Pull to refresh

Беспроводной сенсорный выключатель c дополнительной флуоресцентной подсветкой

Wireless technologiesDIY
Приветствую всех читателей раздела «DIY или Сделай сам» на Habr! Сегодняшняя статья будет о сенсорном выключателе на микросхеме TTP223 | даташит. Выключатель работает на микроконтроллере nRF52832 | даташит, использован модуль YJ-17103 с печатной антенной и разъёмом для внешней антенны MHF4. Сенсорный выключатель работает от батареек CR2430 или CR2450. Потребление в режиме передачи составляет не более 8мА, в режиме сна не более 6мкА.



Как и все предыдущие проекты этот тоже является Arduino проектом, программа написана в Arduino IDE. В основе программной реализации устройства использован протокол Mysensors | GitHub библиотеки, GitHub поддержки плат nRF5 в Mysensors. Англоязычный форум сообщества — http://forum.mysensors.org, русскоязычный форум сообщества — http://mysensors.ru/forum/
(Для желающих изучить — Документация, Serial Protocol, API, Протокол, Парсер | для желающих оказать содействие (contributions) в развитии проекта — Документация)

Плата сенсорного выключателя разрабатывалась в программе Диптрейс, с учетом последующего изготовления по методу Лазерной Утюжной Технологии(ЛУТ). Плата разрабатывалась в размерах 60х60мм (стандартная стеклянная панель имеет размеры 80х80мм). Схема была распечатана на страницах журнала Антенна и перенесена утюгом Bosсh с настройкой «Лен»(максимальная мощность) на двухстороннюю фольгированную стеклотекстолитовую плату 1.5мм, 35мкм (за неимением другой).


Травление производилось раствором хлорного железа, предварительно приготовленном в пропорциях 1.5ч.ложки на 250мл теплой воды. Процесс занял 15 минут.
Сверление отверстий под межслойные переходы и под крепление батарейного держателя выполнялось мини-дрелью DREMEL 3000 установленной на стойке для сверления DREMEL 220. Отверстия под межслойные переходы были просверлены сверлом 0,4мм, отверстия под держатель батареек сверлом 1,1мм. Обрезка по границам платы была выполнена той же мини-дрелью с насадкой DREMEL 540 (Круг отрезной d=32.0мм). Обрезка производилась в респираторе.
Лужение вытравленной платы было выполнено с помощью сплава Розе, в водном растворе (1 ч.ложка кристаллизованной лимонной кислоты на 300мл воды).

Процесс пайки занял около часа, основная часть времени была потрачена на пропайку проволоки(луженая, диаметром 0.4мм) в отверстиях для межслойных переходов.

Отмывалась плата аэрозольным очистителем FLUX OFF.




Разработка корпуса устройства была выполнена в трехмерном редакторе автоматизированного проектирования. Размеры корпуса 78,5mm Х 78,5mm Х 12mm.


Законченная модель корпуса и крышки батарейного отсека была сохранена в формате STL, далее необходимо было выполнить подготовку этих моделей для печати на SLA принтере(добавление поддержек, ориентация). На этом этапе возникла небольшая проблема, так как область печати у бытовых SLA принтеров небольшая. Модель корпуса устройства в самой оптимальной относительно времени печати положении не вмещалась в размеры области печати. При размещении модели под 45 градусов так же дало неутешительный результат, вес поддержки получался равным весу модели корпуса. Было принято решение печатать модель вертикально, сделав поддержку на одной из лицевых сторон, заранее согласившийся с фактом пост обработки. Печать корпуса заняла 5 часов с настройкой слоя в 50 микрон. Далее была выполнена обработка с помощью очень мелкозернистой наждачной бумаги(номер не напишу, так как не знаю:)). Крышка батарейного отсека печаталась 40 минут.


Стеклянные панели с Алиэкспресс продаются с уже приклеенной пластмассовой рамкой, проблем со снятием рамки не возникло. Снимал предварительно разогрев стеклянную панель обычным феном.




Рассеиватель для led подсветки был сделан из двустороннего скотча c акриловым адгезивом 3M 9088-200. Для флуоресцентной подсветки на выбор было несколько материалов, китайская клеящаяся лента и клеящаяся бумага нарезанная в ленты отечественной компании Люминофор. Выбор был сделан в пользу отечественного производителя, по моим ощущениям светило ярче и дольше. Квадрат из бумаги с флуоресцентным пигментом был наклеен сверху на двусторонний скотч 3M 9088-200.

Приклеивание стекла к корпусу выключателя было выполнено с помощью двустороннего скотча с акриловым адгезивом 3M VHB 4910.


