Desarrollo de un interruptor táctil Z-Wave en la batería con botones luminosos.

El segundo año he estado desarrollando mi exclusivo interruptor Z-Wave con botones táctiles que me satisfarán en términos de funcionalidad, diseño y costo de fabricación.

Desde el principio, el objetivo era hacer que el interruptor de 4 botones en una batería con un tamaño de 80x80 mm sea lo más delgado posible, los botones táctiles deben ser grandes e iluminados cuando se tocan, no solo un pequeño círculo como todos los demás. El resultado es un interruptor delgado y elegante que puede controlar cualquier dispositivo doméstico inteligente.

Durante el desarrollo, resolví muchas tareas en circuitos, diseño de casos y selección de materiales. Particularmente interesante es la creación del botón táctil en sí, que brilla en su totalidad, pero lo primero es lo primero.

• Funcional
• Diseño de la caja
• Diseño de PCB
• Estudios de difusores de luz.
• Selección de materiales difusores.
• Uso

Video del funcionamiento del interruptor táctil al final.

Funcional

Se requerían las siguientes capacidades de disyuntor:

• Enciende / apaga la luz
• Ajustar el brillo de la iluminación

4 botones controlan 2 grupos de iluminación. Los botones superiores, mientras se mantienen presionados, aumentan gradualmente el brillo, al presionar brevemente se enciende la luz. Los botones inferiores, mientras se mantienen presionados, disminuyen gradualmente el brillo, con una breve presión apagan la luz.

Todo

Haga que cada botón funcione en modo de conmutación, presione - encendido, presione - apagado. Esto le permitirá controlar 4 grupos de iluminación.

Diseño de la caja

Me gustó la idea con 4 botones táctiles grandes de Basalte, y decidí desarrollarla en mi dirección.


Fig. 1 - Interruptor KNX Basalte

Quería que el botón se ilumine como un todo cuando se toca, en lugar de un LED separado. Por lo tanto, el estuche es un marco estrecho con recortes para 4 botones táctiles. Se han pensado las cerraduras para fijar la cubierta posterior y los huecos para instalar imanes. La placa de fijación está pegada a la pared en una cinta adhesiva de doble cara y el interruptor ya está unido a ella mediante imanes. Es conveniente usar el interruptor como un control remoto portátil y es conveniente cargar la batería.


Fig. 2 - Carcasa del interruptor táctil

Todas las partes del cuerpo están diseñadas en Blender e impresas en una impresora 3D con plástico ABS blanco.


Fig. 3 - Desarrollo de la carcasa del interruptor táctil en Blender

Diseño de PCB

La placa de circuito está diseñada por Proteus. Esta es la segunda versión, utiliza un chip sensor TTP224 para 4 canales. La primera versión utiliza 4 piezas. TTP223 de un solo canal, no hay diferencia en la operación, pero cuando se usa TTP224 hay menos componentes de soldadura.


Fig. 4 - Diseño de la placa de circuito del interruptor táctil en Proteus

Los componentes principales en el tablero son:

1. Chip de radio Z-Wave
2. Batería Robiton 800mAh
3. Regulador de voltaje elevador / reductor de 3.3V S7V8F3
4. Carga de batería TP4056
5. Diagrama para cambiar la energía de la batería al USB
6. Botón de calibración
7. IC del botón táctil TTP224

El chip Z-Wave opera en el rango de 2.7V - 3.6V, la batería produce hasta 4.7V, por lo que utilicé el convertidor de reducción de voltaje Pololu S7V8F3 3.3V. Para cargar la batería, utilicé un chip TP4056 barato y conocido, configuré la corriente de carga a la mitad de la capacidad de la batería de 400 mA. Cuando se conecta la carga, la alimentación del dispositivo cambia a USB y la batería se carga silenciosamente, el esquema de conmutación de alimentación se implementa en un solo transistor y diodo. El botón, cuando se presiona, restablece la potencia del regulador y se reinicia todo el circuito, esto es necesario para calibrar el TTP224. En la parte frontal del tablero hay 4 botones táctiles de 40 x 40 mm y 4 LED. Producción ordenada por Seeedstudio, muy satisfecha con la calidad y el precio.


