DIY 8路供电中控系统

DIY 背景

相信大家总有一些家用电器需要集中从一个插线板上取电的情况，比如说我家的写字台。我家写字台上有一个插线板，需要取电的电器却有很多：无线路由器、饮水机、笔记本电脑、低音炮、台灯、打印机、电视机等。桌面上难免会堆放很多电源插头，一不注意，这些乱七八糟的电源插头还有可能掉到桌子下面。图5.1所示就是以前电源插头乱七八糟的样子。于是我想，能不能把这些各式各样的电源插头隐藏起来，通过一个简单的控制面板就可以方便、快捷地控制这些电器的供电呢?

图5.1 乱七八糟的电源插头原样

DIY 构想

由于ULN2803芯片内部集成保护二极管，非常适合驱动继电器，因此，本次DIY选用ULN2803芯片驱动250V继电器，并选用STC90C58RD+单片机作为核心处理芯片。另外，为了使整个DIY作品更加有“品位”，我还选用了JR8626专业8键电容触摸芯片作为触摸信号处理芯片，配合“定制”的8键触摸板，就可以实现通过电容式的触摸独立控制多个电器的电源了。这样，桌面就可以和那些乱七八糟的电源插头说再见喽!图5.2所示为控制电路的原理图和系统工作原理示意图。

系统工作原理示意图

图5.2 控制电路原理图

开始 DIY 吧

准备两个带独立控制开关的4×3孔插线板。当然，你也可以准备一个带独立开关的8×3孔插线板。这里之所以要用带独立开关的插线板，是因为我们可以把原来按键开关拆掉(见图5.3)，把DIY用的继电器放在原来按键开关的位置，剪断原来的火线，焊到继电器的开关端上。将8只继电器线圈的一端通过导线焊在一起，作为8只继电器的共阳端，继电器线圈的另一端分别焊上一根导线，作为8只继电器的阴极，这样，就可以通过5V低压来控制220V用电器的闭合与断开了。因为有8根阴极线，1根共阳线，共9根线，所以在本次DIY中，我使用的是标准的DB-9接口，也就是台式电脑上的串行接口。图5.4所示就是将8只继电器焊好以后的效果。用PCB的下脚料固定两个插线板的背板，将两个插线板合二为一(见图5.5)，插线板的供电和被控部分就完成了。图5.6所示为继电器控制端口的特写。

图5.3 把原来插线板的按键开关拆掉

图5.4 焊好8路继电器，并布好控制线，插线板改造基本完成

图5.5 两个插线板合二为一的效果

图5.6 继电器控制端口的特写

图5.7 将芯片转焊到SSOP转DIP的转接板上

下面说说触摸控制芯片。因为JR8626电容触摸芯片为SSOP24封装，所以首先将芯片转焊到SSOP转DIP的转接板上(见图5.7)，这样的话，方便前期的调试，表5.1是该触摸芯片的一些技术资料，其引脚图如图5.8所示，该芯片的应用电路原理如图5.9所示。

图5.8 JR8626 电容触摸芯片引脚图

表5.1 JR8626 专业电容触摸芯片引脚说明

表5.2 8级灵敏度调节开关选择电平对应表

备注：SLE3、SLE2、SLE1 这3个引脚内部有上拉电阻，系统默认为111 时，灵敏度最高，可以感应的面板厚度最厚;3个引脚均接地时，灵敏度最低，可以感应的面板厚度最薄(更改灵敏度值后，需重新上电才可生效)。

图5.9 电容触摸芯片 JR8626 应用电路图

整个控制系统的框架如图5.10所示，由触摸板作为输入源，将手指触摸操作的电容变化传送到JR8626触摸芯片，然后将电平的变化输出给单片机的对应引脚。通过程序的检测和控制，针对ULN2803输入针脚和LED指示灯针脚进行相应的电平变化，从而完成“触摸输入→程序判断→继电器驱动& LED指示灯驱动”的一系列控制功能。

图5.11所示为控制板的PCB，包含单片机、触摸芯片和ULN2803芯片等。另外，本次DIY采用外置5V/1A电源模块供电，所以在控制板上加入一片LM7805稳压芯片，配合限流电阻，保障提供给单片机等部分的电压稳定和纯净，从而减小由于电压不稳定对系统造成的影响。图5.12为触摸板的PCB图样，利用PCB上的铜箔作为电容触摸按键的电极，连接触摸管理芯片的输入端，通过JR8626芯片自带的8级灵敏度调节(见表5.2)，准确地感应各个按键上的电容变化，稳定地将触摸信号传送给单片机进行程序判断和处理。由于采用8050贴片LED作为继电器的闭合指示，所以LED指示灯的驱动电流较小，可以利用单片机的P2端口，直接通过将端口置1，驱动点亮共阴极的8只LED指示灯。

