Développement d'un interrupteur tactile Z-Wave sur la batterie avec boutons lumineux

La deuxième année, j'ai développé mon interrupteur Z-Wave unique avec des boutons tactiles qui me satisfera en termes de fonctionnalité, de conception et de coût de fabrication.

Dès le début, l'objectif était de rendre l'interrupteur à 4 boutons sur une batterie d'une taille de 80x80 mm aussi mince que possible, les boutons tactiles devraient être grands et s'allumer lorsqu'ils sont touchés, pas seulement un petit cercle comme tout le monde. Le résultat est un interrupteur mince élégant qui peut contrôler n'importe quel appareil domestique intelligent.

Pendant le développement, j'ai résolu de nombreuses tâches dans les circuits, la conception de boîtiers et la sélection de matériaux. Particulièrement intéressante est la création du bouton tactile lui-même, qui brille dans son intégralité, mais tout d'abord.

• Fonctionnel
• Conception de cas
• Conception de PCB
• Etudes de diffuseur de lumière
• Sélection des matériaux de diffusion
• Utiliser

Vidéo du fonctionnement de l'interrupteur tactile à la fin.

Fonctionnel

Les capacités de disjoncteur suivantes étaient requises:

• Allumer / éteindre la lumière
• Réglez la luminosité de l'éclairage

4 boutons contrôlent 2 groupes d'éclairage. Les boutons supérieurs, tout en maintenant, augmentent progressivement la luminosité, en appuyant brièvement sur la lumière. Les boutons inférieurs, tout en maintenant, diminuent progressivement la luminosité, en appuyant brièvement sur pour éteindre la lumière.

Todo

Faites fonctionner chaque bouton en mode de commutation, appuyez sur - on, appuyez - off. Cela vous permettra de contrôler 4 groupes d'éclairage.

Conception de cas

J'ai aimé l'idée avec 4 gros boutons tactiles de Basalte, et j'ai décidé de la développer dans ma direction.


Fig. 1 - Interrupteur KNX Basalte

Je voulais que le bouton soit illuminé dans son ensemble au toucher, plutôt qu'une LED séparée. Par conséquent, le boîtier est un cadre étroit avec des découpes pour 4 boutons tactiles. Des verrous pour la fixation du capot arrière et des évidements pour l'installation d'aimants sont pensés. La plaque de fixation est collée au mur sur un ruban adhésif double face et l'interrupteur lui-même est déjà attaché à l'aide d'aimants. Il est pratique d'utiliser l'interrupteur comme télécommande portable et de recharger la batterie.


Fig. 2 - Boîtier de l'interrupteur tactile

Toutes les parties du corps sont conçues dans Blender et imprimées sur une imprimante 3D avec du plastique ABS blanc.


Fig. 3 - Développement du boîtier de l'interrupteur tactile dans Blender

Conception de PCB

Le circuit imprimé est conçu par Proteus. Il s'agit de la deuxième version, il utilise une puce de capteur TTP224 pour 4 canaux. La première version utilisait 4 pièces. TTP223 monocanal, il n'y a pas de différence de fonctionnement, mais lors de l'utilisation du TTP224, il y a moins de composants de soudure.


Fig. 4 - Conception du circuit imprimé de l'interrupteur tactile dans Proteus

Les principaux composants de la carte sont:

1. Puce radio Z-Wave
2. Batterie Robiton 800mAh
3. Régulateur de tension élévateur / abaisseur 3,3 V S7V8F3
4. Charge de la batterie TP4056
5. Schéma de commutation de l'alimentation de la batterie vers l'USB
6. Bouton d'étalonnage
7. IC à bouton tactile TTP224

La puce Z-Wave fonctionne dans la plage 2,7V - 3,6V, la batterie produit jusqu'à 4,7V, j'ai donc utilisé le convertisseur boost-down Pololu S7V8F3 3,3V. Pour charger la batterie, j'ai utilisé une puce TP4056 bon marché et bien connue, j'ai réglé le courant de charge à la moitié de la capacité de la batterie de 400mA. Lorsque la charge est connectée, l'alimentation de l'appareil bascule sur USB et la batterie se charge silencieusement, le schéma de commutation d'alimentation est mis en œuvre sur un seul transistor et une diode. Le bouton, lorsqu'il est enfoncé, réinitialise la puissance du régulateur et tout le circuit redémarre, cela est nécessaire pour calibrer le TTP224. Sur le devant de la carte se trouvent 4 boutons tactiles pad 40 x 40 mm et 4 LED. Production commandée par Seeedstudio, très satisfaite de la qualité et du prix.


