（旧版TTP223触控灯光画资料请在附件中下载）

 

视频介绍：

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PCB灯光画 复刻教程（第一期：如何复刻现有的开源工程）：https://www.bilibili.com/video/BV1SC411B7Vx

PCB灯光画 复刻教程（第二期：简单 PCB灯光画 的设计方法）：https://www.bilibili.com/video/BV1QU411d7Ph

充电扩展板/简易灯光背板焊接和组装：

https://www.bilibili.com/video/BV1Ht421P7V8

 

PCB灯光画无论是电路原理还是焊接都非常简单，所有元器件均采用0805及体积更大的封装，只需要电烙铁和焊锡丝等基础的工具就能制作，新手小白也能轻松复刻。

 

优化改进后的版本请查看【PCB灯光画-无极调光小夜灯】开源工程。

更实用的数字型PIR人体感应小夜灯请查看【PCB灯光画-人体感应小夜灯】开源工程。

 

工程简介：

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灯光画是一种以光线为媒介的绘画艺术形式，由艺术家Hwang Seontae原创。它融合了光影、色彩和空间，为观者营造出独特的视觉体验。在这种艺术形式下，灯光不仅是为了提供照明，更是成为了艺术的一部分。以下是几幅常见的灯光画图片：

制作灯光画通常需要经过一系列繁琐的步骤，包括打印画面板、组装画框、粘贴灯带以及连接灯带与控制电路板等。每一步都需要精心操作，一旦出错就可能影响整体效果，因此整个制作过程相对复杂。

 

本工程尝试使用以FR-4为基材的双面PCB板来呈现灯光画的效果，并且将LED照明、调光和电池管理等电路集成在PCB板上。这样不仅能简化系统的复杂度，还能降低成本与制作时间。

 

目前在工程中包含了两幅PCB灯光画，分别是【PCB_1客厅窗户阳光 】和【PCB_2孤楼繁星】，这两幅画采用了相同的电路原理图。在验证PCB实现灯光画效果可行性的同时，还可以作为一款触摸无极调光的小夜灯。

 

 

 

 

操作功能说明和实物图片：

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通过短按(小于0.5秒)触摸按键，可以轻松地开关灯光。

当灯光开启后，长按触摸按键将启动无极调光功能，可以自由调节亮度。调光完成后，芯片会自动记忆所选择的亮度。

当下次开灯时，灯光亮度将平滑上升至记忆的亮度，以避免突然的强光刺激眼睛。

 

【PCB_1客厅窗户阳光 】：

 

【PCB_2孤楼繁星】:

 

 

 

 

PCB板实现灯光画效果的原理：

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可以简单地将PCB板看作由丝印层、阻焊层、铜箔层和基板组合而成。每一层都有独特的透光和反光特性，通过巧妙地组合叠加，结合背面的光源，就可以实现丰富多彩的视觉效果。

 

更详细的原理说明和灯光画设计技巧请查看视频：

 

 

 

 

 

画面部分设计简介：

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以FR-4为基材的双面PCB灯光画 画面部分设计可以分为两部分：开灯前的画面设计 和 开灯后的画面设计。

 

开灯前的画面设计主要在PCB灯光画的正面进行，注意这里所说的PCB灯光画正面指的是用线条作画的一面，不是指PCB版图中的顶面。

通常，为了方便电路元器件的布局布线，建议将PCB灯光画的正面设置在PCB版图中的底面，利用底层丝印层，底层阻焊层，底层金属层等进行作画。

 

考虑到免费打样参数的限制，通常我们需要使用单色组焊，以嘉立创紫色阻焊为例，通过组合和叠加不同层的反光特性，我们可以得到以下几种可供作画的颜色：

1.底层丝印层的白色   ；

2.底层金属层和底层阻焊层叠加产生的亮紫色   ；

3.单独的底层阻焊层的暗紫色   ；

4.底层金属层和底层阻焊层开窗区域叠加，使底层金属外露，再经过喷锡或沉金工艺处理产生的具有金属光泽的银色   或金色   ；

5.单独的底层阻焊层开窗区域，使FR-4基板外露，呈现出黄色   。黄色的深浅与阻焊颜色、PCB板厚度等因素有关；

 

