#第五届立创电子设计大赛#多功能调光模块（控制方式：语音/红外/触摸） - 嘉立创EDA开源硬件平台

注：*为必填项。 【请在报名阶段填写 ↓】 *  1、自我/团队介绍 软件工程师与电子工程师的团队。 *  2、简要介绍项目 针对市场需求开发的一款低成本冷暖光灯控模块， 控制方式包括红外遥控，触摸按键以及离线语音控制。 【请在竞赛阶段填写 ↓】 *  1、描述项目详情 现代家居追求一种简约，方便，实用的生活方式。灯具是家庭房间不可或缺的一种电器。 现有的灯具的控制方法还大多停留在按键开关方式，不够便利，操作以及走线比较繁琐。 于是本团队开发了一款基于红外遥控，离线语音以及触摸按键的低成本多功能灯具控制模块。 此模块将功能硬件集成到一个9.13cm x 1.75cm以内的空间中，尽量做到简化设计，并保持功能的完善。 配套的红外遥控器及CODE支持定制，针对不同厂商以及灯具进行定制灵活性很强。 1.1控制板PCB（双面板）  *  2、描述项目所面临的挑战及所解决的问题 2.1挑战： **样板的设计制作** （设计还算比较顺利，力创商城里有不少触控芯片，红外接收头也有。 主控芯片选择低成本的8位MCU（Shilan），制作PCB直接交给力创打样，方便快捷，好评！） **低成本方案的选取** （主要成本发生在触控IC，主控IC，红外接收头，LDO，MOS驱动，需要权衡和选择） **小型化的考虑** （这是考验团队AW的一项挑战，考虑到触控按键区的净空区，以及驱动管的散热，走线的电流承受能力等， 最终将所有器件集成到9.13 x 1.75cm的空间中，已经算比较小巧且适合人手操作的大小了（触控按键直径10mm） PWM驱动的部分本来使用的是分立贴片MOS，最后在力创商城找到了复合MOS管NCE2003，性能和尺寸都很好。） **定制灵活的考虑** （针对不同的IR遥控器进行解码定制 针对不同的灯具进行功能定制 针对不同的功能进行细节定制（亮度等）） **应用拓展** 此演示作品为灯具的亮度和模式控制，这个控制板还应扩展到其他的家居设备或用品上，比如自动窗帘的控制。 外围的模块也应很容易的相结合，如蓝牙WIFI模块的加入可以实现线上遥控等。 2.2解决的问题： 首先就是LED驱动电压与主控电路电源电压的分离，使用了一颗LDO-3.3V稳压IC，离开了稳定电源谈设计和性能都是耍流氓。  < br> 2.2.1 MOS管驱动电路的调试，Vgs的调控。 （驱动为一上路+二下路控制模式，下路直接NMOS就可以了，上路需要使用PMOS+NMOS复合使用（知识点）） 主要就是要考量Vgs与Vgs_th的关系对电路进行开关（3.3VPWM信号-》12V的PWM驱动电压） 2.2.2 复合MOS管的使用。 开始使用了分立元件NMOS+PMOS，后来转变被复合MOS，原理一样，主要要设置好分压偏置电路。  复合MOS（注意D极和S极不要接反，PMOS的S极需要接Vcc）： < br>  < br> 2.2.3 电容触摸的调试（参考电容的调试，主要需要调节好**C9**和**R7**，来控制触控按键的灵敏度，现在灵敏度较高，离面板2mm就能感知到了） 这里采用的是深圳奥普尚科技的4键4通道触控IC。  2.2.4 PWM信号的考量（频率，占空比） 这个主要看软件设置，频率不能太低，否则人眼会感知到闪烁，不利于眼部健康。 因为用的主控IC具有一个红外信号发射端口（REM），可以直接输出一个基频为32kHz的PWM，这个频率远高于人眼分辨率了。 TX端口是触控信号的输入，IR\_OUT是红外接收头的信号输入，RX\_U是语音识别模块的输入。  < br> < br> *  3、描述项目硬件、软件部分涉及到的关键点 3.1.1功能的实现 因为灯具也分档次，此项目基于冷暖光led灯具来设计其控制模块。如果是单色灯或者联排灯具，也是可以进行应用的。         对此，功能设计参考下面示意图。  < br> 12V PWM驱动使用的是32kHz信号（确保了人眼无法察觉LED灯的闪烁），经过MOS驱动开关增强驱动能力（设计额定驱动电压为12V，但是5V~24V都是可以动作的）。 双路MOS开关就是针对冷暖双色LED电路进行控制，可以双开，单开，切换控制，也是使用MOS管进行驱动。（电流承受单路可达2A） 三种控制方式：触控（PCB板上集成），红外遥控（可对任意遥控器进行定制设计，灵活度高），语音控制（市面上成熟的低成本离线语音模块较多，通过UART通讯亦可灵活定制内部程序） 3.1.2硬件的选型 考虑到灯具的功耗，电流，对硬件的开发设计，器件的选型有着重要的指导意义。 市面上常见的LED灯的功率为12~24W，本项目使用12V的供电，那么其额定总电流即1A~2A。 考虑到本电路为双路控制，那么单路额定电流为0.5~1A，12V PWM因为是总驱动，所以需要是单路的双倍即1A~2A。 PCB的设计就是要针对电流值处理好线宽就可以了。主要是驱动MOS管的选型，需要小型又具有通过额定电流的能力。 好在力创商城器件众多，完全没有问题。多挑选就可以了。 3.1.3对于灯具的适配以及厂商定制的灵活性的考虑 对于灯具，暂时没有选择好，但是都是LED灯，驱动方式也较为单一，就是使用PWM调节占空比进行驱动。这里主要是要考虑到上下共三路的驱动设计。 对于红外遥控器的选择，可以根据灯具厂商的指定进行开发，并不困难，也可以采用本项目的默认遥控器（开发中）进行定制开发。 