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- 超越智能的觸摸傳感解決方案
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2011/12/16
談到觸摸感應，無論是在MCU還是在傳感器市場上，都是增長最快的份額之一。電容式的感應產(chǎn)品正在以非�？斓乃俣冗M入觸摸感應的整體技術(shù)市場。據(jù)預測顯示，2011年的單年觸摸感應半導體需求將達到30億美元。到2011年僅手機應用中的觸摸感應份額將增長到4億件。這是一個非�？捎^的數(shù)字。
電容式觸摸感應
應用最廣的是電阻式的觸摸感應方案，但是電容式的觸摸感應方案擁有增長最快的份額。電容式觸摸感應方案之所以是增長最快的方案的原因有一下幾點：第一，在各種各樣的便攜式設(shè)備中，觸摸感應的方案的應用會越來越廣；第二，隨著制造成本的降低，電容式的方案會越來越多，電容式的方案的可制造性也會越來越強，體現(xiàn)在無論是工業(yè)應用還是便攜式產(chǎn)品的應用；第三，由IPOD效應引發(fā)的其他供應商大量跟進電容式觸摸感應方案。
硬件方案和軟件方案
觸摸感應的方案一般用在觸摸面板、觸摸按鍵、觸摸屏這類方面。醫(yī)療設(shè)備、工廠自動化、家用電器、汽車、手持通信設(shè)備、電腦外設(shè)等等都是飛思卡爾觸摸感應方案包括專用芯片和軟件方案適用的領(lǐng)域。
硬件方案
在選用芯片時，可以針對不用領(lǐng)域進行選擇，比如消費級、工業(yè)級和汽車級的芯片等。
飛思卡爾的芯片硬件方案主要有MPR121：性能較高，1.71V至3.6V、12 個電極，鍵盤、I2C、3mmx3 mm 20QFN封裝；MPR031 ：小型方案，1.71V至2.75V、2 或 3 個電極，鍵盤、I2C、2 mmx2 mm 8UDFN 封裝；MPR083/084：基于MCU，1.8V至3.6V、8 個電極，轉(zhuǎn)輪和鍵盤、I2C， 5 mmx5 mm 16QFN；MC33941 ：電場感應產(chǎn)品。
MPR121是飛思卡爾較新的專用的觸摸傳感器。它的明顯優(yōu)勢是功耗比較低，可以到29μA，低電源電流為便攜式應用提供強大的低功耗優(yōu)勢。
達12個電極的檢測，每個電極和獨立設(shè)置，也可以把12個電極在內(nèi)部連接起來合成一個虛擬電極，進行接近檢測，比如可以把手機拿起來貼近自己的臉。它可以同時具備按鍵檢測和接近檢測，工作電壓在1.71V至3.6V，具有在MPR031基礎(chǔ)之上第二代優(yōu)化的內(nèi)部算法，有獨立的自動算法和獨立校準和自動配置功能。使用起來非常簡單，只需要一個外部元器件，一個濾波電容就可以工作了。不需要加其他的元器件就可以工作，使用方便簡單。
作為飛思卡爾觸電容式摸傳感器芯片第二代產(chǎn)品MPR121，有智能、靈活、低功耗的優(yōu)點，有獨立的校準功能，可以簡化觸摸應用設(shè)計。隨著采樣率的降低，功耗也可進一步降低。智能方面表現(xiàn)在可以對產(chǎn)品自動校驗維護。靈活性表現(xiàn)在用戶使用上功能都是自動實現(xiàn)的，不需要設(shè)置，會根據(jù)電極的變化自動調(diào)整，比如環(huán)境溫度濕度變化時，并且走線簡單，使用起來方便靈活。
MPR121特性有：支持多達 12 個觸摸電極，1.71 V 至 3.6 V 的工作電壓，29μA 的平均電源電流。在 64ms 的響應時間內(nèi)對所有 12 個電極進行監(jiān)控。對每個電極進行連續(xù)的獨立自動校準，每個電極有各自的觸摸和釋放跳變閾值，可提供回差以及各電極的獨立性�？沈�(qū)動多達 8 個 LED，或8 個任意組合的邏輯 I/O。具有3μA 的最大關(guān)斷電流。帶有終端口，可通知主機，比如有按鍵等，帶有 IRQ 輸出的 I2C 接口，可提示電極狀態(tài)的變化3mm×3mm×0.6 mm 20 腳QFN封裝，-40℃到+85℃的工業(yè)級工作溫度范圍。
