在物聯(lián)網(wǎng)的潮流下。家居設備向著(zhù)智能化、數字化和網(wǎng)絡(luò )化的方向發(fā)展．燈光控制開(kāi)關(guān)作為家庭最常用的控制設備擁有廣闊的市場(chǎng)前景，設計可靠安全、遠程操控的新型燈光控制器符合發(fā)展要求和市場(chǎng)需求。Zigbee作為一種低功耗、低速率的無(wú)線(xiàn)通訊協(xié)議。其特點(diǎn)使其能夠在智能家居、公共安全、工業(yè)監測等眾多物聯(lián)網(wǎng)應用領(lǐng)域有所作為；因此，將Zigbee技術(shù)應用到燈光控制器的設計中，能夠滿(mǎn)足控制器對于低功耗以及網(wǎng)絡(luò )化的需求。電容觸摸技術(shù)具有操控精確、安全可靠、使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)。將該技術(shù)應用到燈光控制領(lǐng)域?？梢栽O計出具有觸摸感應功能的新型控制開(kāi)關(guān)?；赯igbee技術(shù)和電容觸控設計的燈光控制開(kāi)關(guān)。具有高靈敏、防水安全、使用壽命長(cháng)以及便于組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)?？蓮V泛應用于智能家居的領(lǐng)域，具有一定的市場(chǎng)前景。

 

 

Zigbee是基于IEEE802．11．4協(xié)議的一簇擴展集。主要針對于低成本、低功耗的射頻應用。低成本使之廣泛適用于智能家居方向的應用。低功耗使之有更長(cháng)的工作周期：其支持的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )有更強的可靠性和更廣的覆蓋范圍：在燈光控制開(kāi)關(guān)中通過(guò)該協(xié)議實(shí)現無(wú)線(xiàn)通訊，用于支持遙控以及組網(wǎng)控制。

 

燈光控制開(kāi)關(guān)的面板采用有機玻璃材質(zhì)。感應電極位于玻璃下方并與玻璃面板緊密相貼，手指觸摸到電極上方時(shí)，會(huì )引起電容的變化．這種變化轉變成電信號提供給處理器進(jìn)行相關(guān)處理：在本案中我們采用專(zhuān)業(yè)的電容觸摸芯片來(lái)完成觸摸部分的功能。

 

該控制開(kāi)關(guān)的總體結構圖如圖l所示。主要包括電容感應處理部分、zigbee主處理器部分、驅動(dòng)控制部分和電源管理部分。

圖1 開(kāi)關(guān)總體結構圖

 

 

感應部分主要包括絕緣面板、按鍵感應盤(pán)和電容處理芯片。面板必須是絕緣材料。我們選用有機玻璃作為觸摸面板．玻璃的介電常數適中，介電常數過(guò)小的材料。靈敏度比較差，而介電常數過(guò)大。發(fā)生誤動(dòng)作的幾率會(huì )增大。按鍵感應盤(pán)采用PCB銅箔的方式，將感應盤(pán)設計在PCB電路板上，根據實(shí)際情況選用10 mm左右的圓形感應盤(pán)，各感應盤(pán)的形狀、面積相同以保持相同的靈敏度，感應盤(pán)之間的距離在允許空間內盡量大以減少相互之間的電場(chǎng)干擾。感應盤(pán)之間盡可能通過(guò)鋪地隔離。感應芯片選用博晶微電子的ST系列。滿(mǎn)足了設計需求。

 

一路電容感應設計電路圖如圖2所示。PCB感應盤(pán)PAD與感應芯片的輸人口相連接，10 pF的電容用來(lái)調整觸摸感應的靈敏度，電容值越小靈敏度越高：感應芯片將輸入的電平變化處理后通過(guò)輸出端口以低電平中斷信號的方式傳送給Zigbee主處理器芯片。

圖2 觸摸電路

 

本設備選用的Zigbee芯片為CC2530。CC2530是一個(gè)真正的用于IEEE802．15.4、Zigbee和RF4CE應用的片上系統．它能夠以非常低的總材料成本建立強大的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)：CC2530集成了業(yè)內領(lǐng)先的RF收發(fā)器、增強工業(yè)標準的8051 MCU，在系統可編程mash存儲器．8-KBRAM和許多其他強大功能。CC2530部分的電路圖如圖3所示。兩個(gè)晶振32 MHz和32．768 kHz．其中32．768 kHz的晶振主要應用于睡眠定時(shí)器。在實(shí)際應用中如果不需要可以去掉以降低成本；RF端經(jīng)過(guò)處理后接收發(fā)天線(xiàn)．天線(xiàn)可以是外置天線(xiàn)，也可以是PCB天線(xiàn)。本設備設計的是倒F形狀的PCB天線(xiàn)，倒F天線(xiàn)具有結構簡(jiǎn)單、重量輕、可共形、制造成本低、輻射效率高、容易實(shí)現多頻段工作等獨特優(yōu)點(diǎn)，非常適合應用到本設備中。

圖3 zigbee CC2530電路

 

 

電源部分需要將交流220 V市電處理成低壓直流的電源為處理電路、控制電路等提供合適電源。我們采用開(kāi)關(guān)脫機電源調節器芯片VIPerl2A來(lái)實(shí)現開(kāi)關(guān)電源部分的功能，得到一個(gè)穩定的輸出電壓5 V、輸出電流最高lA的直流電源。VIPerl2A是為在高達5 W二次輸出功率的脫機電源中使用而專(zhuān)門(mén)優(yōu)化的設計的芯片產(chǎn)品，在內部集成了專(zhuān)用電流方式PWM控制器和一個(gè)高壓功率的MOSFET；VIPerl2A具有自動(dòng)熱關(guān)斷、高壓?jiǎn)?dòng)電流源、防止輸出短路、保證低負載下的低功耗等一般特性。

VIPerl2A部分電路圖如圖4所示．整流后的電壓進(jìn)入芯片，VIPerl2A的引腳電壓支持8 V到40 V的寬電壓范圍，輸出反饋通過(guò)光耦器件PC817C進(jìn)入芯片，反饋電流用于芯片控制器件的工作。

圖4 Viperl2A電路

 

通過(guò)開(kāi)關(guān)電源獲得直流5 V電壓后．通過(guò)LDO器件將5 V降壓得到3．3 V直流電壓提供給Zigee處理器等部分電路使用。

 

 

驅動(dòng)部分主要是通過(guò)驅動(dòng)繼電器實(shí)現對交流電的通斷控制。驅動(dòng)繼電器部分的電路如圖5所示，通過(guò)NPN和PNP兩個(gè)二極管實(shí)現負邏輯驅動(dòng)電路,這種驅動(dòng)方式驅動(dòng)能力強?？梢员苊庵骺刂菩酒谏想姀臀粫r(shí)對繼電器產(chǎn)生的誤動(dòng)作。繼電器線(xiàn)圈端并聯(lián)一個(gè)4148二極管，二極管反向接人用來(lái)釋放繼電器線(xiàn)圈中的電流, 保護開(kāi)關(guān)和三極管等器件不至于被線(xiàn)圈感應電壓擊穿損壞。

圖5 驅動(dòng)電路

 

 

本燈光控制開(kāi)關(guān)基于Zigbee和電容觸控技術(shù)．實(shí)際應用表明該控制開(kāi)關(guān)美觀(guān)大方、安全可靠、定制靈活, 并且易于組網(wǎng)，可實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化控制，達到了設計要求。