻0805330ohm 5%24

电阻08055.1K 5%2

电阻080510K 5%1

电阻08051M 5%6

电感L_12101uH1

电感NL70150uH1

二极管DO-S11N4148 （SMT 玻璃）6

TVSDO-214AASMBJ28A1

TVSDO-214AASMBJ6.5CA1

ICSOP-8SP34851

二极管DO-214ACSR2401

TVSDO-214AASMBJ6.5A（KK）2

二极管DO-S11N40071

发光二极管0805D白发蓝24

ICSOP-8XL1509-3.31

ICLQFP48STM32F103C8T61

PPTC1206100mA2

PPTC1812500mA1

接插件XH4-LKF15EDG3.81x4 卧式1

晶振50328M1

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

保持寄存器地址类型说明

400010word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）

400021wordModbus地址，缺省置254是永久有效的，实际应用可另配一个地址。

400032word波特率，0:600，1:1200，2:2400，3:4800:4：9600（缺省），5:19200，6:38400，7:57600，8:115200

400043word开关1状态，高半字节：开关状态（1/0），低半字节：开度百分比（0~100）

400054word开关2状态。

400065word开关3状态。
       责任编辑：wv