Крышка фиксировалась винтом M 1,4 Х 5мм.

Себестоимость устройства составила 890 руб.

Далее предстояла программная часть. Без проблем не обошлось. Оказывается сенсорные микросхемы TTP223 отлично работают при стабилизированном питании в.3.3в и не очень отлично при питании напрямую от хорошо разряженной батарейки. При старте устройства с питанием в районе 2.5v, плюс после дополнительной «просадки» при отработке презентации Mysensors микросхема TTP223(сразу после калибровки) вызывала прерывание МК так как находилась с активным триггером.

Была изменена схема подачи питания на микросхему (управлением питанием TTP223 c gpio МК), подведена дополнительная земля, на линиях rgb led (которые проходят по другой стороне платы ёмкостного сенсора) были заменены резисторы с более высоким сопротивлением. Так же в ПО было добавлено: активация питания для ёмкостной микросхемы после старта фреймворка Mysensors и отработке презентации. Увеличена вдвое задержка для автокалибровки микросхемы TTP223 при подаче на нее питания. Все эти изменения полностью устранили данную проблему.

Перед просмотром кода программы рекомендую познакомиться с базовой структурой скетчей в Mysensors.
void before()
{
// Дополнительная функция, если сравнивать со стандартной структурой Ардуино скетчей, то before() это подобие setup(), отработка происходит до инициализации транспортного уровня Mysensors, рекомендуется например для инициализации устройств SPI
}

void setup()
{

}

void presentation()
{
//Тут происходит презентация ноды и ее сенсоров на контролере через маршрутизатор
sendSketchInfo("Name of my sensor node", "1.0"); // презентация названия ноды, версии ПО
present(CHILD_ID, S_WHATEVER, "Description"); // презентация сенсоров ноды, описания сенсоров
}

void loop()
{

}



Тестовый код программы сенсорного выключателя:
test_sens.ino
/**
ТЕСТОВЫЙ СКЕТЧ СЕНСОРНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ С ПРЕРЫВАНИЯМИ НА NRF_LPCOMP
*/
bool button_flag;
bool sens_flag;
bool send_flag;
bool detection;
bool nosleep;
byte timer;
unsigned long SLEEP_TIME = 21600000; //6 hours
unsigned long oldmillis;
unsigned long newmillis;
unsigned long interrupt_time;
unsigned long SLEEP_TIME_W;
uint16_t currentBatteryPercent;
uint16_t batteryVoltage = 0;
uint16_t battery_vcc_min = 2400;
uint16_t battery_vcc_max = 3000;

#define MY_RADIO_NRF5_ESB
//#define MY_PASSIVE_NODE
#define MY_NODE_ID 30
#define MY_PARENT_NODE_ID 0
#define MY_PARENT_NODE_IS_STATIC
#define MY_TRANSPORT_UPLINK_CHECK_DISABLED
#define IRT_PIN 3 //(PORT0, gpio 5)
#include <MySensors.h>
// see https://www.mysensors.org/download/serial_api_20
#define SENS_CHILD_ID 0
#define CHILD_ID_VOLT 254
MyMessage sensMsg(SENS_CHILD_ID, V_VAR1);
//MyMessage voltMsg(CHILD_ID_VOLT, V_VOLTAGE);

void preHwInit() {
sleep(2000);
pinMode(RED_LED, OUTPUT);
digitalWrite(RED_LED, HIGH);
pinMode(GREEN_LED, OUTPUT);
digitalWrite(GREEN_LED, HIGH);
pinMode(BLUE_LED, OUTPUT);
digitalWrite(BLUE_LED, HIGH);
pinMode(MODE_PIN, INPUT);
pinMode(SENS_PIN, INPUT);
}

void before()
{
NRF_POWER->DCDCEN = 1;
NRF_UART0->ENABLE = 0;
sleep(1000);
digitalWrite(BLUE_LED, LOW);
sleep(150);
digitalWrite(BLUE_LED, HIGH);
}

void presentation() {
sendSketchInfo("EFEKTA Sens 1CH Sensor", "1.1");
present(SENS_CHILD_ID, S_CUSTOM, "SWITCH STATUS");
//present(CHILD_ID_VOLT, S_MULTIMETER, "Battery");
}