需要注意的是对于光线反射或吸收较强的白色或黑色阻焊，上述第2,3条产生的颜色几乎没有区别。

 

在开灯前的画面设计中，建议采用简洁美观的线条来绘制，类似于简笔画的效果。这种设计方式更有利于与开灯后的画面形成鲜明的对比，可以更好地衬托出开灯后画面的细节和色彩，为观众带来更加丰富的视觉体验。

 

 

开灯后的画面设计

（资料整理中，将尽快完善）

 

 

 

 

素材来源介绍：

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【PCB_1客厅窗户阳光 】：

工程使用的灯光画素材图纸可以在附件（艺术家Hwang Seontae创作的灯光画素材.zip）中下载，其中也包含了其他几份整理好的素材图纸。

更多类似的灯光画素材可以查看下面的链接：

B站up主@微分梦想家，B站up主@小黄鱼Boy分享的素材链接：https://www.aliyundrive.com/s/Wu2tYjdaXi8

B站up主@红色影子3分享的素材链接：https://www.bilibili.com/read/cv24306908/?from=search&spm_id_from=333.337.0.0

 

更详细的说明请查看视频：

 

【PCB_2孤楼繁星】:

灯光画的原始素材来源于B站UP主 @龍柏山人 分享的壁纸：https://www.bilibili.com/video/BV1sk4y1k73b (壁纸图片链接在视频简介和评论区)

PCB灯光画设计所用的Photoshop工程文件请查看附件。

 

 

 

 

电路设计：

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PCB灯光画的核心在于PCB板结构，而电路设计则具有多样性，不同的电路可以实现不同的功能。

在本工程中，我们的电路设计主要着眼于降低成本并方便新手小白进行复刻。

工程中提供的电路设计仅供参考，您可以根据自己的需求进行修改，充分发挥创意。

 

供电部分，我们选用了USB Type-C接口，可以使用常见的USB A to C线进行供电。同时，为了便于测试，我们预留了排针排母接口，可使用杜邦线进行连接。

同时，预留的排针排母接口还具备扩展连接的能力，例如：连接使用TP5400锂电池充放电管理芯片设计的充电扩展板，以满足需要充电使用的应用场景(在下文  [扩展功能] 部分介绍)。

 

在照明部分，我们采用了SS8050三极管来控制6根26mm陶瓷LED灯丝。这些陶瓷LED灯丝具备360度的发光能力，能够提供全方位的光线照明效果。

 

灯光控制部分的核心是8022W触摸调光芯片。这款芯片能通过输出PMM信号控制LED的亮度，只需一个触摸按键，即可实现带亮度记忆的无极调光功能。同时PCB板还兼容SGL8022W和PT8022W芯片，三种芯片功能基本相同，可以根据哪种芯片更容易购买到来进行选择。

 

8022W典型应用电路图中的OPT1和OPT2为调光模式选择引脚。OPT1接VDD，OPT2接GND即为选择亮度记忆无极调光模式。

 

 

 

 

PCB工艺与下单：

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【PCB_1客厅窗户阳光 】：使用以FR-4为基材的双面PCB，1mm板厚，白色阻焊，黑色丝印，PCB板尺寸 长10cm 宽10cm。

【PCB_2孤楼繁星 】：使用以FR-4为基材的双面PCB，1mm板厚，嘉立创紫阻焊，白色丝印，PCB板尺寸 长10cm 宽10cm。

 

PCB打样生产优惠券(1-4层喷锡EDA专用券)领取网址：https://www.jlc.com/newOrder/#/collectCoupons

 

两幅PCB灯光画的尺寸均在10*10cm以内，使用优惠券后，可以在嘉立创免费打样生产，下图是免费下单界面工艺参数选项。

 

【PCB_1客厅窗户阳光 】:

 

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【PCB_2孤楼繁星 】：

 

 

 

 

元器件购买：

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不含充电扩展板元器件，充电扩展板元器件请在下文 [充电扩展板介绍] 章节查看。

 

成本统计：

从零开始买齐物料大约需要25元(含8元运费)。

每套只算物料耗材成本约5.5元(不含运费、PCB板、充电扩展板物料和锂电池)。

 

