起因

刷到不少"河流桌"的视频：整块木桌中间灌一条透明环氧树脂当"河"，河里埋 LED，手从桌面上拂过，扫过的位置亮起来，离开后又慢慢暗下去，像水面荡开的涟漪。市面上的做法基本两类：成品桌天价；DIY 的多是单片机（Arduino/ESP32）+ WS2812 + 红外对管/触摸传感器，一套下来要写代码、要调传感器阈值、要烧录，对不想碰固件的朋友不友好。

我想做一个纯硬件、零代码、模块化的版本：把"手过去灯亮、手离开灯灭"这个交互拆到一块块圆形小电路板上，单板 BOM 压在 2 块钱以内，整张桌子的电子部分 60 元封顶。整套方案就三样东西：一个单键触摸芯片 + 3 个三极管（NPN+PNP）+ LED 矩阵。

效果与整体架构

最终交互：手掌扫过桌面 → 被覆盖的圆板依次点亮（响应几十毫秒，跟手）→ 手离开后该板约 3 秒渐灭。板与板之间只有两根电源线，互不通信，天然形成"手到哪、哪亮"的跟随效果——这也是全硬件方案最妙的地方，不需要任何协调逻辑。

每块圆形 PCB 就是一个完整的最小单元，信号链：

1
2
3
4
5
6
7

环形感应盘 ──► TTP223（单键触摸芯片）──► Q1（NPN：开关 + 渐灭）
                                            │
                                            ▼
                          Q2(PNP) + Q3(NPN) 互补复合管（大电流高侧开关）
                                            │
                                            ▼
                                       LED × 8（本板照明）

为什么不用单片机

动手前先算账：

结论很直白：要的是"亮/灭"这种一比特的交互，模拟方案完全够，而且每块板独立、坏一块换一块。MCU 的可编程优势等想上全彩流水时再动（文末有升级路线）。

触摸检测：单键触摸芯片 TTP223

选 TTP223（通泰 Tontek，SOT23-6 封装，几毛钱一颗），市面上最烂大街的单键电容触摸芯片，资料多、兼容替代也多。

工作原理一句话：芯片内部持续测量感应盘对地的等效电容，人体是个对大地几十到几百 pF 的导体，手靠近感应盘时相当于把人体电容并联上盘，电容增量超过阈值输出就翻转。上电后有约 0.5 秒的自校准（以当时的环境电容为零点，上电时手别压在板子上，否则基准被带偏）；运行中长时间无触发也会周期性重新校准。

关键参数（手册口径）：

输出模式（瞬动/自锁、高/低有效）在裸片上由封装绑定决定，市售蓝色小模块的跳线默认"瞬动+高有效"——手在输出高、手走输出低，正是本方案要的。自己画板买裸片时，下单认准默认配置的后缀即可。

接近感应（非接触触发）怎么调：手指接触式的用法在这里不够，要手掌悬空 1~3cm 就触发，两个手段：

1. 感应盘做大——做成板边缘一整圈环形敷铜（约 3~4mm 宽），手掌覆盖面积大，电容增量就大；
2. CS 悬空用最灵敏档——隔着 23mm 环氧树脂再悬空 13cm，手掌可靠触发。

灵敏度和误触发是一对矛盾，具体平衡见踩坑一节。

三极管放大电路：3 颗管子各干什么

为什么芯片输出不能直接带 LED

先算账：本板 8 颗白光 LED，15mA/颗，合计 120mA。TTP223 的输出是 CMOS 结构，手册里 VOH/VOL 都是按 ±1mA 级负载标的，直接挂 120mA 轻则输出电压塌掉灯不亮，重则烧片。差了两个数量级，必须做电流放大。