离线语音模块同理。 3.1.4 离线语音识别模块 使用的是Hi-Link/海凌科的< span class="colour" style="color:rgb(102, 102, 102)">HLK-V20单模块，其通信方式是 串口通信/GPIO。< /span>  < br> 3.1.4 软件的考虑事项 硬件设计主要考虑驱动及器件选型。主要功能及性能是由软件程序进行设计控制的。 有几大点必须要考虑： 1\. 触控IC输出的信号读取识别 根据用户手册了解触控IC输出数据构成，开始信号，DATA0，DATA1的时间长度，触控IC输出端口无动作时输出高电平，有信号输出时低电平发送开始信号，主IC设定P20端口设为上拉输入，下降沿中断使能，并与触控IC输出端口连接，当有信号进来时P20被拉低，开始读取触控IC发过来的数据。  2\. 红外接收头的输出信号的读取识别 红外线信号的读取方法和触控IC类似，红外接收头输出端口无动作时输出高电平，有信号输出时低电平发送开始信号，主IC设定P21端口设为上拉输入，下降沿中断使能，并与红外接收头输出端口连接，当有信号进来时P21被拉低，开始读取红外接收头发过来的数据。 因场地受限，实际测试中远至27m都能有效控制。  < br> 3.语音信号的输入与读取 语音芯片识别到有效指令时，数据通过UART传输到主IC(Uart：9600bps),语音模块TX输出端口无动作时输出高电平，有信号输出时低电平发送开始信号，主IC设定P00端口设为上拉输入，下降沿中断使能，并与语音模块TX输出端口连接，当有信号进来时P00被拉低，开始读取语音模块发过来的数据。 < br> 4.PWM信号的输出（驱动信号） 现在开发的PWM只为演示用，还可以优化为无极调光，产品将会更加高端。  4\. 功能的实现（开关，调光（PWM），模式控制） （1）台灯的开和关，触控IC电源键（0xA0），红外线遥控器电源键（0x18），当主IC初次接收到（0xA0/0x18）指令时打开台灯，再次收到（0xA0/0x18）指令时关闭台灯，如此循环。         主IC初次接收到从语音模块发过来的（0x15）指令时打开台灯，收到（0x16）指令时关闭台灯。 （2）PWM输出通过主IC内部PWM模块实现，通过寄存器设定占空比输出，目前设定4个占空比分别是1/2,1/3,1/4,1/5Duty.         主IC接收调光+/—指令时，改变寄存器设定值，即可改变占空比，实现调光的目的，默认占空比为1/3Duty。 （3）冷光和暖光模式设定，当主芯片收到冷光打开时指令时，把暖光关闭，接收到暖光打开时指令时，把冷光关闭，默认为冷暖光同时打开。 < br> *  4、项目材料清单展示（下列电容电阻封装均为1005（0402））  < br> < br> *  5、项目图片上传 5.1、PCB上印制大赛logo图片，若无视为放弃参赛            5.2、项目其它图片 铭板+PCB=模块产品     冷暖光灯切换演示（详见演示视频）  组成台灯（详见视频演示，因手头只有单色白光台灯，无法演示冷暖光切换，见谅）  *   6、演示您的项目并录制成视频上传           6.1、视频上传大赛官网（已上传） < br> 6.2、B站视频标题和链接 JLC第五届#多功能调光_主控板演示 [https://www.bilibili.com/video/BV1dz4y1o7NT/](https://www.bilibili.com/video/BV1dz4y1o7NT/)< br> < br> JLC第五届#多功能调光_台灯控制演示 [https://www.bilibili.com/video/BV1ST4y1w7oU/](https://www.bilibili.com/video/BV1ST4y1w7oU/)< br> < br> < br> 第五届力创电子设计大赛：《多功能调光模块（控制方式：语音红外触摸）》项目功能演示&性能测试 [https://www.bilibili.com/video/BV1pK4y1a7Up/](https://www.bilibili.com/video/BV1pK4y1a7Up/)< br> < br> < br> < br> 注意事项： ①：视频要求：请横屏拍摄，分辨率不低于1280×720，格式Mp4/Mov，单个视频大小限100M内； ②：视频上传：请同步上传至大赛官网和B站（[www.bilibili.com](www.bilibili.com)），B站人气TOP10项目将获得1000-5000元现金奖励，其它上传项目获得100元立创商城无门槛券； ③：视频标题：第五届立创电子设计大赛：{项目名称}-{视频模块名称}；如第五届立创电子设计大赛：《自动驾驶》项目-团队介绍。< /span>< /span>< br> < br> < br> *  7、是否首次公开发布 首次公开发布。 7.1、项目之前是否发表过或获奖，请说明           7.2、若项目是在原有基础上优化，请说明优化部分 *  8、开源文档 *  9、参考文献 < br> 点击链接了解更多详情：[https://www.szlcsc.com/go/dsxq](https://www.szlcsc.com/go/dsxq)