void setup() {
digitalWrite(BLUE_LED, LOW);
sleep(100);
digitalWrite(BLUE_LED, HIGH);
sleep(200);
digitalWrite(BLUE_LED, LOW);
sleep(100);
digitalWrite(BLUE_LED, HIGH);
lpComp();
detection = false;
SLEEP_TIME_W = SLEEP_TIME;
pinMode(31, OUTPUT);
digitalWrite(31, HIGH);
/*
while (timer < 10) {
timer++;
digitalWrite(GREEN_LED, LOW);
wait(5);
digitalWrite(GREEN_LED, HIGH);
wait(500);
}
timer = 0;
*/
sleep(7000);
while (timer < 3) {
timer++;
digitalWrite(GREEN_LED, LOW);
sleep(15);
digitalWrite(GREEN_LED, HIGH);
sleep(85);
}
timer = 0;
sleep(1000);
}

void loop() {

if (detection) {
if (digitalRead(MODE_PIN) == 1 && button_flag == 0 && digitalRead(SENS_PIN) == 0) {
//back side button detection
button_flag = 1;
nosleep = 1;
}
if (digitalRead(MODE_PIN) == 1 && button_flag == 1 && digitalRead(SENS_PIN) == 0) {
digitalWrite(RED_LED, LOW);
wait(10);
digitalWrite(RED_LED, HIGH);
wait(50);
}
if (digitalRead(MODE_PIN) == 0 && button_flag == 1 && digitalRead(SENS_PIN) == 0) {
nosleep = 0;
button_flag = 0;
digitalWrite(RED_LED, HIGH);
lpComp_reset();
}

if (digitalRead(SENS_PIN) == 1 && sens_flag == 0 && digitalRead(MODE_PIN) == 0) {
//sens detection
sens_flag = 1;
nosleep = 1;
newmillis = millis();
interrupt_time = newmillis - oldmillis;
SLEEP_TIME_W = SLEEP_TIME_W - interrupt_time;
if (send(sensMsg.set(detection))) {
send_flag = 1;
}
}
if (digitalRead(SENS_PIN) == 1 && sens_flag == 1 && digitalRead(MODE_PIN) == 0) {
if (send_flag == 1) {
while (timer < 10) {
timer++;
digitalWrite(GREEN_LED, LOW);
wait(20);
digitalWrite(GREEN_LED, HIGH);
wait(30);
}
timer = 0;
} else {
while (timer < 10) {
timer++;
digitalWrite(RED_LED, LOW);
wait(20);
digitalWrite(RED_LED, HIGH);
wait(30);
}
timer = 0;
}
}
if (digitalRead(SENS_PIN) == 0 && sens_flag == 1 && digitalRead(MODE_PIN) == 0) {
sens_flag = 0;
nosleep = 0;
send_flag = 0;
digitalWrite(GREEN_LED, HIGH);
sleep(500);
lpComp_reset();
}
if (SLEEP_TIME_W < 60000) {
SLEEP_TIME_W = SLEEP_TIME;
sendBatteryStatus();
}
}
else {
//if (detection == -1) {
SLEEP_TIME_W = SLEEP_TIME;
sendBatteryStatus();
}
if (nosleep == 0) {
oldmillis = millis();
sleep(SLEEP_TIME_W);
}
}

void sendBatteryStatus() {
wait(20);
batteryVoltage = hwCPUVoltage();
wait(2);

if (batteryVoltage > battery_vcc_max) {
currentBatteryPercent = 100;
}
else if (batteryVoltage < battery_vcc_min) {
currentBatteryPercent = 0;
} else {
currentBatteryPercent = (100 * (batteryVoltage - battery_vcc_min)) / (battery_vcc_max - battery_vcc_min);
}

sendBatteryLevel(currentBatteryPercent, 1);
wait(2000, C_INTERNAL, I_BATTERY_LEVEL);
//send(powerMsg.set(batteryVoltage), 1);
//wait(2000, 1, V_VAR1);
}

void lpComp() {
NRF_LPCOMP->PSEL = IRT_PIN;
NRF_LPCOMP->ANADETECT = 1;
NRF_LPCOMP->INTENSET = B0100;
NRF_LPCOMP->ENABLE = 1;
NRF_LPCOMP->TASKS_START = 1;
NVIC_SetPriority(LPCOMP_IRQn, 15);
NVIC_ClearPendingIRQ(LPCOMP_IRQn);
NVIC_EnableIRQ(LPCOMP_IRQn);
}

void s_lpComp() {
if ((NRF_LPCOMP->ENABLE) && (NRF_LPCOMP->EVENTS_READY)) {
NRF_LPCOMP->INTENCLR = B0100;
}
}

void r_lpComp() {
NRF_LPCOMP->INTENSET = B0100;
}

#if __CORTEX_M == 0x04
#define NRF5_RESET_EVENT(event) \
event = 0; \
(void)event
#else
#define NRF5_RESET_EVENT(event) event = 0
#endif

extern "C" {
void LPCOMP_IRQHandler(void) {
detection = true;
NRF5_RESET_EVENT(NRF_LPCOMP->EVENTS_UP);
NRF_LPCOMP->EVENTS_UP = 0;
MY_HW_RTC->CC[0] = (MY_HW_RTC->COUNTER + 2);
}
}

void lpComp_reset () {
s_lpComp();
detection = false;
NRF_LPCOMP->EVENTS_UP = 0;
r_lpComp();
}


