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如今家庭和工作場(chǎng)所均越來(lái)越多地遍布著智能家電，它們具有吸引力和可靠性，最理想應(yīng)該支持互動(dòng)，易于通過(guò)用戶口袋里的智能手機(jī)操控。觸摸控制可增強(qiáng)智能家電的高科技外觀，但當(dāng)考慮傳感技術(shù)、觸摸板設(shè)計(jì)和控制策略時(shí)，應(yīng)當(dāng)牢記一些注意事項(xiàng)。
作為新的智能家電如電視、機(jī)頂盒、音頻設(shè)備、白家電、PC外設(shè)、安防面板和工業(yè)控制正幾乎不斷地進(jìn)入市場(chǎng)，用戶接口的設(shè)計(jì)和用戶體驗(yàn)的質(zhì)量對(duì)市場(chǎng)吸引力有關(guān)鍵影響，最終，影響到銷售和收入。通過(guò)用戶接口創(chuàng)建好的印象至關(guān)重要，設(shè)計(jì)人員可選擇各種各樣的技術(shù)如傳統(tǒng)的按鈕開(kāi)關(guān)或各種類型的觸摸傳感器。
一、開(kāi)關(guān)或觸摸，利與弊
機(jī)械開(kāi)關(guān)如薄膜或觸覺(jué)開(kāi)關(guān)是成熟的技術(shù)，提供的優(yōu)勢(shì)包括低成本、易于使用和簡(jiǎn)單集成，需要最少的電子設(shè)計(jì)或軟件工程。這些類型的開(kāi)關(guān)還為用戶提供保證，通過(guò)提供觸覺(jué)反饋以確認(rèn)按鈕按下已被檢測(cè)到。然而，機(jī)械開(kāi)關(guān)的一些缺點(diǎn)包括相對(duì)慢的響應(yīng)時(shí)間、由于依賴于移動(dòng)部件而較差的可靠性、和可能需要額外要求的噪聲抑制或反彈消除電路。
另一方面，觸摸傳感器可創(chuàng)建更現(xiàn)代的印象，還簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)和裝配。無(wú)需安裝機(jī)械開(kāi)關(guān)所需的面板開(kāi)孔，可簡(jiǎn)化控制面板的機(jī)械設(shè)計(jì)。面板還可以密封，更易于防止液體滲入，如防水。這對(duì)許多類型的設(shè)備是有價(jià)值的特性，如咖啡機(jī)等廚房家電，同時(shí)增強(qiáng)可靠性及便于清潔。
在當(dāng)今使用的觸摸傳感技術(shù)中，包括電容式、電阻式或壓電傳感，電容式傳感器被廣泛用于當(dāng)今市場(chǎng)的產(chǎn)品中。電容式觸摸傳感器可易于置于玻璃上或塑料上，采用如絲網(wǎng)印刷的工藝，可創(chuàng)建各種不同的形狀如按鈕、滑塊或旋轉(zhuǎn)選擇器。背光也易于安排。在沒(méi)有任何機(jī)械響應(yīng)確認(rèn)由觸覺(jué)開(kāi)關(guān)提供的致動(dòng)的情況下，設(shè)計(jì)人員可使用光來(lái)確認(rèn)觸摸的檢測(cè)。這可被用來(lái)創(chuàng)建時(shí)尚的效果，如保持面板的黑暗直到觸摸，使用顏色變化的效果或高科技圖標(biāo)。還可引入低沉的蜂鳴音或叮當(dāng)聲以使觸摸控制更具吸引力。保持所有這些效果都具有精密的外觀和觸摸靈敏的用戶接口可創(chuàng)建的感覺(jué)。
二、傳感原理
一般來(lái)講，電容式傳感在用戶指尖接近時(shí)通過(guò)檢測(cè)傳感器墊基本電容的變化來(lái)工作。在自感式檢測(cè)中，接近的手指有效地增加了傳感器的電容。變化增加了觸摸板電路的時(shí)間常數(shù)，這是通過(guò)觸摸傳感器控制器中所用的充電時(shí)間測(cè)量電路來(lái)檢測(cè)的。互差分傳感是一種替代技術(shù)，它在用戶的指尖靠近 觸摸板時(shí)檢測(cè)在傳感器墊和單獨(dú)的勵(lì)磁墊之間的電容的減少。電容的變化(ΔC)被檢測(cè)到并轉(zhuǎn)換為電壓(Vout)。圖1顯示了用于生成Vout的差分放大電路。這與ΔC成線性關(guān)系，與閾值電壓(Vt)相比較。當(dāng)Vout超過(guò)Vt，說(shuō)明觸摸被檢測(cè)到。
互差分傳感提供了一個(gè)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)提升的靈敏度提供大的動(dòng)態(tài)范圍。實(shí)際的好處包括在傳感器模式設(shè)計(jì)方面擴(kuò)展的靈活性，和由于更好地消除了墊和地面之間的寄生電容(Cp)從而增加傳感器長(zhǎng)的跟蹤長(zhǎng)度的容限。在實(shí)踐中，已成功驗(yàn)證跟蹤長(zhǎng)度達(dá)500毫米。
