最新技術(shù)實(shí)例:可自充電觸屏的遙控設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間:2014-12-12 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】本文介紹了使用MSP430作為主處理器實(shí)現(xiàn)可充電的觸屏遙控模塊,該設(shè)計(jì)方案支持紅外(IR)信號(hào)傳輸,且可擴(kuò)展RF和NFC無線傳輸方式;用戶輸入采用觸摸按鍵實(shí)現(xiàn),設(shè)計(jì)簡潔美觀;系統(tǒng)可由電池供電,且自帶可充電模塊,支持多種觸摸按鍵實(shí)現(xiàn)方式,設(shè)計(jì)簡便靈活。
1 原理介紹
1.1 電容式觸摸按鍵原理
觸摸按鍵在電子設(shè)備中得到越來越多的應(yīng)用。用觸摸按鍵實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的電磁爐,微波爐,電冰箱等家電產(chǎn)品越來越受青睞,預(yù)計(jì)未來會(huì)有越來越多的觸摸按鍵產(chǎn)品取代傳統(tǒng)的機(jī)械式按鍵產(chǎn)品。觸摸按鍵具有堅(jiān)固耐用,反應(yīng)速度快,節(jié)省空間,美觀大方,易于清潔等諸多優(yōu)點(diǎn)。觸摸式按鍵可分為四大類,電阻式,電容式,紅外線式及表面聲波式感應(yīng)按鍵。其中電阻式,紅外線式和表面聲波按鍵主要應(yīng)用于觸摸屏中,在單個(gè)按鍵中很少使用。本方案將重點(diǎn)討論電容式觸摸按鍵在單個(gè)按鍵中的應(yīng)用。
電容式觸摸按鍵采用電容量為判斷標(biāo)準(zhǔn),在觸摸按鍵的設(shè)計(jì)中,它具有一些優(yōu)點(diǎn),例如可直接集成在PCB中,觸摸感應(yīng)區(qū)域外形尺寸設(shè)計(jì)靈活,相對成本較低等等。簡單來講,電容式觸摸按鍵在按下的時(shí)候改變了電容值,從而改變電路振蕩周期,通過對振蕩周期改變值的檢測實(shí)現(xiàn)對按鍵的檢測。圖1是電容式觸摸按鍵原理示意圖。
圖1:觸摸按鍵原理示意圖
空載狀態(tài)下,感應(yīng)區(qū)域電容由材料和結(jié)構(gòu)決定(圖1左上圖),電容值為C1+C2。變化電容基于寄生效應(yīng),主要由外界導(dǎo)體與PAD之間的寄生電容組成(圖1右下圖),手指按下,寄生電容值變化,容值為C1+C2+C3||C4。將此電容接入電路組成振蕩器,電容值的改變導(dǎo)致振蕩電路輸出頻率變化,通過測量輸出頻率判斷按鍵的觸發(fā)狀態(tài)。
按鍵感應(yīng)區(qū)域設(shè)計(jì)需要避免誤觸發(fā)以及兼顧靈敏度。通常來說,單個(gè)按鍵感應(yīng)區(qū)域需要做的足夠大,以達(dá)到識(shí)別按鍵目的;相鄰按鍵感應(yīng)區(qū)域應(yīng)保持一定距離,避免誤觸發(fā);觸摸感應(yīng)區(qū)形狀原則上可任意,單個(gè)按鍵以圓形、方形為佳。
1.2 紅外信號(hào)傳輸原理
紅外遙控原理可參考文檔[2]。本文采用NEC協(xié)議編碼,簡單說是通過脈沖串之間的時(shí)間間隔來表示邏輯“0”和邏輯“1”。載波信號(hào)頻率為38k,邏輯“1”用 0.56ms 的 38k 載波和 1.5ms的無載波表示,邏輯“0”用0.56ms 的載波和0.56ms 的無載波表示,幀頭用9ms 載波加4.5ms無載波表示。編碼幀格式參考圖2,具體格式定義可根據(jù)實(shí)際情況稍作修改。
圖2:紅外編碼數(shù)據(jù)幀格式
TI的MSP430系列MCU自帶Timer,可方便產(chǎn)生38k載波,編碼時(shí)的載波有無控制可由Timer的 PWM輸出模塊實(shí)現(xiàn)。其PWM輸出模塊可配置成7種輸出方式,可方便實(shí)現(xiàn)上述編碼。采用MSP430的Timer的PWM輸出功能,僅需要一個(gè)Timer和一路PWM即可輕松實(shí)現(xiàn)紅外編碼,無需額外硬件,軟件實(shí)現(xiàn)簡單。為系統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)省成本和開發(fā)時(shí)間。
