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  •  電容式觸摸感應按鍵解決方案

    電容式觸摸感應按鍵解決方案

      方案特色:   * 支持按鍵、滑塊和滾輪觸摸界面;   * 硬件資源占用少,占用2個定時器和GPIO口;   * 外圍器件少,每個通道只需兩個電阻和一個電容,制造成本低;   * MCU上電自動校準,制造過程簡單;   * 靈敏度可調節,具有很高的調節性。   應用場合:   手機、VCD、DVD、電磁爐、油煙機、熱水器、洗衣機、微波爐、咖啡機、電冰箱、MP3、MP4、DPF數碼相框和CAR DVD等   在便攜式媒體播放器和移動手持終端等大容量、高可視性產品的應用中,觸摸式按鍵作為一種接口技術已被廣泛采用。由于具有方便易用,時尚和低成本的優勢,越來越多的電子產品開始從傳統的機械按鍵轉向觸摸式按鍵。   基于LPC1100系列Cortex-M0微控制器的電容式觸摸感應按鍵方案,采用LPC1100的GPIO口和兩個內部定時器,即可實現多達24個獨立按鍵或滑條式電容觸摸按鍵的應用。本方案采用外圍RC電路加軟件檢測技術,集成FIR濾波算法,擁有良好的抗干擾性能,可通過 EFT(脈沖群抗干擾度測試)4KV的指標,非常適合由交流電驅動的電子設備。   原理概述   電容式觸摸感應按鍵的基本原理如圖1 所示,當人體(手指)接觸金屬感應片的時候,由于人體相當于一個接大地的電容,因此會在感應片和大地之間形成一個電容,感應電容量通常有幾pF到幾十 pF。利用這個最基本的原理,在外部搭建相關電路,就可以根據這個電容量的變化,檢測是否有人體接觸金屬感應片。   圖1 電容式觸摸感應原理   基于LPC1100系列Cortex-M0微控制器電容式觸摸感應按鍵原理如圖2 所示,利用LPC1100的GPIO中斷功能加上內部定時器,可很方便的測量外部電容量變化。處理流程如下:   * 初始化KEY n為GPIO口,必須關閉內部上拉功能,配置為既不上拉也不下拉的模式;   * 使能并配置KEY n的高電平中斷;   * 將KEY n設置為輸出,并輸出低電平,此時電容放電;   * 開啟定時器,將KEY n配置為輸入,并開啟高電平中斷,此時電容開始充電,在KEY n的中斷服務函數中讀取定時器的時間;   * 根據這個充電時間的變化量就可以判斷出是否有按鍵按下。   圖2 基于LPC1100觸摸按鍵原理   注:圖2中只是示意了2個獨立按鍵連接方案,利用LPC1100內部的GPIO輸入可以連接多達24個獨立按鍵或滑條。   RC電路充放電在有無人體觸摸時的充放電波形圖如圖3所示。當使用GPIO配置為輸入時電容 Cx充電,如果沒有人體觸摸的時候電容的充放電曲線如圖3綠線所示;當有人體觸摸的時候,由于人體帶來一個感應電容量,這時電容充放電速度變緩,如圖3紅線所示。利用這個時間的變化,再加GPIO中斷的檢測功能,就可以判斷是否有按鍵按下。   圖3 有無人體觸摸時的RC電路充放電示意圖   方案特性   * 支持按鍵、滑塊和滾輪觸摸界面;   * 硬件資源占用少,占用2個定時器和GPIO口;   * 外圍器件少,每個通道只需兩個電阻和一個電容,制造成本低;   * MCU上電自動校準,制造過程簡單;   * 靈敏度可調節,具有很高的調節性。   應用場合   電容觸摸感應式按鍵具有不怕磨損、不受溫濕度影響、防水保護和成本低廉等優點。因此已經被廣泛的應用于手機、VCD、DVD、電磁爐、油煙機、熱水器、洗衣機、微波爐、咖啡機、電冰箱、MP3、MP4、DPF數碼相框和CAR DVD等。   實物圖片