Fig. 5 - Carte interrupteur tactile

Le composant le plus important de l'interrupteur tactile est le contrôleur de bouton tactile. J'ai testé 3 contrôleurs et chacun s'est avéré avoir des avantages et des inconvénients. Résultats des tests pour 3 contrôleurs à bouton tactile:

TTP224

Avantages: bon marché, sur le PCB d'un côté, il peut y avoir des coussinets de capteur, à l'arrière d'autres composants, mais la sensibilité est considérablement réduite. Réglage du signal de sortie: haut / bas, réglage du mode bouton: mise sous / hors tension. 4 canaux.

Inconvénients: s'il y a des traces à l'arrière du pavé tactile, cela ne fonctionne pas bien à travers le plexiglas de plus de 3 mm et pire encore si le film est collé sur la vitre, il ne répond pas à un léger toucher, en appuyant uniquement du bout du doigt, même avec la sensibilité maximale définie (Cs = 1pF, gamme 0-50pF, le plus petit le plus sensible).


Fig. 6 - TTP224 sur la carte finie

AT42QT1011

Avantages: Il réagit à un petit toucher à travers du plexiglas de 3 mm (ou plus), si vous ajustez la sensibilité à un niveau moyen (Cs = 22nF, plage 2-50nF, plus il est grand, plus sensible). S'adapte automatiquement à l'épaisseur du verre.

Inconvénients: sous le pavé tactile, il ne devrait pas y avoir de pistes, pas d'alimentation, pas de masse, sinon la sensibilité diminue. La sortie n'est qu'un niveau élevé. 1 canal seulement.


Fig. 7 - Carte de test AT42QT1011

MTCH105

Avantages: Réagit à un léger toucher à travers du plexiglas de 3 mm (ou plus). Anti-brouillage à l'aide du sol autour et sous les capteurs, s'adapte automatiquement à l'épaisseur du verre. 5 canaux.

Inconvénients: il réagit longtemps à la pression et réalise longtemps que le doigt a été relâché, environ 0,5 seconde. Si vous tenez votre doigt sur la plate-forme du capteur, puis après 9 secondes, la LED s'éteint, l'étalonnage a lieu. Le pavé tactile doit être recouvert de terre de tous les côtés, y compris sous le pavé, sinon il fonctionne à n'importe quel point de contact du PCB.


Fig. 8 - MTCH105 sur planche à pain

J'ai choisi le TTP224 (4 canaux), car sur un PCB, d'une part, tous les composants peuvent être placés, et de l'autre côté, des pads de capteur. Il a sacrifié la sensibilité, après 3 mm, le plexiglas fonctionne si vous touchez le tout du bout du doigt, bien que cela puisse être interprété comme une protection contre les contacts accidentels :). S'il n'y a pas de traces sous la zone du capteur, il réagit à travers le plexiglas de 4 mm au moindre contact.

Todo

Pour fabriquer un interrupteur tactile avec deux PCB, le premier pour les tablettes tactiles, le second pour tous les composants. Ajoutez le moteur de vibration et le booster. Mettez en œuvre la fonction de faible rétroéclairage lorsque le capteur de mouvement intégré est déclenché.

Etudes de diffuseur de lumière

La tâche consistait à éclairer uniformément une plate-forme de 40x40 mm, qui touche le doigt. En raison des restrictions de taille des logements, il n'a été possible de pousser qu'une seule LED pour chaque site.

J'ai étudié l'appareil de plusieurs interrupteurs tactiles: Livolo, Vitrum, bouton tactile HTTM. Chacun a utilisé sa propre approche pour diffuser uniformément la lumière.

Vitrum

Interrupteur italien Z-Wave avec verre décoratif cher. Le réflecteur-diffuseur est mis en œuvre comme suit: sur un plexiglas transparent, un rebord est peint avec de la peinture réfléchissante, éclairé sur le côté avec une seule LED. Du côté des LED, moins de peinture est appliquée, ce qui permet d'obtenir un éclat uniforme sur toute la jante. Un verre décoratif est installé sur le dessus.