图5.10 程序控制图

图5.11 控制板 PCB 图

图5.12 触摸板 PCB 图

本次DIY采用感光方法制作PCB，图5.13所示为经过覆铜板打磨、涂油墨、油墨固化、菲林纸反色打印、曝光、显影、蚀刻、去膜后的PCB。

做完PCB，接下来，当然是打孔、焊接了，如图5.14所示。

经过一系列的制作过程，把所需的元件焊好后的控制板终于完成了，如图5.15所示。

下面开始做触摸板。利用蚀刻好的PCB覆铜的位置作为电容触摸的感应电极，在LED位置焊上LED指示灯，图5.16所示便是制作完成的触摸板PCB了。

准备台式外壳。一般电子市场都会有卖，价格在8～15元，在壳体适当的位置安装250V船型开关，如图5.18所示。

用透明的菲林纸打印“定制”的触摸板图样。在外壳触摸板上对应PCB的LED指示灯的位置，打上8个孔，并用热熔胶填充，以便光可以很柔和地透出来。用双面胶把焊好的PCB和壳体粘牢，再贴上打印好的触摸板的图样，触摸板就搞定了，如图5.19所示。

图5.20所示为完成后的触摸板，通电测试一下LED指示灯，8个触摸按键分别表示：无线路由器、饮水机、低音炮、打印机、电视机、笔记本电脑、台灯、扩展用的插线板。

把做好的触摸板和控制板用排线焊好后就可以调试了，如图5.21所示。

图5.13 制作完成的PCB

图5.14 打孔

图5.15 已完成的控制板

图5.16 制作完成的触摸板

图5.17 电容触摸按键检测原理图

图5.18 台式外壳的样子

图5.19 触摸板半成品

图5.20 通电测试 LED 指示灯

图5.21 焊好的控制板和触摸板

图5.22 程序运行流程图

程序说明

系统加电后，单片机程序首先进行初始化，包括触摸信号监听端口、继电器驱动端口和LED指示灯端口的初始化等。然后，系统将持续监听触摸信号输入端口，当有触摸信号输入后，系统将延时约2s。延时的目的是为了避免误触摸操作，如果2s后仍有触摸信号，则立即将继电器和LED端口电平取反，原来断开的继电器闭合，同时LED指示灯点亮，蜂鸣器鸣响，反之同理。图5.22所示为程序的运行流程图。

图5.23 开始装控制器的外壳

图5.24 装好外壳的控制器

表5.3 制作所用元器件及材料

DIY电容式触摸板原理介绍

DIY中用到的电容式触摸板基本工作原理如图5.17所示，触摸检测部分主要包括电介质前面板、感应电极、采样电容器、触摸检测芯片。在本次DIY中，塑料外壳充当了电介质前面板的角色，而蚀刻后的覆铜板上的预留铜箔作为感应电极。当然，原理图中的采样电容器已经集成在JR8626触摸检测芯片中了，由JR8626电容触摸检测芯片持续地送出具有固定频率的脉冲信号，并不断检测采样电容器的脉冲变化情况，如果有手指等可以引起电场变化的物体接近或者触碰前面板时，就会引起电场的耦合，进而引起采样电容器上本来稳定的脉冲的变化。这样，采样电容器的脉冲变化就会被JR8626触摸检测芯片检测到，然后，在对应的输出引脚输出电平变化，传输给单片机相应的引脚，进行下一步的程序分析和处理。

图5.25 系统组建完成的作品

图5.26 整洁许多的写字台

把程序编译一下，烧写到单片机中，再调整一下触摸芯片的灵敏度，也就是有选择地将JR8626芯片的SLE1、SLE2、SLE3三个引脚接地，对应前面的灵敏度调节表，就可以使得触摸板的灵敏度适当了。我们将灵敏度值调到4，刚刚好，这样，基本的调试工作就告一段落了。下面就可以装外壳了。这里要注意的是，由于感应电流的作用，有些220V转5V的供电模块可能会对电容触摸检测过程造成影响，所以，装外壳时应使5V电源模块尽量远离触摸板。图5.23所示为开始装控制器的外壳。图5.24所示为装好外壳的控制器。

本次DIY所用到的主要元器件及材料见表5.3。

OK，相信大家已经彻底弄明白了整个控制系统的工作原理了吧，现在是时候让大家看看最后的作品了，如图5.25所示。因为把很多电源线和插线板都藏到了桌子后面，需要控制电器时，只需按住触摸按键约2s就可以打开或者关闭电源了。现在和以前的桌面比(见图5.26)，是不是整洁多了呢?大功告成!

安全提示

因涉及强电DIY，所以在改造插线板以及挑选继电器时应注意以下安全要点。

(1)要注意低压控制线和强电电源线的布线，应做到高压电和低压电的良好隔离，必要时可以将引线用热熔胶固定，在各焊接点上用热缩管绝缘，严格避免短路等故障的发生。

(2)要注意继电器的选择，如果继电器选择不符合需要，就会损坏继电器甚至用电器。因为我们要接入的是220V的市电，而家用电器的功率一般不会超过1500W，根据P(功率)=U(电压)×I(电流)，我们可以知道，一般家用电器的工作电流不会超过6.8A。当然，如果电路中存在大功率用电器的话，就要另行考虑了。所以，建议选择标称直流5V控制交流250V、7A的继电器就可以满足要求了。