MyBoardNRF5.cpp
#ifdef MYBOARDNRF5
#include <variant.h>

/*
* Pins descriptions. Attributes are ignored by arduino-nrf5 variant.
* Definition taken from Arduino Primo Core with ordered ports
*/
const PinDescription g_APinDescription[]=
{
{ NOT_A_PORT, 0, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // LFCLK
{ NOT_A_PORT, 1, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // LFCLK
{ PORT0, 2, PIO_DIGITAL, (PIN_ATTR_DIGITAL|PIN_ATTR_PWM), ADC_A0, PWM4, NOT_ON_TIMER},
{ PORT0, 3, PIO_DIGITAL, (PIN_ATTR_DIGITAL|PIN_ATTR_PWM), ADC_A1, PWM5, NOT_ON_TIMER},
{ PORT0, 4, PIO_DIGITAL, (PIN_ATTR_DIGITAL|PIN_ATTR_PWM), ADC_A2, PWM6, NOT_ON_TIMER},
{ PORT0, 5, PIO_DIGITAL, (PIN_ATTR_DIGITAL|PIN_ATTR_PWM), ADC_A3, PWM7, NOT_ON_TIMER},
{ PORT0, 6, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // INT3
{ PORT0, 7, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // INT4
{ PORT0, 8, PIO_DIGITAL, (PIN_ATTR_DIGITAL|PIN_ATTR_PWM), No_ADC_Channel, PWM10, NOT_ON_TIMER}, //USER_LED
{ PORT0, 9, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // NFC1
{ PORT0, 10, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // NFC2
{ PORT0, 11, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // TX
{ PORT0, 12, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // RX
{ PORT0, 13, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // SDA
{ PORT0, 14, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // SCL
{ PORT0, 15, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // SDA1
{ PORT0, 16, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // SCL1
{ PORT0, 17, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // TP4
{ PORT0, 18, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // TP5
{ PORT0, 19, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // INT2
{ PORT0, 20, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // INT1
{ PORT0, 21, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // INT1
{ PORT0, 22, PIO_DIGITAL, (PIN_ATTR_DIGITAL|PIN_ATTR_PWM), No_ADC_Channel, PWM9, NOT_ON_TIMER},
{ PORT0, 23, PIO_DIGITAL, (PIN_ATTR_DIGITAL|PIN_ATTR_PWM), No_ADC_Channel, PWM8, NOT_ON_TIMER},
{ PORT0, 24, PIO_DIGITAL, PIN_ATTR_DIGITAL, No_ADC_Channel, NOT_ON_PWM, NOT_ON_TIMER}, // INT
{ PORT0, 25, PIO_DIGITAL, (PIN_ATTR_DIGITAL|PIN_ATTR_PWM), No_ADC_Channel, PWM11, NOT_ON_TIMER}, //RED_LED
{ PORT0, 26, PIO_DIGITAL, (PIN_ATTR_DIGITAL|PIN_ATTR_PWM), No_ADC_Channel, PWM11, NOT_ON_TIMER}, //GREEN_LED
{ PORT0, 27, PIO_DIGITAL, (PIN_ATTR_DIGITAL|PIN_ATTR_PWM), No_ADC_Channel, PWM11, NOT_ON_TIMER}, //BLUE_LED
{ PORT0, 28, PIO_DIGITAL, (PIN_ATTR_DIGITAL|PIN_ATTR_PWM), ADC_A4, PWM3, NOT_ON_TIMER},
{ PORT0, 29, PIO_DIGITAL, (PIN_ATTR_DIGITAL|PIN_ATTR_PWM), ADC_A5, PWM2, NOT_ON_TIMER},
{ PORT0, 30, PIO_DIGITAL, (PIN_ATTR_DIGITAL|PIN_ATTR_PWM), ADC_A6, PWM1, NOT_ON_TIMER},
{ PORT0, 31, PIO_DIGITAL, (PIN_ATTR_DIGITAL|PIN_ATTR_PWM), ADC_A7, PWM0, NOT_ON_TIMER}
};