    時間:2020-09-08 關鍵詞: 電容式 按鍵 觸摸感應

  • 使用普通I/O口實現電容觸摸感應方案

    使用普通I/O口實現電容觸摸感應方案

    觸摸感應解決方案受到越來越多的IC設計廠家的關注,不斷有新的技術和IC面世,國內的公司也紛紛上馬類似方案。但是目前所有的觸摸解決方案都使用專用IC,因而開發成本高,難度大,而本文介紹的基于RC充電檢測(RC Acquisition)的方案可以在任何MCU上實現,是觸摸感應技術領域革命性的突破。 RC充電檢測基本原理 RC充電檢測基本原理是對使用如PCB的電極式電容的充電放電時間進行測量,通過比較在人體接觸時產生的微小變化來檢測是否有“按下”動作產生,可選用于任何單獨或多按鍵、滾輪、滑條。 如圖1(a)所示,在RC網絡施加周期性充電電壓Vin,測量Vout會得到如(b)的時序,通過檢測充電開始到Vout到達某一閥值的時間tc的變化,就可以判斷出是否有人體接觸。 PCB設計注意事項 不論是單按鍵、多按鍵、滑條、滾輪設計,還是混合應用,都可以使用一個I/O進行充電,既可減少資源應用,又可以因使用同一定時標準從而簡化軟件設計。 用于傳遞按鍵信號的線一定要足夠細,以降低線路造成的電容的影響,信號線間距為兩倍線寬,不同組的信號間距應保證3~5mm。同組的信號線長度應盡量保持一致,不同組的信號線不可以交叉。獨立按鍵的形狀可設計為圓、三角或正多邊形,尺寸以10~15mm為宜?;瑮l的形狀可以是長方形或鋸齒形,滾輪可以設計為幅射的扇形或環形,也可以是交錯的齒輪,每個部分之間應保持0.2~0.5mm。按鍵PCB層不應該覆銅,否則會影響感覺的靈敏度,反面應覆銅以減少干擾。 LED經常在感應設計中用來指示按鍵是否有效按下,注意按鍵的地或電源線盡量短,線路較長時宜增加1nF的濾波電容。 另外,建議電源電路使用線性電源而不是開關電源,這對提高感應靈敏度很重要。 軟件設計流程與實現 ST公司設計了完整的基于RC充電檢測的電容式感應觸摸方案的完整設計,包括PCB和完整的源程序,以及基于STM8S的標準觸摸感應庫(Touch Sense Library,TSL)和應用API接口,采用易于移植的C設計,用戶可以方便地應用于其他任何MCU系統中。因為RC充電理論涉及的專利已經對公眾開放,所以完全沒有專利的限制。 ST的TSL內容包括濾波和校正算法,環境變化系統,自動根據環境溫度、濕度、電壓、灰塵等因素調整配置參數。提供了包括單通道和多通道的感應設計API函數,層次驅動的項目工程?;赟TM8Sxxx-TS1-EVAL演示板的軟件在STVD開發平臺下設計,使用COSMIC-C語言編譯器,包括完整的源代碼。 對充電時間的測量可以使用MCU中定時器的捕捉功能,對于多個按鍵一般MCU沒有足夠的定時器為每個按鍵分配一個,也可以使用軟件計時的方法,這要求能對MCU的時鐘精確計數,并且保證每個周期的時鐘個數保持一定。這種情況通常要求對按鍵使用一個獨立的MCU,以保證不被其他任務中斷。為了提高系統的可靠性和穩定性,改進的測量方法是對Vout進行高和低兩個門限進行測量。 使用STM8S的觸摸感應方案與Cypress公司的Capsense觸摸按鍵的效果進行了對比,結果證明二者在靈敏度與可靠性方面不相上下,在水浸、增加覆蓋物情況下本方案適應性更佳。