三管分工

• Q1（NPN，S9013）——开关级 + 渐灭。基极挂一组 RC：手在时快速充满，手走后缓慢放电，让灯"渐灭"而不是"啪"地断电，这是河流桌"涟漪感"的灵魂。
• Q2（PNP，S8550）+ Q3（NPN，S8050）——Sziklai 互补复合管。两管组合等效成一颗 β ≈ βQ2×βQ3（万级）的大 PNP，做高侧大电流开关。

为什么开关放在高侧（电源正端）：这样 LED 的阴极全部直接落在整板 GND 平面上，灯的大电流回路不穿过感应盘下方，触摸检测的地参考干净——电容感应最怕地电位被功率回路扰动。

电路连接

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11

TTP223.OUT ── R1(1k) ── D1(1N4148) ──┬──────────── Q1.B
                       正极朝C1      │
                                    ├── C1(4.7~10µF) ── GND
                                    └── R5(470k)     ── GND

Q1（NPN S9013）：C ── R3(47k) ── Q2.B        E ── GND
Q2（PNP S8550）：E ── VCC(+5V)   C ── Q3.B
Q3（NPN S8050）：C ── VCC(+5V)   E ── LED 矩阵阳极
R4(100k)：Q2.B ── VCC（关断上拉）

LED 支路 ×8 并联：Q3.E ── LED(白) ── R6(68Ω) ── GND

建议先在面包板上用 TO-92 直插管 + TTP223 小模块搭一块验证灵敏度，再画 PCB。

工作过程

亮：手靠近 → OUT 拉高 → 经 R1、D1 给 C1 快速充电（时间常数毫秒级，灯"立亮"）→ Q1 饱和 → Q2 基极经 R3 被拉向地 → 复合管导通 → LED 点亮。

渐灭：手离开 → OUT 拉低 → D1 反偏截止，C1 的电荷退不回芯片 → 只能经 R5 和 Q1 基极缓慢泄放 → 基极电流维持 Q1 继续导通几秒 → LED 渐暗至熄灭。渐灭时长由 R5×C1 时间常数主导：4.7µF 约 3 秒，10µF 约 6 秒，想再长优先加大 C1。

元件取值与验算

按 β≈100 的保守口径过一遍：

• R3（47k）：Q1 饱和后，Q2 基极电流 IB2 = (5 − 0.7 − 0.2) / 47k ≈ 89µA。负载 120mA 需要的复合管基流约 120mA / (βQ2×βQ3) ≈ 10µA，余量近 9 倍。
• R4（100k）：Q1 截止时把 Q2 基极钳在 VCC，防止管子漏电或温漂导致半亮。上电瞬间 LED 闪一下亮，九成是忘了这颗上拉。
• 不追求深饱和：LED 电流由限流电阻决定，复合管工作在放大区即可。高侧输出节点约 4.1V（掉了 Q2 饱和压降 + Q3 的 VBE），已计入限流电阻计算。
• R6（68Ω）：白光 Vf≈3.1V，R6 = (4.1 − 3.1) / 15mA ≈ 68Ω。换蓝光/红光按各自 Vf 重算。
• Q3 功耗：(5 − 4.1)V × 120mA ≈ 0.11W，SOT-23 封装无压力。
• Q1 电流：IC1 = IB2 + IR4 ≈ 89µA + 48µA ≈ 137µA，C1 放电时基极只抽约 1.4µA，这就是渐灭能拖几秒的物理基础。

圆形 PCB 与 LED 矩阵

板级布局要点

• 圆板直径建议 Φ35~45mm，8 颗 5730 暖白 LED 沿圆心区域一圈均匀分布，出光在树脂里混得开。
• 环形感应盘沿板边一整圈（宽 3~4mm），这是手掌"隔空触发"的感应面积来源。
• 感应盘正下方和 PCB 背面投影区挖空：不铺铜、不走线。盘下方叠着地平面会显著增大对地电容、吃掉灵敏度。
• TTP223 的 IN 走线短而细，远离 LED 电流回路；CS 电容紧贴引脚（如果 CS 悬空，焊盘留着，调灵敏度时随时补）。
• GND 大平面兜底，LED 电流沿外圈回流，不穿板中心。

