CapSense技術(shù)在白色家電中的應(yīng)用-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯CapSense技術(shù)在白色家電中的應(yīng)用-設(shè)計應(yīng)用CapSense技術(shù)CapSense技術(shù)就是利用電容感應(yīng)的原理來判斷手指或其他導(dǎo)體的存在與否，這是由CypressPSoC實現(xiàn)的。這種新型的方式可以替代機械按鍵，機械滑條，薄膜鍵盤等等。電容感應(yīng)典型的應(yīng)用有按鍵、滑條、觸摸板、觸摸屏、接近式感應(yīng)等等，Sensor可以是PCB上的銅箔。電容感應(yīng)原理是PCB板上相鄰的導(dǎo)線或銅箔之間存在寄生電容，可以稱它Cp，Cp大小同時和覆蓋物種類有關(guān)，當(dāng)有手指接近或觸摸銅箔時，相當(dāng)于附加了兩個電容并聯(lián)在Cp上，通過檢測電容的變化就可以確定是否有手指存在，這就是電容感應(yīng)的基本原理。CapSense實現(xiàn)方式有兩種，CSA和CSD。CSA就是逐次逼近電容感應(yīng)（CapSenseSuccessiveApproximation）的簡稱，CSD就是Sigma-Delta調(diào)制電容感應(yīng)（CapSenseSigma-DeltaSigmaDelta）的簡稱。

CapSense在白色家電中的應(yīng)用

電容感應(yīng)方式（CapSense）有很多優(yōu)點，非常適用于白色家電。白色家電屬于家庭用品，美觀和性能是需求，此外還有防水、抗干擾等許多要求，對此，CapSense都能一一滿足。另外，白色家電還需要很多其他的控制，比如LCD控制、馬達控制、溫度控制、水位控制等，CypressPSoC可以實現(xiàn)上述全部需求。下面逐個介紹PSoCCapSense如何實現(xiàn)這些需求。

美觀和性能

把觸摸按鍵和傳統(tǒng)的機械按鍵做一下比較可以發(fā)現(xiàn)，觸摸按鍵更加時尚美觀；不需要額外的按鍵，因而可以節(jié)省空間；再者，使用CypressPSoC除了可以控制觸摸按鍵外，還可以實現(xiàn)其他功能，從而總體成本較低；使用觸摸按鍵，假如不破壞PCB，按鍵就不會破壞，從而保證更長的使用壽命；在白色家電關(guān)心的防水性能上，觸摸按鍵也凸顯優(yōu)勢。下表對這兩種按鍵進行了比較：

目前被廣泛采用的觸摸按鍵/觸摸屏主要有兩種關(guān)鍵技術(shù)，分別為電阻式與電容式，電容式感應(yīng)技術(shù)由于具有耐用、易于低成本實現(xiàn)等特點，從而逐漸成為觸摸控制的技術(shù)。我們來比較一下這兩種觸摸技術(shù)，首先，電容觸摸屏只需要觸摸，而不需要壓力來產(chǎn)生信號；而且電容觸摸屏在生產(chǎn)后只需要或者完全不需要校正，而電阻技術(shù)需要常規(guī)的校正，這主要是因為ITO材料暴露在空氣或空氣隔層里會造成電阻的變化；電容方案的壽命也會長些，因為電容觸摸屏中的部件不需要作任何移動；電阻觸摸屏中，上層的薄膜需要足夠薄才能有彈性，以便向下彎曲接觸到下面的薄膜，所以易損傷。下表對這兩種技術(shù)作了對比。

防水設(shè)計

在白色家電產(chǎn)品中，防水設(shè)計是關(guān)鍵，我們以CypressPSoC為例介紹一下如何實現(xiàn)防水效果。3個sensor為例描述了按鍵的防水設(shè)計，可以設(shè)計成Sensor板和PCB板分開，這樣Sensor板可以更好的區(qū)分不同的狀況，比如板子上是否出現(xiàn)水珠。Sensor板的設(shè)計，板中央有三個觸摸按鍵，周圍有兩圈保護電極（ShieldElectrode）和一圈防護Sensor(GuardSensor)。內(nèi)圈的保護電極用來防止觸摸按鍵對水滴的誤判，防護Sensor用來判斷水流的存在與否，外圈保護電極可以避免保護Sensor對水滴的誤判?？垢蓴_設(shè)計

