#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)

创建时间:10个月前

项目主题:智能家居

视频

  • JLC第五届#多功能调光_主控板演示.mp4

  • JLC第五届#多功能调光_台灯控制演示.mp4

描述

<p>注:*为必填项。</p> <p>【请在报名阶段填写 ↓】</p> <p>*  1、自我/团队介绍</p> <p>软件工程师与电子工程师的团队。</p> <p>*  2、简要介绍项目</p> <p>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。</p> <p>【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。</p> <p>1.1控制板PCB(双面板) <img src="//image.lceda.cn/pullimage/VjsfYuOU47ed3vpGxxfuDbRSnGSLDyl2YwAufHSF.jpeg" alt="PCB_top.jpg" /><img src="//image.lceda.cn/pullimage/Ol1wCYFEnmrxFIcCCjpYV71AUWvUMSkccr9UorMz.jpeg" alt="PCB_bottom.jpg" /></p> <p>*  2、描述项目所面临的挑战及所解决的问题</p> <p>2.1挑战:</p> <p><strong>样板的设计制作</strong> (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!)</p> <p><strong>低成本方案的选取</strong> (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)</p> <p><strong>小型化的考虑</strong> (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。)</p> <p><strong>定制灵活的考虑</strong> (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))</p> <p><strong>应用拓展</strong> 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。</p> <p>2.2解决的问题:</p> <p>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。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/3Q4yexi4bhCTHaRiMMwEDJyHPS41TuahPBaDgPEB.png" alt="LDO.png" /></p> <p>< br> 2.2.1 MOS管驱动电路的调试,Vgs的调控。</p> <p>(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)</p> <p>2.2.2 复合MOS管的使用。</p> <p>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。</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/DEjFBLPcV1fZsh1dfKlbNknyRi9XEC2joqO49XLa.png" alt="分立MOS驱动.png" /></p> <p>复合MOS(注意D极和S极不要接反,PMOS的S极需要接Vcc):</p> <p>< br> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/WM4Cq96PrZbG3kAaVOXE5XFtp5iCaSUqBQ9jXvz3.png" alt="复合MOS驱动.png" /></p> <p>< 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<strong>C9</strong>和<strong>R7</strong>,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。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/43FVx74Hd6mNnseP94RetTa7tJ1lXpI4byCOa0rn.png" alt="触控模块.png" /></p> <p>2.2.4 PWM信号的考量(频率,占空比)</p> <p>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。</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/bmdYFqujtdBal3gSdr81vOa94tAcwpd9m4VSN2jP.png" alt="主控模块.png" /></p> <p>< br> < br></p> <p>*  3、描述项目硬件、软件部分涉及到的关键点</p> <p>3.1.1功能的实现</p> <p>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。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/1TR5qmAuYqzUSXdESWAqoVlkDgICHQeaHBPh4kZO.png" alt="基本功能示意图.png" /></p> <p>< 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)</p> <p>3.1.2硬件的选型</p> <p>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。</p> <p>3.1.3对于灯具的适配以及厂商定制的灵活性的考虑</p> <p>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。</p> <p>3.1.4 离线语音识别模块</p> <p>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> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/cDjIh0EClrgpZYWKESZmnHaPtVTvADEcAJEaEtPC.png" alt="语音模块.png" /></p> <p>< br> 3.1.4 软件的考虑事项</p> <p>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:</p> <p>1. 触控IC输出的信号读取识别</p> <p>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。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/TZZXUF1pUoi3kmNMLJCTgi2ANSVAJUOaDQWIJmiT.png" alt="触控输出.png" /></p> <p>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。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/2hqSczImdIDpK90aNnsxaQ2QiSavhpsVUEg1NPFR.png" alt="IR接收.png" /><img src="//image.lceda.cn/pullimage/MY8UrmMa45esy6SVbT7K3HNNDkwwG9JVuu5vV86F.png" alt="IR接收波形.png" /></p> <p>< br> 3.语音信号的输入与读取</p> <p>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。