购买渠道：

1.立创商城：

除了26mm陶瓷LED灯丝外，其他物料都可以在立创商城一键购买，均使用嘉立创SMT基础库或扩展库支持的元器件。

物料清单(BOM)请查看附录，上传至立创商城可一键下单，物料1套约33元，5套约40元(不含陶瓷LED，陶瓷LED需淘宝购买)。

 

 

2.淘宝：

所有元器件都可以在淘宝搜索购买到，淘宝价格相对便宜，第1套约25元(含8元运费)。

物料淘宝购买链接(价格有波动，仅供参考):

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店铺：强诚照明
物料约2.1元，运费约5元
 
LED陶瓷灯丝26mm 3v暖白(每套需6个，建议购买8个及以上)：https://m.tb.cn/h.5LQgKuHpFqmPJBS?tk=SJS3W6xVibJ
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店铺：深圳市博源瑞达电子
物料约0.6元，运费约1元
 
SGL8022W 触摸调光芯片(每套需1个，建议购买2个及以上)：https://m.tb.cn/h.5p4q8mNqqVj3dwM?tk=lm4hW6xW6kv
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店铺：深圳市华源芯电子
物料约1.54元，运费约2元
 
2.54mm间距2*2P立式SMT贴片排母(每套需5个，建议购买7个及以上)：https://m.tb.cn/h.5oxohy9gTXOQ8uY?tk=JGwLW6xVRpt
2.54mm间距2*2P立式SMT贴片排针(每套需5个，建议购买7个及以上)：https://m.tb.cn/h.5p4IS5yaNAVvnIJ?tk=ha2yW6xeAkR

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店铺：深圳市优信电子
物料约12.74元，满6.6包邮
 
SS8050三极管：https://m.tb.cn/h.5oxnWjchYkUltw4?tk=1bcmW6x3WfH
Type-C母座 6P简易型 4固定插脚(每套需2个，建议购买3个及以上)：https://m.tb.cn/h.5pf0xe23Isk8hcM?tk=qWU6W6xkzdS
0805贴片电阻 47Ω：https://m.tb.cn/h.5p4JMUdGtkybFyZ?tk=mdF1W6x3RSZ
0805贴片电阻 1KΩ：https://m.tb.cn/h.5oxnsiPmJUAYuBr?tk=jfhRW6x3bzL
0805贴片电阻 47KΩ：https://m.tb.cn/h.5oxMhcuuhkuwQC4?tk=nblOW6x30mV
0805贴片电容 10NF (103K) 50V：https://m.tb.cn/h.5oxnCiR11zH6mV3?tk=IYaiW6x3ZZx
0805贴片电容 100NF (104 ) 50V：https://m.tb.cn/h.5LQgKkspVPMFMri?tk=jwBEW6xe2xh
0805贴片电容10uF(106) ±10% 25V：https://m.tb.cn/h.5oTlBzAFHC8oXKB?tk=B85iW6xSeCr

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焊接和组装：

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考虑到新手小白的情况，PCB设计时特意采用了大体积的元器件封装，并增加了元器件之间的间距，以方便使用电烙铁和焊锡丝等基础工具进行焊接。

在开始焊接之前，请确保准备好所需的元器件、镊子、电烙铁、焊锡丝、助焊剂等。同时推荐使用酒精或洗板水对电路板进行清洁。

 

更详细的焊接和组装步骤请观看视频：https://www.bilibili.com/video/BV1SC411B7Vx

 

以下是可供参考的焊接步骤，其中1~12步为必须的步骤，仅需要焊接10种共25个元器件就能实现的无极调光功能。

13~15步为外壳焊接和组装，大家可以自行选择是否需要外壳。

 

焊接组装步骤：

1.取一张PCB作画面板,焊接SGL8022W或8022W或PT8022W芯片。

尽量选择在透光区域红色图标较少的PCB板。

 

2.焊接R9 47kΩ电阻(若用立创商城买的8022W或PT8022W则跳过此步)。

 

3.焊接R7、R8、R10三个1kΩ电阻。

 

4.焊接R1~R6五个47Ω限流电阻。

 

5.焊接C1~C5五颗电容。

 

6.焊接Q1、Q2两个SS8050三极管。

 

7.焊接USB1母座。

 

8.除LED外其余元件已经完成焊接，使用酒精或洗板水清理PCB板。

红框内元器件不用焊接。

忽略上图中的R11电阻，新版PCB经过修改，已经删除了R11。

 