    時間:2018-08-29 關鍵詞: ic 電源技術解析 pcb設計 觸摸感應

  • 汽車電容觸摸感應技術解析

    電容觸摸感應技術一直都是一種設計差異化技術,旨在用于設計極其美感的汽車信息娛樂系統。當器件足以集成汽車特定功能時,工程師即開始運用電容感應技術開發超越信息娛樂應用的更新型應用,以求簡化和改進車輛中的各種用戶界面。搭配使用接近感應功能和汽車專用功能(比如 LIN 和 CAN 等標準網絡協議)后,電容觸摸感應技術已經成為汽車設計中的主流技術。 一個世紀以來,汽車已經從各種機械零部件的大雜燴變成了高效、非常舒適且更加安全的機器。這場革命主要是由汽車中使用的電子設備數量大幅度增加所帶來的。不過有一樣是不變的,那就是用戶的滿意度一直取決于人們和汽車的互動是否方便與有效。不管是駕駛人員和控制系統的互動,還是乘客與娛樂系統的互動,擁有汽車的樂趣仍然源于這種互動。 測量和跟蹤用戶的互動并為主控系統提供反饋的系統,都被稱為汽車人機界面 (HMI) 系統。從用戶的角度來說,這些互動可能是有意識的(比如乘客主動向系統提供輸入時),也可能是下意識的(比如當系統在駕駛人員未察覺的情況下測量駕駛人員的意圖的時候)。此外,隨著汽車中各種系統日趨復雜,這就需要系統具備更好的響應能力并意識到人們的互動。 電容感應——引發汽車 HMI 革命 工程師一直想改進 HMI 系統,讓它們更加直觀、外觀“更酷”,精度更高。電容感應技術是目前這場變革的核心。它讓 HMI 應用的設計和實施發生了革命性的變化。 簡單來講,電容式感應器是由一對相鄰的電極構成的。當人(或者其他導體)接近電極,電極和導體之間的電容就會增加。通過測量這個電容,就可以感應到導體的存在。能夠感應物體存在的能力是創建各式各樣觸摸感應器的基礎。這些感應器可用作按鈕、滑條、觸控板和其他常見的界面組件等。 此外,電容式感應技術還可以用于接近感應,其中感應器和用戶的身體之間沒有接觸。這可通過增強感應器的靈敏度來實現。另外,由于這種感應器不受視野限制,單個感應器就可以感應物體在三維空間中的靠近方向。 這種技術如果配合可編程混合信號控制器使用,則能夠發揮出更為強大的功能??删幊唐骷軌蛑悄軠y量電容,進而實現對人體接近的多項指標進行探測:距離、接近方向、手勢識別,等等。采用可編程方法還可以集成電機控制和 LED 驅動等其他功能,從而為用戶提供觸摸/接近反饋(見下)??删幊唐骷€可以讓開發人員通過定義最佳靈敏度閾值和可變掃描速度等來降低電流消耗、改善抗噪性,進而大幅度提高性能。 電容感應——成熟的技術 在過去 5 年多的時間里,電容觸摸感應技術已廣泛應用于汽車信息娛樂系統之中,用觸摸感應按鈕取代了機械按鈕。許多用戶已經熟悉了導航系統中的電容觸摸控制功能,如功能隨菜單激活狀態而變化的“固定”按鈕、縮放圖像的滑條、在需要的時候出現在主顯示屏上的控制器等。這些系統控制了車輛上的導航、音頻、HVAC 和車輛整體管理等各項功能。 電容觸摸感應技術還可配合機械按鈕,實現性能更強的混合型按鈕(見圖 1),對接近/觸摸(比如功能預覽)和實際按下按鈕(比如功能啟用)都能做出響應,詳見下圖。 圖 1:混合型觸摸技術實施方案 這些應用還可以通過使用電容感應型接近感應器得到進一步的強化。