// Don't remove this line
#include <compat_pin_mapping.h>

#endif


MyBoardNRF5.h
#ifndef _MYBOARDNRF5_H_
#define _MYBOARDNRF5_H_

#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif // __cplusplus

// Number of pins defined in PinDescription array
#define PINS_COUNT (32u)
#define NUM_DIGITAL_PINS (32u)
#define NUM_ANALOG_INPUTS (8u)
#define NUM_ANALOG_OUTPUTS (8u)

/*
* LEDs
*
* This is optional
*
* With My Sensors, you can use
* hwPinMode() instead of pinMode()
* hwPinMode() allows to use advanced modes like OUTPUT_H0H1 to drive LEDs.
* https://github.com/mysensors/MySensors/blob/development/drivers/NRF5/nrf5_wiring_constants.h
*
*/
#define PIN_LED1 (16)
#define PIN_LED2 (15)
#define PIN_LED3 (17)
#define RED_LED (PIN_LED1)
#define GREEN_LED (PIN_LED2)
#define BLUE_LED (PIN_LED3)
#define INTERRUPT_PIN (5)
#define MODE_PIN (25)
#define SENS_PIN (27)

/*
* Analog ports
*
* If you change g_APinDescription, replace PIN_AIN0 with
* port numbers mapped by the g_APinDescription Array.
* You can add PIN_AIN0 to the g_APinDescription Array if
* you want provide analog ports MCU independed, you can add
* PIN_AIN0..PIN_AIN7 to your custom g_APinDescription Array
* defined in MyBoardNRF5.cpp
*/
static const uint8_t A0 = ADC_A0;
static const uint8_t A1 = ADC_A1;
static const uint8_t A2 = ADC_A2;
static const uint8_t A3 = ADC_A3;
static const uint8_t A4 = ADC_A4;
static const uint8_t A5 = ADC_A5;
static const uint8_t A6 = ADC_A6;
static const uint8_t A7 = ADC_A7;

/*
* Serial interfaces
*
* RX and TX are required.
* If you have no serial port, use unused pins
* CTS and RTS are optional.
*/
#define PIN_SERIAL_RX (11)
#define PIN_SERIAL_TX (12)

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif



Выключатель имеет сенсорную кнопку и тактовую кнопку на обратной стороне устройства. Данная тактовая кнопка будет использоваться для сервисных режимов, режим привязки по воздуху, обнуление устройства. На кнопке реализован железный анти дребезг. Линия ёмкостного сенсора и линия тактовой кнопки через диоды Шотки соединенны и подключены к аналоговому пину p0.05, так же с ёмкостного сенсора и тактовой кнопки идут линии на пины МК р0.25 и p0.27 для считывания состояний после активации прерывания на пине p0.05. На пине p0.05 активировано прерывание через компаратор (NRF_LPCOMP) по EVENTS_UP. Вдохновение для решения задачи получал тут и тут.

Выключатель был добавлен в сеть Mysensors, управляемой контролером умного дома Мажордомо (сайт проекта)

PHP код для добавление в метод statusUpdate выключателя
if (getGlobal("MysensorsButton01.status")==1) {
if (getGlobal('MysensorsRelay04.status') == 0) {
setGlobal('MysensorsRelay04.status', '1');
} else if (getGlobal('MysensorsRelay04.status') == 1) {
setGlobal('MysensorsRelay04.status', '0');
} 
}



Результат смотрите на видео





Позднее был сделан вариант с повышающим преобразователем, но это не связанно с работой ёмкостной микросхемы TTP223, тут больше желания в хорошей и равномерной подсветке при отработке нажатий на всем сроке работы от батарейки.

Посмотреть





Github проектаgithub.com/smartboxchannel/EFEKTA_WIRELESS_TOUCH_SWITCH

Русскоязычный сайт сообщества Mysensors

Телеграмм чат Mysensors — быстрое решение проблем с Mysensors, советы, подсказки, установка плат, работа с микроконтроллерами atmega 328, stm32, nRF5 в среде Arduino IDE — @mysensors_rus

Немного фоток









Tags:сенсорный выключательwirelessnrf52832touch switcharduino ide
Hubs: Wireless technologies DIY
Total votes 20: ↑18 and ↓2 +16
Views9.7K

Comments 20

Only those users with full accounts are able to leave comments. Log in, please.

Popular right now

Разработчик С/C++ (Junior/middle)
from 80,000 ₽EltexНовосибирск
Senior Software Developer (New IDE platform)
from 250,000 ₽JetBrainsМосква
Java-разработчик
from 100,000 ₽EltexНовосибирск
PHP developer (symfony, highload service)
to 150,000 ₽ВсеИнструменты.руRemote job
Senior Node.js Developer
to 5,000 €VISARIGHTRemote job