抗干擾設(shè)計也是白色家電考慮重點之一，來看看CypressPSoC是如何完成的。

在CSA設(shè)計中，抗干擾能力體現(xiàn)在兩個方面，其一，采用了開關(guān)電容電路，它和外部調(diào)制電容組成了低阻通路，感應(yīng)電容上的噪聲由于低阻通路的原因,在到達調(diào)制器之前已得到了很大的衰減。另外，CSA方式分為三個階段，階段1感應(yīng)電容連接內(nèi)部模擬總線，完成初始化的工作，通過開關(guān)電容使Cmod恢復(fù)到起始電壓VStart；階段2為掃描階段，此時開關(guān)電路部分斷開，由恒流源給Cmod充電，計數(shù)器開始計數(shù)，一直到Cmod電壓達到比較器參考電壓，發(fā)生翻轉(zhuǎn)，計數(shù)結(jié)束；階段3，掃描結(jié)束，F(xiàn)irmware處理計數(shù)器數(shù)據(jù)。這三個階段結(jié)束就完成了掃描，然后會進入下掃描。感應(yīng)電容Cx只有在階段1連接內(nèi)部總線，在真正的測量計數(shù)階段，階段2和3都是斷開的，那么Cx上的噪聲就不會影響到計數(shù)，所以抗干擾能力大大提高了。CSD在抗干擾方面也做了專門的設(shè)計，對各種噪聲和靜電干擾都有顯著提高。首先，和CSA相同，開關(guān)電路可以和外部調(diào)制電容組成低阻通路，感應(yīng)電容上的噪聲由于低阻通路的原因，在到達調(diào)制器之前已得到了很大的衰減；中頻噪聲的頻率范圍覆蓋了PSoC的工作頻率范圍，因此當(dāng)噪聲的頻率或諧波分量與開關(guān)電容模塊的頻率相同時，就會導(dǎo)致調(diào)制器的充電電流發(fā)生變化，從而使得計數(shù)器數(shù)據(jù)發(fā)生變化。CSD采用偽隨機序列發(fā)生器控制開關(guān)1和2的切換，從而可以有良好的抗中頻噪聲性能；超高頻噪聲可以通過在每個Sensor的I/O口串聯(lián)一個電阻和并聯(lián)一個電容進行衰減；ESD會導(dǎo)致PSOC的GPIO的保護二極管瞬間導(dǎo)通，從而使得計數(shù)器值會有來回波動，在目前CSD方案中，可以用Firmware來減小或消除靜電干擾。CapSensePlus

CapSensePlus指除CapSense以外，PSoC還可以實現(xiàn)很多其他功能，比如：LED驅(qū)動，SPIM/S，I2CM/S，LCD背光，馬達控制，溫度控制，水位控制，電源管理，揚聲器/蜂鳴器控制，充電器，壓力/電流傳感器，DTMF撥號器等等。其中LCD背光，馬達控制，溫度控制，水位控制，揚聲器/蜂鳴器控制等是在白色家電中常用的，圖5為CapsensePlus簡單結(jié)構(gòu)：要實現(xiàn)CapSensePlus，系統(tǒng)里就需要用到PSoC其他功能，比如：TX，I2C，PWM，ADC，LED驅(qū)動，Timer，Counter等等，而CSD尤其是21系列，CSD本身已經(jīng)占用了大部分資源：VC1，VC2，VC3；兩列（3個）模擬模塊；三個數(shù)字模塊。

我們遇到的問題是沒有額外的資源做其他控制，解決方法是可以使用動態(tài)重配置(DynamicReconfiguration)，動態(tài)重配置指相同的資源在不同的時間可以重復(fù)利用，使資源利用率大于100%，有效的節(jié)約了系統(tǒng)資源。使用動態(tài)重配置可以通過一顆PSoC芯片完成CapSense以及CapSense以外的功能，實現(xiàn)了PSoC內(nèi)部多種配置在系統(tǒng)運行過程中加載和卸載。下面介紹一下動態(tài)重配置的使用

動態(tài)重配置實現(xiàn)方法(使用PSoCDesigner）

1.可以在DeviceEditor下建立動態(tài)重配置:ConfigLoadableConfigurationNew或直接點擊圖形界面。2.DeviceEditor會顯示各個配置，如要切換配置只需點擊所需配置或者使用下拉菜單3.完成每個配置要完成的功能,剩下的工作和普通的設(shè)計相同

動態(tài)重配置API

必須手動添加PSoCDynamic.h到main.c，Load_ConfigAPI會加載所需配置，Unload_ConfigAPI會卸載不用配置，啟動時會加載基本配置。

動態(tài)重配置注意事項

使用動態(tài)重配置有一些事項需要注意。首先說明一點，基本配置是指默認或初始配置。1.基本配置變化則所有配置都會發(fā)生變化例如：在基本配置中變化P0[0]為Strong模式，那么所有配置中P0[0]都保持Strong模式2.動態(tài)配置（例如Overlay1）相當(dāng)于附加于基本配置3.改變某個動態(tài)配置不會影響其他的配置4.基本配置應(yīng)該盡可能為初始配置5.確保各個配置資源不會發(fā)生沖突6.某些資源可能需要一直處于活動狀態(tài)，尤其是輸出a)例如：PWMsb)PWM中斷可能會導(dǎo)致脈沖干擾(glitches)c)假如需要PWM連續(xù)工作，那么PWM用戶模塊必須放在基本配置7.在基本配置中用戶模塊用到的資源在其他配置中是不能改變的，例如：a)時鐘b)引腳驅(qū)動模式8.基本配置和動態(tài)配置不能共享下列資源a)RowOutputs（Row輸出）b)GlobalOutputBusses（全局輸出總線）c)OutputPins（輸出引腳）9.在基本配置中，用戶模塊布線時不會影響到動態(tài)配置10.可以把基本配置中用戶模塊布線同時布到動態(tài)配置中，這樣可以防止走線沖突

CapSense在各種家電產(chǎn)品的成功

CapSense已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各種家電產(chǎn)品中，下面看一下幾個主要中PSoC的作用。

洗衣機

觸摸按鍵；觸摸滑條；與主MCU通過GPIO或I2C通訊；LED驅(qū)動；防水設(shè)計。

冰箱/立式空調(diào)/熱水器

觸摸按鍵

電茶壺/咖啡爐

除了觸摸按鍵以外，PSoC可以測量和控制溫度，并通過LCD顯示水溫和水量，PSoC還可控制閥門和馬達，這些都是由一顆PSoC完成的，使用的主要用戶模