例如,可以根據用戶的接近情況開啟背光控制(見圖 2)的面板。 圖 2:接近型汽車音頻背光控制 推動電容感應技術進入汽車應用的因素 隨著電容感應技術日趨成熟,電子設計工程師正在汽車上為其尋找創新性的全新用途。共有兩大因素推動在這項技術進入汽車領域:一、對汽車專用通信協議的支持;二、穩健 IC 技術的問世。 觸摸感應控制器已經開始支持 LIN 和 CAN 等汽車專用通信協議。隨著對觸摸板和系統 ECU(見圖 3)之間的分布式架構的需求日漸增加,觸摸感應控制器對 CAN 和 LIN 的支持使得系統設計人員能夠盡量壓縮所需的外部元器件數量,同時提升可靠性,降低 BOM 成本。此外,一體化的趨勢還使過去在上述網絡總線上實施的功能得以輕松移植到觸摸感應控制器上。 日漸豐富的成熟、穩健 IC 搭配電容感應技術,使半導體公司能夠制造出掃描速度更快、抗噪性更強、功耗更低的新器件,加之經驗不斷豐富的應用設計隊伍,將大力推動電容感應技術不斷向更新的應用領域拓展。部分此類創新應用包括: 電容感應無源無匙進入系統:無源無匙進入系統已存在相當長的一段時間了。近期,電容感應已開始用于探測逐漸接近的駕駛人員之手。這樣即可自動開啟駕駛人員衣袋中的遙控器和車上防盜控制系統之間的加密通信。認證通過后,駕駛人員獲準進入車內并駕車離去,從而無需從口袋中掏出鑰匙來啟動車輛(見圖 4)。 圖 4:無源無匙進入系統使用的電容式觸摸感應器 對靠近中央控制臺的方向進行接近型探測:汽車中央控制臺的電容式接近感應器可以根據人手靠近的方向和距離實現多種定制功能。這樣,中央控制臺可以根據駕駛人員或者乘客是否靠近中央控制臺(見圖 5)調整或者改變其響應。 圖 5:根據靠近的方向控制中央控制臺功能 車內照明控制:電容接近感應技術還是實現各種車內和車外汽車系統距離感應照明控制的有效方式。這種系統的例子包括接近型車廂照明;照明強度隨手靠近的距離而變化的接近型門手把背光照明;以及通過 LIN 界面實現的觸摸/接近頂燈照明等。結合了電容觸摸感應功能、LIN 通信支持功能、LED 調光功能的 IC 可使得在一個芯片上實現所有上述應用。 電容觸摸感應器型開關:由于一流的美感、靈活性和可靠性,觸摸按鈕正逐漸大行其道,并有取代機械開關和按鈕之勢。新興的應用借助電容觸摸按鈕控制車上的各項機械功能,如操控天窗、車窗、門鎖、后視鏡和遙控器。電容觸摸技術在打開后背箱等外部功能也能夠發揮高效、防水的作用。由于 LIN/CAN 通信協議的面世,許多這類應用正得到進一步的推廣。 液面感應:除了感應人體,電容感應技術還可以用于測量液體情況,比如探測燃油、制動液和冷卻液高度等。 從實現“更酷”的信息娛樂系統,到提供可靠的液面測量方法,電容感應均被認為是汽車應用中廣受青睞、用途廣泛的感應技術。通過結合使用管理 LCD 的功能和通過 LIN 和 CAN 界面向系統模塊傳輸控制數據的功能,開發人員可以開發出單芯片實施方案,從而簡化設計、降低成本。 目前,電容感應技術的潛力因專用于汽車行業的下一代混合信號控制器的問世而逐漸得以釋放出來。隨著人們對這些系統的需求日益增多,設計人員將能夠利用電容感應為各種各樣的應用提供有效的界面技術。