Fig. 9 - Figure bord réfléchissant sur plexiglas

Livolo

Interrupteur tactile chinois. Il y a 2 LED sur la carte: rouge et bleue, les LED brillent à l'intérieur d'un plastique translucide opacifié, en raison des réfractions fréquentes de la lumière à l'intérieur, une lueur uniforme de toute la surface est obtenue, une peinture réfléchissante est appliquée sur la textolite.


Fig. 10 - Touchez une partie du commutateur Livolo

HTTM - Modèle HelTec Touch

Module Touch Ready avec puce Noname. Le réflecteur-diffuseur se compose de 3 parties: textolite avec un tampon en étain, plexiglas pour l'éclairage final avec beaucoup de micro-trous, un film blanc trouble.


Fig. 10 - Module tactile HTTM démonté

Sélection des matériaux de diffusion

Diffuseur en plexiglas dépoli

Le plexiglas transparent habituel de 3 mm a été traité avec du papier de verre fin des deux côtés pour le rendre terne. Un tel plexiglas disperse uniformément la lumière sur toute la surface. L'épaisseur du matériau vous permet de travailler confortablement avec n'importe quelle puce de capteur. Mais de petites rayures sont visibles sur la surface, ce qui affecte l'aspect esthétique.


Fig. 11 - Plexiglas dépoli

Diffuseur en plexiglas pour éclairage avant (LGP) et plexiglas au lait
Utilisé 2 plexiglas différents de 2 mm d'épaisseur, un sandwich de deux éléments s'est avéré être de 4 mm. Le plexiglas inférieur pour l'éclairage final, grâce aux points blancs appliqués, diffuse uniformément la lumière sur toute la surface. Le plexiglas supérieur de lait donne une lueur douce et un beau look, tandis que la luminosité est nettement inférieure et le poids de l'interrupteur augmente.


Fig. 12 - Plexiglas pour l'éclairage final et plexiglas opale

Panneau Ledison Lightbox
La société russe Ledison a fourni un panneau lumineux composé de 3 composants pour le test: un substrat réfléchissant, un plexiglas spécial diffusant la lumière de 3 mm (il a l'air transparent, mais une structure granuleuse est visible à l'intérieur), un film protecteur transparent. J'ai remplacé le film supérieur par un Oracal 8500 mat et j'ai obtenu une bonne dispersion. Mais lorsque vous travaillez avec l'interrupteur, le film n'a pas l'air solide, il peut être rayé et il est difficile de le coller sans bulles.


Fig. 13 - Sandwich Ledison Lightbox

Après tous les tests dans le commutateur, j'ai utilisé un substrat réfléchissant de Ledison, et leur plexiglas a été mat. Pour le moment, c'est la meilleure option pour moi, et se disperse uniformément, et la luminosité n'est pas réduite, et l'épaisseur convient.


Fig. 14 - Boîtier, panneau et diffuseur

Utiliser

J'ai fait les premières versions d'essai des interrupteurs il y a 2 ans et j'ai déjà de l'expérience dans leur utilisation, l'une est installée près de la salle de bain à une hauteur de 120 cm et est pratique pour les enfants, la seconde est située près du lit et contrôle la veilleuse, le lustre et le rétroéclairage LED. Parce que tous les boutons sont séparés par un réticule; ils sont faciles à trouver dans l'obscurité et appuyez sur celui souhaité. La rétroaction lumineuse indique exactement quel bouton est enfoncé. En comparaison avec les interrupteurs à bouton-poussoir, je n'ai trouvé aucun inconvénient.


Fig. 15 - Interrupteur tactile de la batterie en action

J'ai remarqué un effet secondaire agréable, l'interrupteur près du lit peut être utilisé pour éclairer les armoires, si vous appuyez sur les boutons inférieurs.

PS

Pour le moment, la puce Z-Wave utilise le micrologiciel du porte-clés 4 x Z-Wave.Me Key Fob, il est pratique qu'elle soit prête à l'emploi et fonctionne bien, il n'est pas pratique que toutes les fonctions ne soient pas là que vous souhaitez. Le seul problème non résolu était l'éclairage des coins au centre, il est nécessaire de le recouvrir d'un film en aluminium, mais pour l'instant je pense qu'il est beaucoup mieux de sculpter le film sur le boîtier à l'intérieur ou en plexiglas.

En outre, prévoit de passer à un module Z-Uno librement programmable pour la mise en œuvre de tous les logiciels.