组网

• 板与板之间只有 VCC/GND 两线，0.51mm² 硅胶线链形或星形都行，板间距 35mm。
• 每板独立一套"触摸+放大+LED"，手覆盖哪块哪块亮，相邻板靠手掌的自然覆盖衔接成"涟漪"。
• 想要"越靠近亮得越多"的层次感，可以把相邻两板的感应盘用一颗小电容（1~10nF）弱耦合，做涟漪扩散的模拟味道——进阶玩法，先跑通基础的再说。

灌树脂

• 透明环氧（水晶滴胶/E-44 体系）2~3mm 厚度内，调好 CS 后感应距离衰减可以接受；固化前先把整板架起来实测一遍触发距离。
• 不要用金属闪粉类填料（导电+改变介电常数，灵敏度直接乱掉），云母粉、干花这类绝缘填料没事。
• 树脂固化放热峰值不高，0805/5730/三极管都耐得住，但 TTP223 的自校准要在树脂固化后、最终环境温度下再确认一遍灵敏度。

电源与功耗预算

• 电源选 5V/3A：日常交互同时亮的就 1~3 块板，实际不到 0.5A；3A 余量留给全亮调试。
• 每板入口 100nF + 47µF 去耦，长电源线的电感尖峰是误触发的重要来源。
• 待机电流微安级，理论上加颗锂电池+升压也能玩便携版，但桌面场景 5V 适配器最省心。

踩坑记录与注意事项

1. 灵敏度过头会自激：感应盘大 + CS 悬空 + 相邻板靠太近，会出现没人碰自己亮/闪烁。逐板加 CS（几 pF 起加）压灵敏度，板间距拉开到一个板径以上。
2. 上电 0.5 秒校准期手别压板：否则基准电容被计入人体，要么常亮要么再也不亮。做成整机后断电重启一次就好。
3. 湿度温漂：梅雨天/夏天高湿，误触发变多是正常物理现象，CS 留出上调余量，按最湿季节调定。
4. 上电瞬间 LED 闪亮：R4（Q2 基极对 VCC 上拉）没焊或虚焊，第一时间查它。
5. 长电源线耦合误触发：电源线别和感应盘平行走线，去耦电容别省。
6. 人体接地差异：穿鞋踩地板、干燥天气，人体对地电容变小，感应距离会变近，属正常，按"最不利姿势"验收。
7. 渐灭想拉长：优先加大 C1（10µF→22µF），别把 R5 加到 1MΩ 以上——阻值太大后漏电流和干扰占主导，时间失控。
8. CS 别一上来就贴死 50pF：那样只剩接触式灵敏度，“手过去就亮"就没意义了。从悬空开始，逐步加。

成本核算

淘宝/立创量级，仅供参考（按 100 片批量）：

24 板矩阵控制部分约 ¥38，加 5V/3A 电源和线材，整套电子成本 60 元内。对比 MCU 方案省下的不只是钱，还有固件调试时间和"这块板程序为什么跑飞"的深夜。

可扩展方向

• TTP224（四键版）：单板四个象限独立感应，能做方向判断（手从左往右扫，板按象限顺序亮），涟漪更有方向感。
• 光敏联动：一颗光敏电阻+1 个三极管串在 Q2 基极回路里，白天自动锁存不亮。
• 恒流升级：把 R6 换成两管恒流或线性恒流芯，LED 亮度不受电源波动影响，适合电源线拉得长的桌子。
• 全彩终极形态：WS2812 + ESP32，涟漪扩散算法、彩虹流水、蓝牙配网随便玩——这是另一篇文章的事了。

参考链接

• Tontek 官网——TTP223 原厂，中文手册也可在立创商城元件页下载
• Sziklai pair - Wikipedia——互补复合管的原理与变形