    時間:2017-06-07 關鍵詞: 汽車 電容 觸摸感應

  • 基于ZigBee和觸摸感應技術的照明控制系統

    基于ZigBee和觸摸感應技術的照明控制系統

     摘要:傳統家庭智能照明控制系統采用有線方式搭建家庭局域網,利用導線傳輸控制信號,設計時需預埋大量控制線,布線較為繁瑣;并且所用控制開關大都采用觸點接觸式墻壁開關,長久使用觸點易磨損,接觸不良導致開關可靠性降低。針對以上問題開發了一套基于ZigBee和電容觸摸感應技術的照明控制系統。該系統利用ZigBee無線網絡代替有線方式搭建家庭局域網,省去了預埋控制線的繁瑣布線工作;系統燈控節點內部MCU采用電容式觸摸感應焊盤檢測手指觸壓,之后驅動雙向可控硅的導通與截止來控制燈光亮滅,從而起到無觸點開關控制作用。測試結果表明系統運行穩定,控制可靠,能有效利用ZigBee網絡和觸摸按鍵控制家中燈光亮滅。 引言 隨著科技的發展,人們對家居環境不斷提出新的要求。在追求高效、舒適、便捷的同時更加注重居室環境的智能化。智能照明作為智能化家居的重要組成部分,近年來國內外許多科研人員對其進行了大量研究。如周曉偉 [1-2]、徐勇[3]等提出的智能照明控制系統可以根據周圍環境自動調整照明模式或通過PC機終端預設照明模式。李治斌等[4]設計的智能調光開關在傳統開關中加入ZigBee模塊,實現了通過手機或平板電腦安裝客戶端軟件對燈泡進行調光操作。以上工作均采用ZigBee組網無線通信方式控制,省去了傳統有線照明控制系統中繁瑣的布線工作,但只能借助PC機或手機等終端設備控制,沒有涉及利用開關進行現場控制。 由于傳統機械開關存在觸點易磨損,使用壽命短,硬件成本高等缺點,而電容式感應按鍵具有無機械磨損,壽命長,可靠性不會隨著時間的增加而降低,硬件成本低,防水防污,易清潔和時尚等優點[5]已在眾多領域得到應用。 在此背景下,本文開發了一套不僅可以利用手機等移動設備實現遠程控制,而且可以利用觸摸按鍵實現現場控制燈光亮滅的智能家居照明控制系統。 1 系統整體方案設計 本系統主要由系統主機和燈控節點兩部分組成,這兩部分通過ZigBee網絡進行通信。燈控節點取代傳統墻壁開關嵌入墻壁86型底盒內,并配有控制燈光的觸摸按鍵。用戶可以通過遠程控制和現場控制兩種方式控制燈光亮滅。遠程控制時,用戶點擊手機APP軟件操作界面上的燈泡圖標,開關燈命令通過因特網發送到系統主機,系統主機再將該命令通過ZigBee網絡轉發到燈控節點,燈控節點中的MCU根據接收到的命令驅動雙向可控硅導通與截止來控制燈泡接入火線與否,實現燈光亮滅控制?,F場控制時,用戶觸摸燈控節點面板上的不同燈泡圖標,燈控節點內MCU檢測到手指觸壓后用同樣通過驅動雙向可控硅導通與截止來控制燈光亮滅。系統控制原理圖如圖1所示。 2 燈控節點硬件設計 燈控節點由電源模塊、PIC16F1936微控制器模塊、ZigBee通信模塊、按鍵模塊、燈光控制模塊組成。燈控節點硬件結構框圖如圖2所示。 2.1 電源模塊 由于燈泡采用市電供電,而微控制器芯片和ZigBee通信芯片采用直流3.3V供電,故燈控節點直接接入220V市電,市電經MB6S整流后輸入FSEZ1317芯片和變壓器T2降壓得到12V直流電,再由LM1117-3.3及其外圍電路穩壓濾波到直流3.3V給PIC16F1936和CC2530芯片供電。