【应用】基于EFM8SB1 8位单片机和Si1141环境光传感器的单火线触控面板开关方案
单火线开关面板是智能家居系统中最基础的控制单元。由于技术所限，小功率（＜1W）的LED灯容易出现辉光闪烁现象，俗称“鬼火”现象。究其原因，多为开关电路功耗过高，关态电流太大导致。辉光闪烁的本质是LED灯处于“启动-欠压保护”的循环状态，会对灯泡的使用寿命造成严重的影响。
针对以上问题，我们设计一套基于SILICON LABS的EFM8SB1系列超低功耗单片机的单火线触摸开关方案，原理简图见图1。电路由：双向可控硅开关电路、单火线低功耗电源电路和超低功耗单片机系统三部分组成。
图1 单火线开关原理简图
双向可控硅开关电路由大功率双向可控硅和光电可控硅组成固态继电器结构，其功能是接受单片机控制信号驱动交流负载。
单火线低功耗电源电路分三部分组成：待机AC-DC电源、寄生电源和LDO级。开关待机时，5V工作电源由超低功耗非隔离AC-DC提供，开关接通时，5V工作电源由双向可控硅门极提供的寄生电源提供。5V工作电源汇合后经由超低功耗LDO降压至3.3V，为MCU控制系统提供电源。
超低功耗单片机系统由8位单片机EFM8SB10为核心控制单元，辅以SI114x环境光手势传感器、STN-LCD段码模块、指示LED和多路电容触摸按键构成智能控制系统。EFM8SB10是EFM8 Sleepy Bee系列的代表，主打超低功耗，具备卓越的内核低功耗工作性能和快速唤醒特性，外设功能丰富且功耗控制灵活。在本方案中，我们采用EFM8SB10的capsense模块和电容测量通道连接了6个触摸按键，通过GPIO驱动2组LED用于触摸按键位置的指示，通过I2C总线连接Si1141光学传感器，通过SPI总线连接STN-LCD段码液晶屏模块。
由于单片机侧的整体功耗较低，使得从单火线电源消耗的电源大幅减小，开关面板样机实测控制0.5W以上的LED灯不会出现任何“鬼火”现象，操控体验灵敏准确，反馈效果良好。产品样机见图2。
图2 86型智能开关盒产品图
得益于EFM8SB10低功耗性能和丰富的功能，本方案具有以下特点：
1， 具有硬件I2C总线，通过总线外扩Si1141实现环境光检测和临近检测，开关面板在检测到人体或人手接近开关面板时，会根据环境光线的亮度决定是否点亮触摸按键的位置指示LED。此设计在环境较暗的情况下更容易精确操作触摸板，实际体验非常好。对于一款主动式光学传感器来说，Si1141的功耗控制非常好，间歇工作平均电流仅10uA。
2， 具有多达14个电容测量通道，本方案中使用6个通道做触摸按键，无需专用触摸芯片，触摸动作识别准确，响应迅速。最重要的特性是最低触摸检测电流仅1uA，几乎可以忽略不计。
3， 具有硬件SPI总线，便于扩展LCD显示模块，人机界面更加友好。
4， GPIO驱动能力强，灌电流驱动能力可达12.5mA，直接驱动多个小电流LED毫无压力。
5， 内置RTC时钟模块，不但可以作为MCU的自动唤醒定时器，还可以用于实现开关面板的精确定时功能。睡眠模式下RTC的功耗仅0.8uA。
6， 具有超低功耗性能，本方案中设置单片机主时钟为LPOSC0，工作于内部20 MHz时功耗仅2.8mA，单片机系统侧开启电容检测和光学传感器的情况下，睡眠待机电流仅20uA，优于其他方案。
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SILICON LABS EFM8 Sleepy Bee 8-bit Microcontrollers选型表
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产品型号
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品类
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MCU Core
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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RAM (kB)
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Dig I/O Pins
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ADC 1
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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PCA Channels
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Comparators
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UART
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SPI
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I2C
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HS I2C Slave
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I2S
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EMIF
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CAN
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LIN
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Vdd min（V）
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Vdd max（V）
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Package Type
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Package Size (mm)
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Internal Osc.
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VREF
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Debug Interface
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Temperature Range (ºC)
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EFM8SB10F8G-QFN20
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Microcontroller
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8051
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25
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8
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0.5
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16
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12-bit, 9-ch.
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Temp Sensor
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4
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3
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1
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1
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1
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1
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0
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0
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0
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0
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0
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1.8
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3.6
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QFN20
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3x3
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±2
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VREF
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C2
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-40 to 85
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
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SILICON LABS 8-bit Microcontroller选型表
SILICON LABS 8位MCU选型，MCU Core 8051，频率20MHz~100MHz，Flash存储2kB~120kB，RAM存储0.25kB~8kB。
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产品型号
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品类
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系列
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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RAM (kB)
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Vdd min（V）
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Vdd max（V）
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Package Type
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Package Size (mm)
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Internal Osc.
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Dig I/O Pins
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ADC 1
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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PCA Channels
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DAC
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Comparators
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UART
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SPI
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I2C
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HS I2C Slave
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EMIF
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CAN
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LIN
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VREF
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Debug Interface
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C8051F392-A-GM
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8位MCU
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C8051F39x Small Form Factor
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50
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16
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1
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1.8
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3.6
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QFN20
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4x4
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±2
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17
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10-bit, 16-ch., 500 ksps
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Temp Sensor
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6
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3
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10-bit, 2-ch.
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1
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1
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1
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2
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0
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0
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0
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0
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VREF
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C2
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电子商城
品牌：SILICON LABS
品类：Proximity/Ambient Light Sensor
价格：￥17.3746
现货： 1,086
现货市场
服务
可定制板装式压力传感器支持产品量程从5inch水柱到100 psi气压；数字输出压力传感器压力范围0.5~60inH2O，温度补偿范围-20~85ºС；模拟和数字低压传感器可以直接与微控制器通信，具备多种小型SIP和DIP封装可选择。
提交需求>
可定制温度范围-230℃~1150℃、精度可达±0.1°C；支持NTC传感器、PTC传感器、数字式温度传感器、热电堆温度传感器的额定量程和输出/外形尺寸/工作温度范围等参数定制。
提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
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