Entwicklung eines Touch-Z-Wave-Schalters am Akku mit Leuchttasten

Im zweiten Jahr habe ich meinen einzigartigen Z-Wave-Schalter mit Touch-Tasten entwickelt, die mich in Bezug auf Funktionalität, Design und Herstellungskosten zufrieden stellen.

Von Anfang an war es das Ziel, den 4-Tasten-Schalter eines Akkus mit einer Größe von 80 x 80 mm so dünn wie möglich zu machen. Die Touch-Tasten sollten groß sein und bei Berührung aufleuchten, nicht nur ein kleiner Kreis wie alle anderen. Das Ergebnis ist ein eleganter, schlanker Schalter, der alle Smart-Home-Geräte steuern kann.

Während der Entwicklung habe ich viele Aufgaben in den Bereichen Schaltung, Gehäusedesign und Materialauswahl gelöst. Besonders interessant ist die Erstellung des Touch-Buttons selbst, der in seiner Gesamtheit leuchtet, aber das Wichtigste zuerst.

• Funktionell
• Gehäusedesign
• PCB-Design
• Lichtdiffusor-Studien
• Auswahl der Diffusormaterialien
• Verwenden Sie

Video der Bedienung des Touchschalters am Ende.

Funktionell

Die folgenden Leistungsschalterfunktionen waren erforderlich:

• Schalten Sie das Licht ein / aus
• Passen Sie die Helligkeit der Beleuchtung an

4 Tasten steuern 2 Beleuchtungsgruppen. Wenn Sie die oberen Tasten gedrückt halten, wird die Helligkeit durch kurzes Drücken des Lichts allmählich erhöht. Wenn Sie die unteren Tasten gedrückt halten, wird die Helligkeit allmählich verringert, und durch kurzes Drücken wird das Licht ausgeschaltet.

Todo

Lassen Sie jede Taste im Schaltmodus arbeiten, drücken Sie - Ein, drücken Sie - Aus. Auf diese Weise können Sie 4 Beleuchtungsgruppen steuern.

Gehäusedesign

Die Idee mit 4 großen Touch-Buttons von Basalte hat mir gefallen und ich habe beschlossen, sie in meine Richtung zu entwickeln.


Abb. 1 - KNX-Schalter Basalte

Ich wollte, dass die Taste beim Berühren als Ganzes leuchtet und nicht als separate LED. Daher ist das Gehäuse ein schmaler Rahmen mit Ausschnitten für 4 Touch-Tasten. Schlösser zum Anbringen der hinteren Abdeckung und Aussparungen zum Anbringen von Magneten sind durchdacht. Die Befestigungsplatte wird mit einem doppelseitigen Klebeband an die Wand geklebt und der Schalter selbst bereits mit Magneten daran befestigt. Es ist praktisch, den Schalter als tragbare Fernbedienung zu verwenden und den Akku aufzuladen.


Abb. 2 - Schaltergehäuse berühren

Alle Körperteile sind in Blender entworfen und auf einem 3D-Drucker mit weißem ABS-Kunststoff gedruckt.


Abb. 3 - Entwicklung des Berührungsschaltergehäuses in Blender

PCB-Design

Die Leiterplatte wurde von Proteus entworfen. Dies ist die zweite Version, die einen TTP224-Sensorchip für 4 Kanäle verwendet. Die erste Version verwendete 4 Stück. Einkanaliger TTP223 gibt es keinen Unterschied im Betrieb, aber bei Verwendung von TTP224 gibt es weniger Lötkomponenten.


Abb. 4 - Aufbau der Leiterplatte des Berührungsschalters in Proteus

Die Hauptkomponenten auf der Platine sind:

1. Z-Wave Radio Chip
2. Batterie Robiton 800mAh
3. 3.3V Step-Up / Step-Down Spannungsregler S7V8F3
4. Akkuladung TP4056
5. Diagramm zum Umschalten der Stromversorgung von Batterie zu USB
6. Kalibrierungstaste
7. TTP224 Touch Button IC

Der Z-Wave-Chip arbeitet im Bereich von 2,7 V bis 3,6 V, der Akku erzeugt bis zu 4,7 V, daher habe ich den 3,3-V-Boost-Down-Wandler Pololu S7V8F3 verwendet. Zum Laden des Akkus habe ich einen billigen und bekannten TP4056-Chip verwendet und den Ladestrom auf die Hälfte der Akkukapazität von 400 mA eingestellt. Wenn der Ladevorgang angeschlossen ist, wird die Stromversorgung des Geräts auf USB umgeschaltet und der Akku wird leise aufgeladen. Das Stromschaltschema ist auf einem einzelnen Transistor und einer einzelnen Diode implementiert. Wenn die Taste gedrückt wird, wird die Reglerleistung zurückgesetzt und der gesamte Stromkreis neu gestartet. Dies ist für die Kalibrierung des TTP224 erforderlich. Auf der Vorderseite der Platine befinden sich 4 40 x 40 mm große Touch-Tasten und 4 LEDs. Produktion von Seeedstudio bestellt, sehr zufrieden mit der Qualität und dem Preis.