三、實(shí)現(xiàn)觸摸控制器
觸摸傳感器必須有個(gè)具有足夠通道的電子控制器以支持所需的觸摸按鈕總數(shù)。過(guò)去控制器已作為獨(dú)立的特定應(yīng)用IC或集成到微控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)?；谖⒖刂破鞯姆桨缚山Y(jié)合使用模擬外設(shè)和軟件，而其它一些方案提供專用片上觸摸控制功能，如充電時(shí)間測(cè)量單元(CTMU)用于自感檢測(cè)器。微控制器供應(yīng)商可提供免費(fèi)的電容式觸摸軟件IP，這可幫助簡(jiǎn)化代碼開(kāi)發(fā)。
實(shí)現(xiàn)一個(gè)獨(dú)立的控制器帶來(lái)許多優(yōu)勢(shì)。IC如安森美半導(dǎo)體的LC717A00無(wú)需主機(jī)控制器，有一些內(nèi)置特性，包括噪聲消除和水檢測(cè)以防止雜散響應(yīng)。此外，還內(nèi)置專利的自動(dòng)噪聲環(huán)境改變補(bǔ)償技術(shù)以防止噪聲相關(guān)的故障和可改變靈敏度的補(bǔ)償效應(yīng)，如濕度改變或傳感器區(qū)域污垢的堆積。
控制器的內(nèi)置電路具有獨(dú)特的C/V轉(zhuǎn)換放大器，將監(jiān)測(cè)的差分電容轉(zhuǎn)換為輸出電壓。無(wú)需編程，可顯著縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，無(wú)需增添外部元件，因而幫助最大限度地降低物料單成本。圖2顯示了LC717A00采用獨(dú)立模式，控制達(dá)8個(gè)電容式觸摸傳感器。該器件具有通信端口，I2C或SPI，視乎需要可方便地連接到主機(jī)控制器。
控制器采用差分信號(hào)法，提供高靈敏度，并為設(shè)計(jì)人員擴(kuò)展自由度以創(chuàng)建各種各樣形狀的控制面板，視乎需要提供長(zhǎng)連接長(zhǎng)度。圖3顯示示例觸摸板設(shè)計(jì)，有非常長(zhǎng)的跟蹤長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)速率可配置至超過(guò)200 Hz，這支持用于需要快速觸摸響應(yīng)的設(shè)備中。該控制器的高信噪比支持極其可靠的觸摸感測(cè)，即使用戶戴著手套。這采用自感類檢測(cè)器通常是不可能的。此外，該設(shè)計(jì)規(guī)則地控制傳感器電極的形狀和尺寸，氣隙效應(yīng)及覆蓋層厚度和材料可放寬。圖4顯示采用真正的傳感器數(shù)據(jù)的信號(hào)和噪聲電平的例子。在這示例中，信號(hào)為17,000的數(shù)差，噪聲為160的數(shù)差，因此信噪比(SNR)為106:1。
四、結(jié)論
電容式觸摸作為一種用戶接口技術(shù)用于現(xiàn)代智能家電有許多優(yōu)勢(shì)?；ゲ罘指袦y(cè)確保可靠的觸摸檢測(cè)，當(dāng)布局控制面板和選擇材料時(shí)支持更大的設(shè)計(jì)自由度。獨(dú)立的特定應(yīng)用觸摸控制IC支持方便和快速地實(shí)施，基于這互差分感測(cè)技術(shù)，可提供優(yōu)勢(shì)如無(wú)需軟件設(shè)計(jì)、節(jié)省外部元件，和加快項(xiàng)目完成。
無(wú)錫市康達(dá)電力電容器有限公司主要制造、開(kāi)發(fā)、銷售各種油漬、干式高低壓并聯(lián)電容器及成套裝置、就地補(bǔ)償裝置、低壓濾波電容器以及其它各種用于無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐涮自骷簾o(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償控制控制器、投切電容器專用復(fù)合開(kāi)關(guān)、濾波電抗器。自創(chuàng)立十幾年以來(lái)，公司奉行“共創(chuàng)中華能源未來(lái)，重塑民族優(yōu)秀品牌”的經(jīng)營(yíng)理念，不斷開(kāi)發(fā)高新技術(shù)產(chǎn)品，提高市場(chǎng)占有率為己任，為廣大用戶提供優(yōu)良的產(chǎn)品和服務(wù)。詳情咨詢：0510-85422785！