</p> <p>< br> 4.PWM信号的输出(驱动信号)</p> <p>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。</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/EFyOLJekHF1V8toMs6rzyztqIV81duIAVTalIzk8.png" alt="PWM code.png" /></p> <p>4. 功能的实现(开关,调光(PWM),模式控制)</p> <p>(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。</p> <p>(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。</p> <p>(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。</p> <p>< br></p> <p>*  4、项目材料清单展示(下列电容电阻封装均为1005(0402))</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/yg4MYgzKlb53TY31RnTGnoPMxippw0hSdxDuSpXh.png" alt="BOM.png" /></p> <p>< br> < br> *  5、项目图片上传</p> <p>5.1、PCB上印制大赛logo图片,若无视为放弃参赛</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/5YW90njfq1XTl6gRjg4WplWw8u4i5jNhAhskT2lG.jpeg" alt="IMG_20200911_141959.jpg" />           5.2、项目其它图片 铭板+PCB=模块产品</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/D1vJcGzRPJ0vdWhvEwDFDqBYYLfKCbtaAMOaiHbo.jpeg" alt="模块成品正面" /><img src="//image.lceda.cn/pullimage/UsyPLdWEl9tJ7n4FkCXdBSjUxjf7cKTIm3nKpYKA.jpeg" alt="IMG_20200911_122207.jpg" /><img src="//image.lceda.cn/pullimage/ADmpfYY6KN0wCi9HYwdGbQhjZxLztWOMdF7mXlxX.jpeg" alt="IMG_20200911_141946.jpg" /></p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/yOhF3Dgpu2kve4lvwDcG9Z3YOq3hTVF83ZOAsYEr.jpeg" alt="IMG_20200911_141922.jpg" /></p> <p>冷暖光灯切换演示(详见演示视频)</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/uwlW0XyYK7DsVMKWNl9nAMEIXHJGbFGLFU2sPpZo.jpeg" alt="IMG_20200912_133804.jpg" /><img src="//image.lceda.cn/pullimage/syMiUKJZHXKwgBkAbAClCg1QKLCuPo3AEISOqlJ4.jpeg" alt="IMG_20200912_133800.jpg" /></p> <p>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)</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/jbqRljg29CAobspZ0E9LWhen7NTcp1lxyUWqoeUD.png" alt="完成品.png" /></p> <p>*   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)</p> <p>< br> 6.2、B站视频标题和链接</p> <p>JLC第五届#多功能调光_主控板演示 <a href="https://www.bilibili.com/video/BV1dz4y1o7NT/" target="_blank" rel="noreferrer noopener">https://www.bilibili.com/video/BV1dz4y1o7NT/</a>< br> < br></p> <p>JLC第五届#多功能调光_台灯控制演示 <a href="https://www.bilibili.com/video/BV1ST4y1w7oU/" target="_blank" rel="noreferrer noopener">https://www.bilibili.com/video/BV1ST4y1w7oU/</a>< br> < br> < br></p> <p>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 <a href="https://www.bilibili.com/video/BV1pK4y1a7Up/" target="_blank" rel="noreferrer noopener">https://www.bilibili.com/video/BV1pK4y1a7Up/</a>< br> < br> < br></p> <p>< br> 注意事项:</p> <p>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;</p> <p>②:视频上传:请同步上传至大赛官网和B站(<a href="www.bilibili.com">www.bilibili.com</a>),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;</p> <p>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></p> <p>< br> *  7、是否首次公开发布</p> <p>首次公开发布。</p> <p>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</p> <p><em>  8、开源文档 </em>  9、参考文献</p> <p>< br> 点击链接了解更多详情:<a href="https://www.szlcsc.com/go/dsxq" target="_blank" rel="noreferrer noopener">https://www.szlcsc.com/go/dsxq</a></p>

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Core FW.pdf
LED调光_Shilan_20200904_bom.txt
DemoCode_20200908.zip
电路_IR四按键 LED调光板_20200904_2.pdf
S板_修正20200907.zip

评论(6)

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LCDS 回复

记得上传相关视频至大赛官网和B站哟!

Weite 回复

@LCDS 视频已上传,还有一些开源资料稍后会添加

jixin001 回复

这个不错啊,语音方案多少钱?语义识别是怎么配置的?

Weite 回复

@jixin001 谢谢关注!语音模块十元左右吧,识别相关都有配套支持,应用并不复杂。

LCDS 回复

“GD32杯”第五届立创电子设计大赛【网络人气TOP榜单】更新中,入榜TOP10将获得1000-5000元奖励,详见:https://diy.szlcsc.com/posts/77584d2f66a34eed97ebf5ae488004fb

LCDS 回复

恭喜您的项目在第五届立创电子设计大赛中获得优胜奖!

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