Fig. 5 - Tablero de interruptores táctiles

El componente más importante en el interruptor táctil es el controlador del botón táctil. Probé 3 controladores y cada uno resultó tener pros y contras. Resultados de la prueba para 3 controladores de botones táctiles:

TTP224

Pros: Barato, en la PCB en un lado puede haber almohadillas de sensores, en la parte posterior otros componentes, pero la sensibilidad se reduce considerablemente. Configuración de la señal de salida: alta / baja, configuración del modo de botón: encendido / encendido. 4 canales

Contras: si hay pistas en la parte posterior de la almohadilla táctil, no funciona bien a través del plexiglás de más de 3 mm y, lo que es peor, si la película está pegada al cristal, no responde a un ligero toque, solo presiona con la punta de los dedos completa, incluso con la sensibilidad máxima establecida (Cs = 1pF, rango 0-50pF, cuanto más pequeño, más sensible).


Fig. 6 - TTP224 en el tablero terminado

AT42QT1011

Pros: reacciona a un pequeño toque a través de plexiglás de 3 mm (o más), si ajusta la sensibilidad a un nivel promedio (Cs = 22nF, rango 2-50nF, cuanto más grande, más sensible). Se ajusta automáticamente al grosor del vidrio.

Contras: debajo del panel táctil, no debe haber pistas, ni potencia, ni tierra, de lo contrario, la sensibilidad disminuye. La salida es solo un nivel alto. 1 canal solamente.


Fig. 7 - Tablero de prueba AT42QT1011

MTCH105

Pros: reacciona a un ligero toque a través de plexiglás de 3 mm (o más). Anti-jamming con la ayuda del suelo alrededor y debajo de los sensores, se ajusta automáticamente al grosor del vidrio. 5 canales

Contras: reacciona durante mucho tiempo al presionar y durante mucho tiempo se da cuenta de que se soltó el dedo, aproximadamente 0,5 segundos. Si mantiene el dedo sobre la plataforma del sensor, luego de 9 segundos el LED se apaga y se realiza la calibración. Se requiere que la superficie táctil esté cubierta con tierra desde todos los lados, incluso debajo de la superficie, de lo contrario, funciona en cualquier punto de contacto de la PCB.


Fig. 8 - MTCH105 en placa de pruebas

Elegí TTP224 (4 canales), porque en una PCB, por un lado, todos los componentes se pueden colocar, y en el otro lado, almohadillas de sensores. Él sacrificó la sensibilidad, después de 3 mm, el plexiglás funciona si toca todo con la punta de un dedo, aunque esto puede interpretarse como protección contra el contacto accidental :). Si no hay pistas debajo del área del sensor, reacciona a través de plexiglás de 4 mm al menor toque.

Todo

Para fabricar un interruptor táctil con dos PCB, el primero para almohadillas táctiles, el segundo para todos los componentes. Añadir motor de vibración y refuerzo. Implemente la función de luz de fondo baja cuando se active el sensor de movimiento incorporado.

Estudios de difusores de luz.

La tarea consistía en iluminar uniformemente una plataforma de 40x40 mm, que toca el dedo. Debido a las restricciones de tamaño de la vivienda, fue posible empujar solo un LED para cada sitio.

Estudié el dispositivo de varios interruptores táctiles: Livolo, Vitrum, botón táctil HTTM. Cada uno usó su propio enfoque para dispersar uniformemente la luz.

Vitrum

Interruptor italiano Z-Wave con caro vidrio decorativo. El reflector-difusor se implementa de la siguiente manera: en un plexiglás transparente, una llanta está pintada con pintura reflectante, iluminada desde el lado con un solo LED. En el lado del LED, se aplica menos pintura, logrando así un brillo uniforme en todo el borde. Un vidrio decorativo está instalado en la parte superior.