電源模塊原理圖如圖3所示。 2.2 PIC16F1936微控制器模塊 PIC16F1936微控制器是微芯公司生產的8位CMOS閃存單片機,具有體積小、功耗低、抗干擾性好、可靠性高、模擬接口功能強大等特點。片內外設資源豐富,主要包括I/O端口、電容觸摸傳感模塊、A/D轉換器、EEPROM、定時器、串口等。燈控節點中他負責處理ZigBee通信模塊接收到的數據,從中提取控制命令進行相應操作,同時也進行按鍵掃描檢測,根據檢測結果進行相應操作。 2.3 ZigBee通信模塊 ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議,該協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術,具有使用方便、價格低廉、工作可靠等特點。ZigBee無線網絡器件工作模式包含協調器、全功能模式和簡化功能模式三種[6]。協調器是網絡的中心節點,負責網絡的發起組織、維護和管理,一個網絡只有一個協調器,在本系統中它嵌入系統主機內;燈控節點采用全功能模式,既可作為路由節點,也可以作為終端傳感器節點;簡化功能器件只能作為終端無線傳感器節點。 本模塊采用CC2530芯片作為ZigBee網絡的解決方案。CC2530采用了新一代2.4GHz SoC片上系統,支持IEEE802.15.4標準,其內部集成了一個抗干擾性和靈敏度都較高的RF收發器和一個標準增強型8051微處理器,擁有2個USART、12位的ADC和21個通用GPIO等豐富的外設接口。該芯片只需極少的電阻電容就能搭建完整的ZigBee收發電路,通過串口與單片機通信,使用相當簡便。 2.4 按鍵模塊 按鍵模塊采用13mm×10mm 的矩形電路板焊盤通過0.2mm走線直接連接到單片機電容觸摸傳感模塊引腳實現。PIC16F1936單片機自帶電容傳感RC振蕩器,其中振蕩時間常數= RC = R(Cp + Cf)。   Cp為焊盤與地之間的寄生電容,Cf為手指觸摸焊盤時焊盤-手指-地之間的感應電容,未觸摸時該值為0,觸摸后Cf大于0,導致RC時間常數τ增大,振蕩器頻率減小,單片機檢測到這一頻率變化后判斷出焊盤被手指觸壓。觸摸時電容增量百分比是:     由上式可見為了提高觸摸感應的靈敏度,需減小寄生電容Cp值,可以通過使觸摸焊盤以較窄的走線連到單片機同時遠離地實現。如圖4是按鍵模塊PCB圖,為了減小Cp值,觸摸焊盤位于保護環內,距離保護環0.2 mm,所有保護環連在一起通過10K電阻連到單片機I/O口,該I/O口始終輸出低電平。觸摸按鍵通過0.2mm走線串接10K電阻連到單片機檢測引腳。為了提高抗電磁干擾能力,焊盤返回單片機的走線被保護環走線包裹同時焊盤下方不走線。2.5 燈光控制模塊 本模塊采用單片機檢測市電過零點進而驅動雙向可控硅導通與截止控制燈光亮滅。燈光控制模塊電路圖如圖5所示。 當單片機引腳檢測到市電零點時,P1.0 引腳輸出負脈沖,使Q3導通,MOC3021導通,觸發雙向可控硅Q1導通,燈泡負載與交流火線接通點亮。若要關閉燈泡,只需P1.0始終保持高電平。圖5中R6為觸發限流電阻,R7為門極電阻,用以提高雙向可控硅抗干擾能力。