1.3 可充電觸屏遙控模塊方案設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的遙控模塊采用機(jī)械按鍵實(shí)現(xiàn),本方案采用觸摸按鍵設(shè)計(jì),按鍵和顯示在同一塊LCD 屏上,外形時(shí)尚、美觀。本方案作為參考設(shè)計(jì),除了遙控器基本功能(按鍵,顯示,發(fā)射,按鍵聲)外,還設(shè)計(jì)了充電和USB模塊,并擴(kuò)展了RF和NFC接口??沙潆姺绞教岣吡遂`活性,用戶僅需要充電而不必更換電池。USB模塊可實(shí)現(xiàn)和PC端應(yīng)用軟件通信。本方案不僅僅是遙控器方案,在其他應(yīng)用領(lǐng)域,本方案也有很大的參考價(jià)值,用戶僅需要根據(jù)需求對本方案功能模塊進(jìn)行裁剪即可。本方案電源模塊支持電池供電和USB或直流適配器充/供電;觸摸按鍵采用比較器B實(shí)現(xiàn);RF和NFC模塊采用SPI和MCU接口;MSP430自帶的USB模塊可方便與PC端應(yīng)用軟件接口,實(shí)現(xiàn)PC和MCU的雙向通信。系統(tǒng)框圖如圖3所示。
圖3:系統(tǒng)框圖
[page]
2 設(shè)計(jì)實(shí)例
2.1 硬件設(shè)計(jì)
2.1.1 電源模塊設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用電池供電,且設(shè)計(jì)了充電電路,支持USB或直流充電。電源經(jīng)LDO穩(wěn)壓后輸出3.3V供給MCU,保證MCU工作電壓的穩(wěn)定。其電路實(shí)現(xiàn)如下圖4所示。
圖4:電源模塊電路設(shè)計(jì)
2.1.2 LCD及背光模塊設(shè)計(jì)
MSP430F6638自帶LCD控制器,可方便地驅(qū)動(dòng)段式LCD屏。屏幕背光亮度由Timer輸出PWM波控制,調(diào)節(jié)方便。背光電路設(shè)計(jì)如圖5所示。通過改變PWM的頻率和占空比,可改變背光亮度,從而改變LCD屏視覺效果。
圖5:背光電路設(shè)計(jì)
2.1.3 觸摸按鍵設(shè)計(jì)
MSP430F6638自帶比較器B,最多可支持12個(gè)觸摸按鍵,比較器B的輸出接入Timer的CLK輸入端,當(dāng)手指按下,觸摸感應(yīng)區(qū)電容值發(fā)生了變化,比較器翻轉(zhuǎn)周期變長,比較器輸出作為 Timer的計(jì)數(shù)脈沖,在固定的時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)值變小,根據(jù)固定時(shí)間內(nèi)Timer計(jì)數(shù)值的變化來判斷按鍵動(dòng)作。通過合適配置寄存器和軟件算法處理,可實(shí)現(xiàn)觸摸按鍵檢測。電路設(shè)計(jì)如圖 6所示。注意為了降低噪聲,每通道外接電阻不宜過小,可選500k左右。比較器B 翻轉(zhuǎn)電平通過配置寄存器實(shí)現(xiàn)。
圖6:觸摸按鍵電路設(shè)計(jì)
[page]
2.1.4紅外發(fā)射模塊設(shè)計(jì)
紅外模塊采用普通紅外管實(shí)現(xiàn),通過配置Timer輸出合適的PWM波實(shí)現(xiàn)紅外編碼。紅外發(fā)射瞬間電流較大,通過MCU的GPIO控制三極管驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射燈管,提高發(fā)射電流。紅外發(fā)射模塊需配合接收模塊采用同樣的編碼格式實(shí)現(xiàn)通信。紅外模塊電路圖如圖7 所示。
圖7:紅外發(fā)射模塊
2.1.5 USB模塊設(shè)計(jì)
MSP430F6638自帶USB模塊,可實(shí)現(xiàn)USB通信,其硬件設(shè)計(jì)簡單。本文用USB虛擬UART實(shí)現(xiàn)和PC通信。關(guān)于USB調(diào)試請參考TI官網(wǎng)資料[4]。
2.2 軟件設(shè)計(jì)
2.2.1嵌入式軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件流程如圖8所示。無按鍵動(dòng)作時(shí),系統(tǒng)運(yùn)行RTC,顯示當(dāng)前時(shí)間,溫度且把時(shí)間,溫度以及按鍵狀態(tài)(每個(gè)按鍵動(dòng)作有無)信息發(fā)送給PC。當(dāng)有按鍵按下后,除了上述功能外,系統(tǒng)還將執(zhí)行按鍵上層邏輯,比如是否進(jìn)入時(shí)間設(shè)定模式,是否開蜂鳴器以及發(fā)射哪種紅外碼等等。
圖8:軟件流程圖
[page]
2.2.2 PC端軟件設(shè)計(jì)