Abb. 5 - Schalttafel berühren

Die wichtigste Komponente des Touch-Schalters ist der Touch-Button-Controller. Ich habe 3 Controller getestet und jeder hat Vor- und Nachteile. Testergebnisse für 3 Touch-Button-Controller:

TTP224

Vorteile: Günstig, auf der Leiterplatte auf einer Seite befinden sich möglicherweise Sensor-Pads, auf der Rückseite andere Komponenten, aber die Empfindlichkeit ist stark reduziert. Einstellung des Ausgangssignals: hoch / niedrig, Einstellung des Tastenmodus: Einschalten / Einschalten. 4 Kanäle.

Nachteile: Wenn sich auf der Rückseite des Touchpads Spuren befinden, funktioniert es nicht gut durch Plexiglas mit mehr als 3 mm und noch schlimmer, wenn der Film auf das Glas geklebt wird, reagiert er nicht auf eine leichte Berührung, sondern drückt nur mit der gesamten Fingerspitze, selbst bei der eingestellten maximalen Empfindlichkeit (Cs = 1pF, Bereich 0-50pF, je kleiner desto empfindlicher).


Abb. 6 - TTP224 auf der fertigen Platine

AT42QT1011

Vorteile: Es reagiert auf eine kleine Berührung durch 3 mm (oder mehr) Plexiglas, wenn Sie die Empfindlichkeit auf einem durchschnittlichen Niveau einstellen (Cs = 22 nF, Bereich 2-50 nF, je empfindlicher). Passt sich automatisch an die Dicke des Glases an.

Nachteile: Unter dem Touchpad sollten sich keine Spuren, keine Stromversorgung und kein Boden befinden, da sonst die Empfindlichkeit abnimmt. Der Ausgang ist nur ein hoher Pegel. Nur 1 Kanal.


Abb. 7 - Testplatine AT42QT1011

MTCH105

Vorteile: Reagiert auf eine leichte Berührung durch 3 mm (oder mehr) Plexiglas. Das Anti-Jamming mit Hilfe des Bodens um und unter den Sensoren passt sich automatisch der Glasdicke an. 5 Kanäle.

Nachteile: Es reagiert lange Zeit auf Drücken und merkt lange Zeit, dass der Finger losgelassen wurde, etwa 0,5 Sekunden. Wenn Sie Ihren Finger auf der Sensorplattform halten, erlischt nach 9 Sekunden die LED und die Kalibrierung. Das Touchpad muss von allen Seiten, einschließlich unter dem Pad, mit Erde bedeckt sein, da es sonst an jedem Kontaktpunkt der Leiterplatte funktioniert.


Abb. 8 - MTCH105 auf Steckbrett

Ich habe mich für TTP224 (4 Kanäle) entschieden, weil auf einer Platine einerseits alle Komponenten platziert werden können und auf der anderen Seite Sensor-Pads. Er opferte die Empfindlichkeit, nach 3 mm funktioniert das Plexiglas, wenn Sie das Ganze mit einer Fingerspitze berühren, obwohl dies als Schutz vor versehentlichem Kontakt interpretiert werden kann :). Befinden sich keine Spuren unter dem Sensorbereich, reagiert dieser bei der geringsten Berührung durch 4 mm Plexiglas.

Todo

Zur Herstellung eines Touch-Schalters mit zwei Leiterplatten, der erste für Touchpads, der zweite für alle Komponenten. Vibrationsmotor und Booster hinzufügen. Implementieren Sie die Funktion für niedrige Hintergrundbeleuchtung, wenn der eingebaute Bewegungssensor ausgelöst wird.

Lichtdiffusor-Studien

Die Aufgabe bestand darin, eine 40x40mm Plattform, die den Finger berührt, gleichmäßig zu beleuchten. Aufgrund von Einschränkungen der Gehäusegröße war es möglich, nur eine LED für jeden Standort zu schieben.

Ich habe das Gerät mehrerer Touch-Schalter untersucht: Livolo, Vitrum, HTTM-Touch-Taste. Jeder verwendete seinen eigenen Ansatz, um Licht gleichmäßig zu streuen.

Vitrum

Italienischer Z-Wave Schalter mit teurem Dekorglas. Der Reflektor-Diffusor ist wie folgt implementiert: Auf einem transparenten Plexiglas ist ein Rand mit reflektierender Farbe lackiert, die von der Seite mit einer einzelnen LED beleuchtet wird. Auf der LED-Seite wird weniger Farbe aufgetragen, wodurch ein gleichmäßiges Leuchten über die Felge erzielt wird. Ein dekoratives Glas ist oben installiert.