R9和C14組成RC阻容吸收電路,對雙向可控硅Q1進行過電壓保護。 3 ZigBee通信協議設計 ZigBee聯盟與IEEE802.15.4的任務小組制定的ZigBee協議棧標準有5層體系組成[6],其中應用層由用戶定義。本系統定義的ZigBee通信協議屬應用層,用于用戶遠程控制。遠程控制時,用戶手機發送控制指令到系統主機,系統主機再將該指令轉換成符合表1所示通信協議的格式,通過內嵌的ZigBee網絡協調器將指令發送到各個燈控節點。4 燈控節點軟件設計 燈控節點軟件程序主要由主程序,串口信息處理程序和觸摸按鍵掃描程序組成。 主程序在節點上電后首先進行系統初始化,然后循環檢測有無串口信息處理,有無按鍵被按下等事件。主程序流程圖如圖6所示。 串口信息處理程序在主程序檢測到接收完成一幀串口信息后被調用。程序首先判斷該幀指令是否為本節點控制指令,然后根據指令要求驅動雙向可控硅的導通或截止,并向主機反饋控制信息。串口信息處理程序流程圖如圖7所示。 觸摸按鍵掃描程序是燈控節點軟件設計的難點。按鍵處理初始化在節點上電后主程序中完成,包括振蕩器振蕩頻率設置,定時器T0預分頻器設置以及中斷的相關設置等。按鍵掃描原理如下:首先振蕩器頻率輸出腳在硬件上已經和16位定時/計數器T1時鐘輸入端連接,T1會從0開始計數直至溢出清零后重新計數。軟件上將振蕩器頻率輸出腳映射到某一按鍵焊盤所接單片機引腳,振蕩器便以固定頻率在該按鍵焊盤上振蕩,若有手指觸壓焊盤,振蕩頻率便減小。再設置8位定時器T0提供固定時基測量振蕩器頻率。開始測量時,T0、T1均清零,然后T0計數至溢出中斷,在T0中斷服務函數中讀取T1計數值,與前16次的采樣滑動平均值比較,這樣就完成了對按鈕的一次掃描,如果頻率計數有顯著下降則說明按鈕被按下。最后將振蕩器移向下一個按鈕焊盤掃描。觸摸按鍵掃描程序流程圖如圖8所示。 5 測試結果 本文所開發的照明控制系統分遠程控制和現場控制兩種控制方式。對于遠程控制其穩定性主要受系統主機與燈控節點間ZigBee網絡穩定性影響,故采取協調器與燈控節點相距10米距離,協調器連續發送1000條控制指令,每條指令間隔0.5秒,統計燈控節點收包率的方式實現。對于現場控制,采取連續點擊燈控節點面板上觸摸按鈕1000次,每次點擊間隔0.5秒,統計燈光實際受控次數的方式實現。測試結果如表2所示。 由測試結果和大數定律可知遠程控制時主機每發送一條控制指令,燈控節點接收到的概率是0.981,若主機連續發送兩條指令,則燈控節點接收到的概率:     而現場控制時受控率達到100%。以上實驗結果表明本系統可以有效實現燈光的遠程控制和現場控制。燈光控制效果圖如圖9所示。 6 結束語 本文開發了一套基于ZigBee網絡技術和電容觸摸感應技術的智能家居照明控制系統,實現了當用戶外出時,利用手機等移動設備遠程控制家中燈光亮滅和在家時通過觸摸按鍵現場控制家中燈光亮滅的功能。利用ZigBee無線網絡代替有線來搭建家庭局域網,省去了傳統燈控系統中繁瑣的布線工作;利用觸摸按鍵和雙向可控硅代替傳統墻壁開關實現無觸點開關控制,解決了傳統開關觸點易磨損,可靠性隨著時間的延長而降低等問題。 該系統在實際批量使用中發現當電網中雜波較多時,觸摸按鍵會發生誤觸發現象。下一步將重點研究如何提高該系統對不穩地電網的抗干擾性。