MPR121如圖１所示。
圖１ MPR121
與此同時，MPR121還有配套的 Sensor Toolbox 開發(fā)工具，如圖2所示。包括MPR121 評估和開發(fā)板；基于經(jīng)過驗證的 KITMPR03x 評估板；無鉛封裝的 DIP轉(zhuǎn)換器；一組帶有標準電極連接器的電極樣本。套件中還有評估軟件和下載。
軟件方案
軟件方案可以靈活應用，因為軟件方案并不針對某一個特定的芯片，可以選用任一個MCU，只要是MCU適合這個應用，那這個軟件方案就可以適合這個應用，所以是非常靈活的。
觸摸感應軟件套件特征有：1.8V至5.5V，64 個電極，鍵盤、滑條、轉(zhuǎn)輪、矩陣與觸摸板、I2C、LIN、CAN、SPI、USB、所有的 S08 封裝選項。
圖2 MPR121配套的Sensor Toolbox開發(fā)工具
目前使用的是觸摸感應軟件版本1.0，還會推出觸摸感應軟件版本2.0，3.0，4.0。還陸續(xù)會推出薄膜概念方案、電感式概念方案、電阻式觸摸屏方案、多點觸摸概念方案等。
由于是用MCU實現(xiàn)檢測的，所以MCU的其他功能就能得到充分使用，并與感應檢測同時協(xié)同工作，比如外部的LCD驅(qū)動、LED驅(qū)動、其他的外設(shè)，比如蜂鳴器、ADC和其他的傳感器，都可以同時用來工作。
飛思卡爾觸摸軟件感應套件可將任何8位S08 MCU用作觸摸傳感器。TSS （Touch Sensing Software）能簡化用戶對接口的設(shè)計，讓客戶能夠在 10 分鐘內(nèi)從零開始，開發(fā)出一個應用。TSS 能夠讓用戶界面獲得提升，可避免機械損耗和破壞的影響，增加產(chǎn)品的使用壽命，而且還讓設(shè)計人員獲得更大的靈活性，因為他們可以隨意選擇使用任意一款的飛思卡爾MCU。TSS 是免費的軟件，帶有低成本的開發(fā)工具，允許設(shè)計人員針對其應用選擇最佳的 MCU 器件，并為他們多節(jié)省一個傳感器 IC 的成本。
觸摸感應軟件套件解決方案的具體實現(xiàn)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示�？梢赃x擇不同的鍵盤類型、鍵盤數(shù)量和不同的MCU。若MCU的引腳有多余就可以利用來做電極。
圖3 觸摸感應軟件套件解決方案結(jié)構(gòu)框圖
主要是用到MCU的內(nèi)部的一些運算，用軟件的方法實現(xiàn)檢測，主要結(jié)構(gòu)在軟件算法，包括按鍵矩陣、轉(zhuǎn)輪、滑條、鍵盤，有各種各樣不同的算法來實現(xiàn)不同的按鍵類型檢測。軟件界面更加炫目，能以較低功耗實現(xiàn)接口方案。軟件的解決方案面向應用，所以對API的接口設(shè)計充分，用戶可以簡單地應用到這些軟件方案，與庫文件進行接口。在方案中，考慮到各種按鍵的使用中情況，包括噪聲抑制的算法，有內(nèi)部的優(yōu)化的緩存結(jié)構(gòu)，支持64個電極任意排列的組合。可以在運行的同時開啟或關(guān)閉任一個按鍵，并有自動重復等自動實現(xiàn)的算法，比如對粘滯按鍵、斷路按鍵、亂按鍵的情況都有響應的自動算法處理。
與其他代碼的共存能力較強，占用資源少，對其他的應用軟件影響較小。針對軟件的解決方案，也有相應的一些開發(fā)工具，有一些評估板提供。有這些軟件和評估板工具，可以很快地連接使用。
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