為了方便實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,使用C Sharp語言開發(fā)了配套的PC端軟件實(shí)現(xiàn)和MCU的雙向通信。通過PC端軟件可查看DEMO的當(dāng)前狀態(tài),包括時(shí)間,溫度,按鍵動(dòng)作等,另外也可通過PC端改變DEMO背光的亮度。PC端軟件如圖9所示。
圖9:PC端軟件
DEMO通過USB線與PC端COM口連接,MSP430F6638的USB通過軟件協(xié)議虛擬UART,在PC端選擇合適的COM端口號(hào)可實(shí)現(xiàn)PC軟件和DEMO的互連。圖9中左圖反映DEMO的實(shí)物,當(dāng)有按鍵按下的時(shí)候,對應(yīng)的按鍵圖標(biāo)閃爍一下,同時(shí)在記錄框輸出文字記錄這個(gè)動(dòng)作(Button xx Pressed!)。最下面圖表則實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度信息。
2.3 DEMO展示
DEMO實(shí)物如圖10所示。鍵盤區(qū)12個(gè)按鍵,每個(gè)按鍵按下圖標(biāo)會(huì)閃爍一下,同時(shí)蜂鳴器會(huì)響 0.3s左右。每個(gè)按鍵做了不同功能,可根據(jù)需求發(fā)射不同的紅外碼實(shí)現(xiàn)遙控器的功能。演示DEMO 中代碼支持RTC和溫度計(jì)功能,支持靈活調(diào)整時(shí)間,同時(shí)可通過PC端軟件來調(diào)節(jié)屏幕背光。DEMO還可擴(kuò)展光傳感模塊,可根據(jù)環(huán)境光強(qiáng)弱智能調(diào)節(jié)背光亮度,達(dá)到較好的視覺效果。
該DEMO具有通用性,在所有需要顯示和人機(jī)交互的微控制系統(tǒng)中均可參考此方案,只需對FW 做簡單修改即可實(shí)現(xiàn)所需功能。同樣,MSP430系列眾多的產(chǎn)品線為客戶提供了不同成本的多種選擇。客戶可根據(jù)具體需求選擇合適的MCU和合適的代碼模塊組合,以實(shí)現(xiàn)最高的性價(jià)比。
圖10:DEMO實(shí)物
本方案使用MSP430F6638作為主處理器,展示了用其實(shí)現(xiàn)觸屏遙控器的電子模塊設(shè)計(jì)實(shí)例。在遙控器,無線設(shè)備以及其它需要按鍵和顯示的應(yīng)用場合均可參考本方案。MSP430富的產(chǎn)品線也為前述應(yīng)用場合提供了豐富的選擇,客戶可根據(jù)具體需求選擇合適的產(chǎn)品,達(dá)到最優(yōu)性價(jià)比。
特別推薦
- 授權(quán)代理商貿(mào)澤電子供應(yīng)Same Sky多樣化電子元器件
- 使用合適的窗口電壓監(jiān)控器優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
- ADI電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制解決方案 驅(qū)動(dòng)智能運(yùn)動(dòng)新時(shí)代
- 倍福推出采用 TwinSAFE SC 技術(shù)的 EtherCAT 端子模塊 EL3453-0090
- TDK推出新的X系列環(huán)保型SMD壓敏電阻
- Vishay 推出新款采用0102、0204和 0207封裝的精密薄膜MELF電阻
- Microchip推出新款交鑰匙電容式觸摸控制器產(chǎn)品 MTCH2120
技術(shù)文章更多>>
- 更高精度、更低噪音 GMCC美芝電子膨脹閥以創(chuàng)新?lián)屨夹袠I(yè)“制高點(diǎn)”
- 本立租完成近億元估值Pre-A輪融資,打造AI賦能的租賃服務(wù)平臺(tái)
- 中微公司成功從美國國防部中國軍事企業(yè)清單中移除
- 華邦電子白皮書:滿足歐盟無線電設(shè)備指令(RED)信息安全標(biāo)準(zhǔn)
- 功率器件熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(九)——功率半導(dǎo)體模塊的熱擴(kuò)散
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
單向可控硅
刀開關(guān)
等離子顯示屏
低頻電感
低通濾波器
低音炮電路
滌綸電容
點(diǎn)膠設(shè)備
電池
電池管理系統(tǒng)
電磁蜂鳴器
電磁兼容
電磁爐危害
電動(dòng)車
電動(dòng)工具
電動(dòng)汽車
電感
電工電路
電機(jī)控制
電解電容
電纜連接器
電力電子
電力繼電器
電力線通信
電流保險(xiǎn)絲
電流表
電流傳感器
電流互感器
電路保護(hù)
電路圖