    時間:2015-12-07 關鍵詞: Zigbee 智能家居 電源技術解析 照明控制 觸摸感應

  • 電容觸摸感應MCU的工作原理與基本特征

    現在的電子產品中,觸摸感應技術日益受到更多關注和應用,并不斷有新的技術和IC面世。與此同時,高靈敏度的電容觸摸技術也在快速地發展起來,其主要應用在電容觸摸屏和電容觸摸按鍵,但由于電容會受溫度、濕度或接地情況的不同而變化,故穩定性較差,因而要求IC的抗噪性能要好,這樣才能保證穩定正確的觸摸感應。 針對市場的需求,來自美國的高效能模擬與混合信號IC創新廠商Silicon Laboratories(簡稱:Silicon Labs)公司特別推出了C8051F7XX和 C8051F8XX系列的MCU(單片機),專門針對電容觸摸感應而設計,在抗噪性能和運算速度上表現的非常突出。 一、Silicon Labs公司的電容觸摸系列MCU 目前Silicon Labs公司推出的C8051F7xx和C8051F8xx等電容觸摸系列MCU,以高信噪比高速度的特點在業界表現尤為出色。同時,靈活的I/O配置,給設計帶來更多的方便。另外,由于該系列MCU內部集成了特殊的電容數字轉換器(CDC),所以能夠進行高精度的電容數字轉換實現電容觸摸功能。 CDC的具體工作原理: 如圖1所示,IREF是一個內部參考電流源,CREF是內部集成的充電電容,ISENSOR 屬于內部集成的受控電流源,CSENSOR為外部電容傳感器的充電電容,由于人體的觸摸引起CSENSOR的變化,通過內部調整過的ISENSOR對 CSENSOR進行瞬間的充電,在CSENSOR上產生一個電壓VSENSOR,然后相對內部參考電壓經過一個共模差分放大器進行放大;同理IC內部的 IREF對CREF充電后也產生一個參考電壓并相對同樣的VREF經過差分放大,最后將2個放大后的信號通過SAR(逐次逼近模數轉換器)式的ADC采樣算出ISENSOR的值。   圖1 Silicon Labs SAR式的ADC采樣可選擇12-16位的分辨率,如圖2所示,采用16位的分辨率進行逐位比較采樣:首先從確定最高位第16位(IREF=0x8000)開始,最高位的值取決于電容的充電速率,也就相當于電流的大小,取電流IREF/2,比較VSENSOR和VREF: VSENSOR > VREF 則 最高位 = 0 ; VSENSOR < VREF 則 最高位 = 1 ; 隨后,SAR控制邏輯移至下一位,并將該位設置為高電平,進行下一次比較: 如果第16位是1,則取下一個IREF=0xC000 ; 如果第16位是0,則取下一個IREF=0x4000. 這個過程一直持續到最低有效位(LSB)。上述操作結束后,也就完成了轉換,將算出的16位轉換結果儲存在寄存器內。   圖2 利用此電容采集轉換功能,可用在電容觸摸屏或者觸摸按鍵上。比如,電容式觸摸屏的應用(圖3所示)。一般自容式電容觸摸屏主要包括一層表面玻璃層,中間兩層行列交叉的ITO層(行列層之間間沒有短接),以及GND底層。每一行和列分別與MCU的采集輸入通道直接相連,當手指觸摸到電容屏的表面玻璃層時,會引起某一行或列的ITO 塊的對地電容(如圖4)值變大,從而通過電容采樣以及特定的算法確定電容值發生一定變化的點(觸摸點)的位置(X,Y),最后將觸摸點的位置上傳給主處理器實現系統操作功能。   圖3   圖4 目前Silicon Labs 的C8051F7XX觸摸屏功能主要是單點觸摸,但通過軟件算法可以實現兩點的手勢識別,比如縮放、旋轉等,同時還能實現對水滴識別以及濕的手指觸摸正常劃線功能。 而觸摸按鍵的電容采樣原理一樣,只是每個采集輸入通道連接一個觸摸按鍵,MCU可以直接確定某個按鍵被觸摸然后進行相應功能的實現,算法處理相對簡單。

    時間:2015-06-24 關鍵詞: 電容 嵌入式處理器 觸摸按鍵 mcuinit 觸摸感應

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