9.用万用表测量+5V与GND间是否短路，确认没有短路后进行下一步。

 

10.将一个26mm陶瓷LED灯丝的引脚弯折，并焊接。(陶瓷LED灯丝正负极区分，引脚弯折方式请参考下面的图片)

 

11.插入USB供电线,接通电源,测试能否正常点亮LED。

 

12.焊接剩余的陶瓷LED灯丝,并测试调光功能是否正常。

至此，所有必须的共25个元件已经焊接完成，已经可以实现亮度记忆无极调光功能，剩余的皆为可选步骤。

 

13.在H1、H2、H3、U2、U3的焊盘处焊接贴片排针，注意焊接要牢固。

 

14.取出另一张没有焊接元件的PCB作为背板,在其H2、H3、U2、U3的焊盘处焊接贴片排母，注意焊接要牢固。

 

15.将焊好的画面板和背板水平翻转拼合在一起。(拼装结构请观看视频或参考下文 [尺寸与结构] 部分)

 

16.在完成所有步骤后，你可以按照自己的喜好来装饰一下外观。

例如：在侧面粘贴透明或半透明胶带，在背面粘贴支架，在按键出粘贴荧光贴纸，或者使用3D打印一个外壳。

 

 

 

 

结构与尺寸：

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焊接完成后，我们可以得到两种画面板和两种背板，非别是：

两种画面板：【客厅窗户阳光画面板】，【孤楼繁星画面板】。

两种背板：【普通背板】，【充电扩展板/简易灯光背板】。

均为边长100mm，带半径5mm圆角的圆角正方形PCB板，板厚1mm，四角各有一个直径3mm的M3螺丝孔。

 

 

 

大家可以根据喜好和需求自由选择其中一种画面板和一种背板进行组合，并按照下图所示的方法进行水平翻转拼接。

 

 

组装好的灯光画近似为 长100mm 宽100mm 厚14mm 的长方体，上下两层PCB板厚均为1mm，两层PCB板间距12mm，结构与尺寸如下图：

 

 

 

 

 

 

 

 

充电扩展板介绍：

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充电扩展板焊接演示视频：https://www.bilibili.com/video/BV1Ht421P7V8

 

针对之前版本充电电路存在的严重啸叫问题，对电路和PCB板重新进行了设计，将啸叫降低到了可接受的范围内。然而，当电池电量接近耗尽、电压较低时，目前的电路仍会出现明显的啸叫现象，大家可以帮忙继续改进一下电路。   

 

新设计的【PCB_0_B_充电扩展板/简易灯光背板】的电路可以分为三个部分：

TP5400锂电池充电和5V升压电路部分（下图中绿色标记区域）；

机械连接用的排针排母接口部分（下图中紫色标记区域）；

8022W触摸调光和LED照明部分（下图中黄色标记区域）；

 

元器件均采用了较大体积的封装，方便使用电烙铁等基础工具进行焊接。

如果之前已经焊接好了非充电版的PCB灯光画，那么就只需要焊接充电升压和连接用排针排母部分，即图中标为绿色和紫色的器件即可。

 

1.充电扩展板工艺参数：

【PCB_0_B_充电扩展板/简易灯光背板 】：使用以FR-4为基材的双面PCB，1mm板厚，白色阻焊，黑色丝印，PCB板尺寸 长10cm 宽10cm。

 

2.充电扩展板元器件购买：

上文 [元器件购买] 章节列出的物料淘宝链接已经包含了大部分充电扩展板所需的元器件。

以下仅列出需要额外购买的元器件链接。

物料淘宝购买链接(价格有波动，仅供参考):

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店铺：深圳市优信电子
物料约24元，满6.6包邮

 