Abb. 9 - Abbildung reflektierender Rand auf Plexiglas

Livolo

Budget chinesische Touch-Schalter. Es gibt 2 LEDs auf der Platine: rot und blau, die LEDs leuchten in einem wolkigen durchscheinenden Kunststoff, aufgrund häufiger Lichtbrechungen im Inneren wird ein gleichmäßiges Leuchten der gesamten Oberfläche erzielt, reflektierende Farbe wird auf den Textolithen aufgetragen.


Abb. 10 - Berühren Sie einen Teil des Livolo-Schalters

HTTM - HelTec Touch-Modell

Ready-Touch-Modul mit Noname-Chip. Der Reflektor-Diffusor besteht aus 3 Teilen: Textolit mit einem Zinnkissen, Plexiglas für die Endbeleuchtung mit vielen Mikrolöchern, ein weißer Trübungsfilm.


Abb. 10 - Demontiertes HTTM-Touch-Modul

Auswahl der Diffusormaterialien

Diffusor aus gefrostetem Plexiglas

Das übliche transparente 3 mm Plexiglas wurde auf beiden Seiten mit feinem Sandpapier behandelt, um es stumpf zu machen. Ein solches Plexiglas streut das Licht gleichmäßig über die gesamte Oberfläche. Die Dicke des Materials ermöglicht es Ihnen, bequem mit jedem Sensorchip zu arbeiten. Auf der Oberfläche sind jedoch kleine Kratzer sichtbar, die das ästhetische Erscheinungsbild beeinträchtigen.


Abb. 11 - Mattiertes Plexiglas

Plexiglas-Diffusor für Frontbeleuchtung (LGP) und Milchplexiglas
Verwendet 2 verschiedene Plexiglas 2 mm dick, stellte sich heraus, dass ein Sandwich aus zwei Elementen 4 mm war. Das untere Plexiglas für die Endbeleuchtung streut dank der aufgebrachten weißen Punkte das Licht gleichmäßig über die gesamte Oberfläche. Das obere Milchplexiglas verleiht einen weichen Schimmer und ein schönes Aussehen, während die Helligkeit spürbar geringer ist und das Gewicht des Schalters zunimmt.


Abb. 12 - Plexiglas für Endbeleuchtung und Opalplexiglas

Ledison Lightbox Panel
Die russische Firma Ledison stellte für den Test eine Leuchtkastenplatte zur Verfügung, die aus drei Komponenten bestand: einem reflektierenden Substrat, einem speziellen lichtstreuenden 3-mm-Plexiglas (es sieht transparent aus, aber eine körnige Struktur ist im Inneren sichtbar), einem transparenten Schutzfilm. Ich habe den oberen Film durch einen matten Oracal 8500 ersetzt und eine gute Dispersion erhalten. Bei der Arbeit mit dem Schalter sieht der Film jedoch nicht fest aus, er kann zerkratzt werden und es ist schwierig, ihn ohne Blasen zu kleben.


Abb. 13 - Ledison Lightbox Sandwich

Nach all den Tests im Schalter habe ich ein reflektierendes Substrat von Ledison verwendet und das Plexiglas matt gemacht. Im Moment ist dies die beste Option für mich und verteilt sich gleichmäßig, und die Helligkeit wird nicht verringert, und die Dicke ist geeignet.


Abb. 14 - Gehäuse, Platine und Diffusor

Verwenden Sie

Ich habe die ersten Testversionen der Schalter vor 2 Jahren hergestellt und habe bereits Erfahrung mit deren Verwendung. Eine ist in der Nähe des Badezimmers in einer Höhe von 120 cm installiert und für Kinder geeignet. Die zweite befindet sich in der Nähe des Bettes und steuert eine Nachtlampe, einen Kronleuchter und eine LED-Hintergrundbeleuchtung. Weil Alle Tasten sind durch ein Fadenkreuz getrennt, sie sind im Dunkeln leicht zu finden und drücken die gewünschte Taste. Die Lichtrückmeldung sagt genau, welche Taste gedrückt wird. Im Vergleich zu Drucktastenschaltern habe ich keine Minuspunkte gefunden.


Abb. 15 - Batterie-Touch-Schalter in Aktion

Ich bemerkte einen angenehmen Nebeneffekt, der Schalter in der Nähe des Bettes kann verwendet werden, um die Schränke zu beleuchten, wenn Sie die unteren Tasten drücken.

PS

Im Moment verwendet der Z-Wave-Chip die Firmware des 4-fach-Schlüsselanhänger Z-Wave.Me Key Fob. Es ist praktisch, dass er fertig ist und gut funktioniert. Es ist unpraktisch, dass nicht alle Funktionen vorhanden sind, die Sie möchten. Das einzige ungelöste Problem war die Beleuchtung der Ecken in der Mitte. Es ist notwendig, sie mit Folienfolie abzudecken, aber im Moment denke ich, dass es viel besser ist, die Folie auf der Innenseite des Gehäuses oder auf Plexiglas zu formen.

Außerdem ist geplant, für die Implementierung aller Software-Wunschliste auf ein frei programmierbares Z-Uno-Modul umzusteigen.