在物聯(lián)網(wǎng)的潮流下。家居設(shè)備向著智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展．燈光控制開關(guān)作為家庭最常用的控制設(shè)備擁有廣闊的市場前景，設(shè)計(jì)可靠安全、遠(yuǎn)程操控的新型燈光控制器符合發(fā)展要求和市場需求。Zigbee作為一種低功耗、低速率的無線通訊協(xié)議。其特點(diǎn)使其能夠在智能家居、公共安全、工業(yè)監(jiān)測等眾多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域有所作為；因此，將Zigbee技術(shù)應(yīng)用到燈光控制器的設(shè)計(jì)中，能夠滿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、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。將該技術(shù)應(yīng)用到燈光控制領(lǐng)域。可以設(shè)計(jì)出具有觸摸感應(yīng)功能的新型控制開關(guān)。基于Zigbee技術(shù)和電容觸控設(shè)計(jì)的燈光控制開關(guān)。具有高靈敏、防水安全、使用壽命長以及便于組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。可廣泛應(yīng)用于智能家居的領(lǐng)域，具有一定的市場前景。

 

 

Zigbee是基于IEEE802．11．4協(xié)議的一簇?cái)U(kuò)展集。主要針對于低成本、低功耗的射頻應(yīng)用。低成本使之廣泛適用于智能家居方向的應(yīng)用。低功耗使之有更長的工作周期：其支持的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)有更強(qiáng)的可靠性和更廣的覆蓋范圍：在燈光控制開關(guān)中通過該協(xié)議實(shí)現(xiàn)無線通訊，用于支持遙控以及組網(wǎng)控制。

 

燈光控制開關(guān)的面板采用有機(jī)玻璃材質(zhì)。感應(yīng)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)，會引起電容的變化．這種變化轉(zhuǎn)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業(yè)的電容觸摸芯片來完成觸摸部分的功能。

 

該控制開關(guān)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖l所示。主要包括電容感應(yīng)處理部分、zigbee主處理器部分、驅(qū)動控制部分和電源管理部分。

圖1 開關(guān)總體結(jié)構(gòu)圖

 

 

感應(yīng)部分主要包括絕緣面板、按鍵感應(yīng)盤和電容處理芯片。面板必須是絕緣材料。我們選用有機(jī)玻璃作為觸摸面板．玻璃的介電常數(shù)適中，介電常數(shù)過小的材料。靈敏度比較差，而介電常數(shù)過大。發(fā)生誤動作的幾率會增大。按鍵感應(yīng)盤采用PCB銅箔的方式，將感應(yīng)盤設(shè)計(jì)在PCB電路板上，根據(jù)實(shí)際情況選用10 mm左右的圓形感應(yīng)盤，各感應(yīng)盤的形狀、面積相同以保持相同的靈敏度，感應(yīng)盤之間的距離在允許空間內(nèi)盡量大以減少相互之間的電場干擾。感應(yīng)盤之間盡可能通過鋪地隔離。感應(yīng)芯片選用博晶微電子的ST系列。滿足了設(shè)計(jì)需求。

 

一路電容感應(yīng)設(shè)計(jì)電路圖如圖2所示。PCB感應(yīng)盤PAD與感應(yīng)芯片的輸人口相連接，10 pF的電容用來調(diào)整觸摸感應(yīng)的靈敏度，電容值越小靈敏度越高：感應(yīng)芯片將輸入的電平變化處理后通過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(shè)備選用的Zigbee芯片為CC2530。CC2530是一個真正的用于IEEE802．15.4、Zigbee和RF4CE應(yīng)用的片上系統(tǒng)．它能夠以非常低的總材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)：CC2530集成了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的RF收發(fā)器、增強(qiáng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051 MCU，在系統(tǒng)可編程mash存儲器．8-KBRAM和許多其他強(qiáng)大功能。CC2530部分的電路圖如圖3所示。兩個晶振32 MHz和32．768 kHz．其中32．768 kHz的晶振主要應(yīng)用于睡眠定時(shí)器。在實(shí)際應(yīng)用中如果不需要可以去掉以降低成本；RF端經(jīng)過處理后接收發(fā)天線．天線可以是外置天線，也可以是PCB天線。本設(shè)備設(shè)計(jì)的是倒F形狀的PCB天線，倒F天線具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、可共形、制造成本低、輻射效率高、容易實(shí)現(xiàn)多頻段工作等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用到本設(shè)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。我們采用開關(guān)脫機(jī)電源調(diào)節(jié)器芯片VIPerl2A來實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源部分的功能，得到一個穩(wěn)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(dá)5 W二次輸出功率的脫機(jī)電源中使用而專門優(yōu)化的設(shè)計(jì)的芯片產(chǎn)品，在內(nèi)部集成了專用電流方式PWM控制器和一個高壓功率的MOSFET；VIPerl2A具有自動熱關(guān)斷、高壓啟動電流源、防止輸出短路、保證低負(fù)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

 

通過開關(guān)電源獲得直流5 V電壓后．通過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(qū)動部分主要是通過驅(qū)動繼電器實(shí)現(xiàn)對交流電的通斷控制。驅(qū)動繼電器部分的電路如圖5所示，通過NPN和PNP兩個二極管實(shí)現(xiàn)負(fù)邏輯驅(qū)動電路,這種驅(qū)動方式驅(qū)動能力強(qiáng)。可以避免主控制芯片在上電復(fù)位時(shí)對繼電器產(chǎn)生的誤動作。繼電器線圈端并聯(lián)一個4148二極管，二極管反向接人用來釋放繼電器線圈中的電流, 保護(hù)開關(guān)和三極管等器件不至于被線圈感應(yīng)電壓擊穿損壞。

圖5 驅(qū)動電路

 

 

本燈光控制開關(guān)基于Zigbee和電容觸控技術(shù)．實(shí)際應(yīng)用表明該控制開關(guān)美觀大方、安全可靠、定制靈活, 并且易于組網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。