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如今家庭和工作場所均越來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，易于通過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)計和控制策略時，應(yīng)當(dāng)牢記一些注意事項。
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，用戶接口的設(shè)計和用戶體驗的質(zhì)量對市場吸引力有關(guān)鍵影響，最終，影響到銷售和收入。通過用戶接口創(chuàng)建好的印象至關(guān)重要，設(shè)計人員可選擇各種各樣的技術(shù)如傳統(tǒng)的按鈕開關(guān)或各種類型的觸摸傳感器。
一、開關(guān)或觸摸，利與弊
機(jī)械開關(guān)如薄膜或觸覺開關(guān)是成熟的技術(shù)，提供的優(yōu)勢包括低成本、易于使用和簡單集成，需要最少的電子設(shè)計或軟件工程。這些類型的開關(guān)還為用戶提供保證，通過提供觸覺反饋以確認(rèn)按鈕按下已被檢測到。然而，機(jī)械開關(guān)的一些缺點包括相對慢的響應(yīng)時間、由于依賴于移動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，還簡化了結(jié)構(gòu)和裝配。無需安裝機(jī)械開關(guān)所需的面板開孔，可簡化控制面板的機(jī)械設(shè)計。面板還可以密封，更易于防止液體滲入，如防水。這對許多類型的設(shè)備是有價值的特性，如咖啡機(jī)等廚房家電，同時增強(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。在沒有任何機(jī)械響應(yīng)確認(rèn)由觸覺開關(guān)提供的致動的情況下，設(shè)計人員可使用光來確認(rèn)觸摸的檢測。這可被用來創(chuàng)建時尚的效果，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。
二、傳感原理
一般來講，電容式傳感在用戶指尖接近時通過檢測傳感器墊基本電容的變化來工作。在自感式檢測中，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間常數(shù)，這是通過觸摸傳感器控制器中所用的充電時間測量電路來檢測的。互差分傳感是一種替代技術(shù)，它在用戶的指尖靠近 觸摸板時檢測在傳感器墊和單獨(dú)的勵磁墊之間的電容的減少。電容的變化(ΔC)被檢測到并轉(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Vt，說明觸摸被檢測到。
互差分傳感提供了一個優(yōu)勢，通過提升的靈敏度提供大的動態(tài)范圍。實際的好處包括在傳感器模式設(shè)計方面擴(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)從而增加傳感器長的跟蹤長度的容限。在實踐中，已成功驗證跟蹤長度達(dá)500毫米。
三、實現(xiàn)觸摸控制器
觸摸傳感器必須有個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實現(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，如充電時間測量單元(CTMU)用于自感檢測器。微控制器供應(yīng)商可提供免費(fèi)的電容式觸摸軟件IP，這可幫助簡化代碼開發(fā)。
實現(xiàn)一個獨(dú)立的控制器帶來許多優(yōu)勢。IC如安森美半導(dǎo)體的LC717A00無需主機(jī)控制器，有一些內(nèi)置特性，包括噪聲消除和水檢測以防止雜散響應(yīng)。此外，還內(nèi)置專利的自動噪聲環(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)測的差分電容轉(zhuǎn)換為輸出電壓。無需編程，可顯著縮短開發(fā)時間，無需增添外部元件，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法，提供高靈敏度，并為設(shè)計人員擴(kuò)展自由度以創(chuàng)建各種各樣形狀的控制面板，視乎需要提供長連接長度。圖3顯示示例觸摸板設(shè)計，有非常長的跟蹤長度。數(shù)據(jù)速率可配置至超過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，即使用戶戴著手套。這采用自感類檢測器通常是不可能的。此外，該設(shè)計規(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)的信號和噪聲電平的例子。在這示例中，信號為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。互差分感測確?？煽康挠|摸檢測，當(dāng)布局控制面板和選擇材料時支持更大的設(shè)計自由度。獨(dú)立的特定應(yīng)用觸摸控制IC支持方便和快速地實施，基于這互差分感測技術(shù)，可提供優(yōu)勢如無需軟件設(shè)計、節(jié)省外部元件，和加快項目完成。
無錫市康達(dá)電力電容器有限公司主要制造、開發(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功補(bǔ)償?shù)呐涮自骷簾o功功率自動補(bǔ)償控制控制器、投切電容器專用復(fù)合開關(guān)、濾波電抗器。自創(chuàng)立十幾年以來，公司奉行“共創(chuàng)中華能源未來，重塑民族優(yōu)秀品牌”的經(jīng)營理念，不斷開發(fā)高新技術(shù)產(chǎn)品，提高市場占有率為己任，為廣大用戶提供優(yōu)良的產(chǎn)品和服務(wù)。詳情咨詢：0510-85422785！