Fig. 9 - Figura borde reflectante en plexiglás

Livolo

Presupuesto interruptor táctil chino. Hay 2 LED en el tablero: rojo y azul, los LED brillan dentro de un plástico translúcido nublado, debido a las frecuentes refracciones de la luz en el interior, se obtiene un brillo uniforme de toda la superficie, se aplica pintura reflectante a la textolita.


Fig. 10 - Toque parte del interruptor Livolo

HTTM - Modelo táctil HelTec

Módulo táctil listo con chip Noname. El reflector-difusor consta de 3 partes: textolita con una almohadilla de estaño, plexiglás para iluminación final con muchos microagujeros, una película turbia blanca.


Fig. 10 - Módulo táctil HTTM desmontado

Selección de materiales difusores.

Difusor de plexiglás esmerilado

El plexiglás transparente de 3 mm habitual se trató con papel de lija fino en ambos lados para hacerlo opaco. Tal plexiglás dispersa uniformemente la luz sobre toda la superficie. El grosor del material le permite trabajar cómodamente con cualquier chip sensor. Pero pequeños rasguños son visibles en la superficie, lo que afecta la apariencia estética.


Fig. 11 - Plexiglás helado

Difusor de plexiglás para iluminación frontal (LGP) y plexiglás de leche
Usó 2 plexiglás diferentes de 2 mm de grosor, un sándwich de dos elementos resultó ser de 4 mm. El plexiglás inferior para la iluminación final, gracias a los puntos blancos aplicados, dispersa uniformemente la luz sobre toda la superficie. El plexiglás de leche superior brinda un brillo suave y una apariencia hermosa, mientras que el brillo es notablemente menor y el peso del interruptor aumenta.


Fig. 12 - Plexiglás para iluminación final y plexiglás opal

Panel Ledison Lightbox
La compañía rusa Ledison proporcionó un panel de caja de luz que consta de 3 componentes para la prueba: un sustrato reflectante, un plexiglás especial de dispersión de luz de 3 mm (se ve transparente, pero una estructura granulada es visible en el interior), una película protectora transparente. Reemplacé la película superior con una Oracal 8500 mate y obtuve una buena dispersión. Pero cuando se trabaja con el interruptor, la película no se ve sólida, se puede rayar y es difícil pegarla sin burbujas.


Fig. 13 - Sandwich Ledison Lightbox

Después de todas las pruebas en el interruptor, utilicé un sustrato reflectante de Ledison y su plexiglás se hizo mate. Por el momento, esta es la mejor opción para mí, y se dispersa de manera uniforme, y el brillo no se reduce, y el grosor es adecuado.


Fig. 14 - Caja, tablero y difusor

Uso

Hice las primeras versiones de prueba de los interruptores hace 2 años y ya tengo experiencia en su uso, uno está instalado cerca del baño a una altura de 120 cm y es conveniente para los niños, el segundo está ubicado cerca de la cama y controla una lámpara de noche, una lámpara de araña y luz de fondo LED. Porque todos los botones están separados por una cruz; son fáciles de encontrar en la oscuridad y presionan el deseado. La retroalimentación ligera indica exactamente qué botón se presiona. En comparación con los interruptores de botón, no encontré ningún inconveniente.


Fig. 15 - Interruptor táctil de batería en acción

Noté un efecto secundario agradable, el interruptor cerca de la cama se puede usar para iluminar los gabinetes, si presiona los botones inferiores.

PS

Por el momento, el chip Z-Wave utiliza el firmware de un llavero Z-Wave.Me Key Fob de 4 botones, es conveniente que esté listo y funcione bien, es inconveniente que no todas las funciones que desee. El único problema no resuelto fue la iluminación de las esquinas en el centro, es necesario cubrirlo con película de aluminio, pero por ahora creo que es mucho mejor esculpir el papel en el interior o en plexiglás.

Además, planea cambiar a un módulo Z-Uno libremente programable para la implementación de todo el software Lista de deseos.