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家用电器中的电容式触摸感应技术
作者:Pushek Madaan, Sachin Gupta
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购买家用电器时最重要的因素包括产品外观及其支持的高端特性。采用当今高度集成的片上系统(SoC)处理器,设计人员不仅能在电容式感应技术基础上推出全新用户界面,而且还能集成其它系统功能,从而降低系统成本并节约板卡空间。与此同时,由于构建系统所需的许多组件现在已经集成在统一的芯片中,因此SoC可显著加速产品上市进程。此外,连接多个器件和用于故障调试所需的时间也可大幅缩短。

图1所示为电磁炉的方框图。这种电器必须提供以下关键功能:

●保持平锅的温度:需要脉冲宽度调制(PWM)来设置加热线圈的点火持续时间;
●风扇控制:需要温度传感器和PWM来驱动风扇电机;
●过电流和过电压保护:需要ADC和比较器;
●平锅自动检测:需要电感感应功能;
●基于时间的烹饪功能:需要实时时钟(RTC);
●用户界面——显示屏:需要LED驱动器或LCD玻璃显示屏;
●用户界面——按键:需要电容式触摸感应和检测功能。

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图1. 电磁炉框图

电容式感应技术

基于电容式感应技术的按键使电器外形时尚美观,消除了磨损问题,与机械按键相比更受欢迎。许多电器都要在靠近液体的环境下使用,因此要考虑防水功能,避免水溅上去而产生错误的按键触发。图2给出了电容式传感器印刷电路板(PCB)的典型布局。通过连接保护电极可实现防水性,而不是将传感器周围的阴影部分(蓝色)接地。

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图2. 使用保护电极实现防水功能

驱动这个电极的信号与连接到传感器的信号一样,因此水滴滴落在传感器上时不会形成阴影区和传感器之间的电势差,传感器上不会耦合更多电容,因此就能实现防水效果。如果传感器完全浸入水中,则会激活保护机制来禁用传感器的工作。

由于许多电器都要用大电流工作,因此电源通常会因负载电流和数字开关的变化而产生巨大的噪声/波纹,数字开关也会耦合到电容式传感器上,从而影响用户界面的可靠性。根据正确的原理图和布局指南,我们可通过接地线布局等技术来减少电源中的波纹,确保不出现接地反弹。但是,我们很难完全去除噪声。如果用电源的+ve线路驱动参考,可能会产生电容式感应的误报警。

通过在GND和VREF(内部生成)之间切换传感器,只要在规定的产品工作限度之内,电源的任何变化均不会引发错误触发。

更高的集成度,更低的成本

SoC具有集成型片上外设和基于硬件的特性,能帮助设计人员实施大多数乃至所有的电器功能。

在今天竞争激烈的消费类市场中,电器必须具有丰富的特性,集成型SoC不仅能集成越来越多的应用特性,还可降低整体系统成本,因此成为了OEM厂商的最佳选择。这个方法同样适用于电磁炉、微波炉等小型电器以及洗衣机、电冰箱等大型电器(当然大型电器对于FOC电动机控制等特定功能仍需要专用控制)。

关于作者

PushekMadaan目前为赛普拉斯印度公司的高级应用工程师。他的兴趣主要是用C语言和汇编语言设计嵌入式系统应用、从事模拟和数字电路工作以及C#语言的GUI开发工作,此外他还特别钟情于冒险类运动。Pushek的联系方式为:pmad@cypress.com。

Sachin Gupta是赛普拉斯半导体公司的产品市场营销工程师。他在德里的Guru Gobind Singh Indraprastha大学获得电子通信专业学士学位。他在混合信号应用开发领域拥有多年的经验。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (11/28/2012)
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