TP5400 锂电池充电和升压控制芯片(每套需1个，建议购买3个及以上)：https://m.tb.cn/h.gYp98MC979YNnea?tk=N5pYWsLtIly
1210贴片电阻 0.3R(R300) 300毫欧姆：https://m.tb.cn/h.gbCLJ8UxpuclKFm?tk=yPQqWsLGz2b
0805贴片电阻 51Ω：https://m.tb.cn/h.gbPm1OHeqEXWv9C?tk=ReXBWsLtDel
0805贴片电阻 5.1KΩ：https://m.tb.cn/h.gb0dJYpU5hWVIja?tk=idqeWsLuTjv
0805贴片电容 50V 1UF：https://m.tb.cn/h.gbPmvc0mXRd2idk?tk=WUy7WsLtOqt
0805贴片电容 25V 22UF：https://m.tb.cn/h.gbCL0aeCIMJhNWB?tk=oSYMWsLGUzF
贴片铝电解电容 16V 470UF 体积 8*10.5MM(每套需1个，建议购买3个及以上)：https://m.tb.cn/h.gbCL5OqAdbz90Xz?tk=7NVpWsLGCIU
1206贴片LED灯 红色：https://m.tb.cn/h.gbCoXbTXOq11Q8Q?tk=IJnxWsLtgiz
1206贴片LED灯 绿色：https://m.tb.cn/h.gYp9fuJY4kZiSiD?tk=XHOMWsLtdTY
DSK-34 贴片肖特基二极管：https://m.tb.cn/h.gbPM1JLkZBgHI1s?tk=OyCLWsLG8ES
SMFJ6.0CA 双向TVS瞬变抑制二极管(每套需2个，建议购买4个及以上)：https://m.tb.cn/h.gbPMUmK9uzgNpgN?tk=TuyWWsLGwrR
MSK-12C02 拨动开关 贴片 7脚两档：https://m.tb.cn/h.gb0XHGdxvIfsykE?tk=SfrcWsLttf3

 

以下0630贴片电感有时会缺货，可以用0530贴片电感替代：
0630一体成型贴片功率电感 10uH：https://m.tb.cn/h.gYpQv7aB90dedDs?tk=vcmqWsLtni3
0530一体成型贴片功率电感 10uH：https://m.tb.cn/h.gYp96zOW7H3Bnql?tk=DpnMWsLt6t2

 

以下两种LED都可以使用，任选一种购买就好：
3528/1210 贴片LED灯 正白光：https://m.tb.cn/h.5xAMnKB2D8SXkoj?tk=tf5qWMVT6ll
3528/1210 贴片LED灯 暖白光：https://m.tb.cn/h.5DUt0456Z2BLXd2?tk=8KEuWMVgJFl

 

位号为R27的电阻需要根据电池容量选择阻值(详见下文电池选型部分)，若不确定将要使用的电池容量，可购买以下电阻包：
0805贴片电阻包（620Ω-12KΩ）共25种每种20只：https://m.tb.cn/h.gYpmwSoMHaifc9u?tk=vGAyWsLwcSh
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店铺：深圳市华源芯电子
物料约1.54元，运费约2元
 
2.54mm间距2*2P立式SMT贴片排母(每套需6个，建议购买8个及以上)：https://m.tb.cn/h.5oxohy9gTXOQ8uY?tk=JGwLW6xVRpt
2.54mm间距2*2P立式SMT贴片排针(每套需6个，建议购买8个及以上)：https://m.tb.cn/h.5p4IS5yaNAVvnIJ?tk=ha2yW6xeAkR

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3.电池选型：

推荐容量3.7V 400mAh~500mAh的软包锂电池，尺寸需满足要求。 (例如：立创商城商品编号C426306的500mAh 802035锂电池)。

淘宝和立创商城都能买到，价格大约在6元~12元。

电池引出的导线长度建议在26mm以上，如果太短可能需要焊接延长线。

必须购买带保护板的软包锂电池。

 

软包锂电池最大尺寸：

最大厚度：12mm

最大宽度：20mm

最大长度：37mm

 

位号为R27的电阻（即下图中的RPROG）用于设定充电电流，请根据电池的最大充电电流自行调整R27的阻值。

通常软包锂电池的充电电流建议设置为其标称容量的一半。（例如：标称3.7V 500mAh的软包电池，建议充电电流250mA左右）

 

 

存在的问题和后续改进：

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当前版本的充电扩展电路已经将啸叫声降低到了可接受的范围内，但在电池快没电电压较低时仍然会出现明显的啸叫声音，需要大家帮忙修改。 

经过改进的PCB灯光画开源工程，改进后的电路能够适配更复杂的画面了：

【PCB灯光画-无极调光小夜灯】