五步轻松设计出电容式触摸传感器（3）：家电及安全系统中的应用

关键词： 电容式触摸传感器 , 安全系统键盘 , 配置MBR器件 , 应用编程接口（API） , GUI

我们在第2部分介绍了采用电容式感应按键替换机械按键时所需的布局情况，以及智能手机应用实例。在第3部分，我们不仅将介绍更多应用实例，而且还将介绍如何配置MBR器件才能实现这些应用所需的专门功能。
        
步骤3：为您的设计创建配置：

1.家用电器中的触摸按键

触摸按键可在电磁炉等家用电器中使用，取代机械按键。家用电器的用户界面（UI）具有防水性。用户用湿手触摸电磁炉按键是常有的事。同样，水或食物也有可能掉在电磁炉的UI面板上。即使沾上任何液体，按键也能正常工作。也就是说按键既不能寄存假触摸，也不能在有液体的情况下停止对触摸的响应。因此在大量应用中，防水性是电容感应按键的一项重要要求。其次，对用户来说按键触摸最直观的反馈是音频反馈。因此，音频反馈功能是另一项重要要求。

最适合家用电器的MBR器件是采用SOIC封装的产品。它便于焊接，因此比QFN封装更适合家用电器应用。考虑到一款家用电器需要8个按键。因此在MBR器件中选择8个按键。盾牌保护（Shield）是一项由专用引脚支持的功能，该引脚可根据配置支持多种功能中的任何一种。不仅要启用盾牌保护功能，而且还必须合理设计布局，才能使设计具有针对液滴的防水性。还有另一种称为“防护传感器”的功能。该功能也必须启用，才能在UI面板上有大量水或其它液体流过（或者液体覆盖整个UI）时防止按键错误触发。在这种情况下，盾牌保护无法阻止错误触发。防护传感器则可阻止这些极端情况下的假触摸。专用引脚上支持的另一项功能是蜂鸣器。启用该功能可实现音频反馈。我们可根据应用需求设置蜂鸣器驱动信号的频率，进而设定音频反馈的音高。此外，音频反馈的音长也是可配置的。

图11：电磁炉家用电器应用中的电容式感应系统方框图

图12：电磁炉用户界面
        
2.安全系统键盘中的触摸按键

触摸按键也可用于安全系统键盘，通常需要6个按键和6个对应的LED。此外，接近传感器还可在用户的手接近时用来唤醒设备。我们还必须为这些应用选择一个能支持这么多传感器和LED的适当器件。主机不仅可读取按键状态，而且还可采取适当行动。在这些应用中，可使用叫做侧键抑制 (FSS) 的功能防止一次激活一个以上的按键。

图13：安全系统键盘中的电容感应系统方框图

图14：安全系统键盘

如何配置MBR器件：

配置MBR器件需要遵循特定协议。MBR器件提供便于开发人员使用的接口，通过I2C以寄存器形式连接至主机。通过向寄存器映射写入适当的值，可启用、禁用或配置器件功能。主机控制器（例如微控制器）或软件工具（例如用于配置器件的赛普拉斯EZ-Click）可通过I2C访问该寄存器映射。

基本协议：

1.写入寄存器，以启用、禁用或配置器件功能；
2.计算所有可配置寄存器的CRC校验和，并将该值写入CRC寄存器；
3.发出命令，将内容保存至器件的闪存；
4.检查寄存器映射中的错误寄存器，检验保存是否成功；
5.如果保存不成功，请注意错误类型并重新保存。根据错误类型情况返回步骤2或步骤3；
6.如果保存成功，通过软件或硬件发出重置命令，让配置生效。

图15：有关如可配置MBR器件的流程图

与典型可编程器件不同，MBR器件不需要任何固件开发或详细设计流程。要让MBR器件准备就绪，只需要对该器件进行配置即可。此外，该配置还可通过赛普拉斯EZ-Click定制工具等软件工具进行简化。现在，我们来讨论配置器件的不同方法以及每种方法的使用时间。

1.通过主机处理器进行配置：

在大多数使用MBR器件的UI应用中，都有一个主机处理器。该MBR可作为从器件，而二者之间的通信链路则是I2C接口。在这些应用中，可通过编程主机处理器来配置MBR器件，可分为三种情形：1）在系统每次上电时，2）以规定的速率，或者3）系统整个生命周期内仅一次。在任何情况下，都可使用多种方法通过主机处理器进行配置。

应用编程接口（API）可作为软件组件互相通信的接口。这些都是MBR器件厂商提供的现成API产品，可将其整合在主机处理器固件中。这有助于主机处理器配置MBR器件，开发人员无需掌握配置该器件所需的应用级协议。

电容式感应控制器厂商提供的API分为高级或低级API。高级API又可分成三个类别：

● 配置器件；
● 读回系统诊断及生产线数据；
● 读回运行时的传感器状态等数据。

这些API可在MBR设计流程的不同阶段使用。

低级API通常是通信（l2C）接口读写API。低级API的需要与否视所使用的主机处理器而定。

2.软件GUI

配置MBR器件的另一种方法是通过GUI来定义设置。赛普拉斯提供的EZ-Click定制工具就是这类工具。这款基于GUI的工具可在设计流程的多个阶段加速设计进程。该GUI通常具有配置器件并从器件读取数据的选项。

为了区分不同的设计阶段，GUI工具通常有不同的选项卡对应于MBR器件所支持的不同类型的功能。例如，EZ-Click定制工具具有以下分类：

● CapSense传感器配置；
● 全局配置；
● CapSense输出；
● 系统诊断。

电容式传感器配置选项卡用来完成与电容式传感器有关的设置。对于GPO设置和防水性设置等所有非传感器器件配置设置而言，可使用全局配置选项卡。配置完成后，请务必使用工具中的适当选项连接目标器件，加载配置。

在设计验证过程中，不仅可创建配置，而且GUI还可将设置加载至原型电路板中。CapSense输出和系统诊断选项卡可帮助开发人员检查设计是否满足所有需求，确认电容式传感器工作是否如愿。如果该原型还不能工作，这两个选项卡可用来调试和找到问题。在手动阀值模式下，CapSense输出选项卡还可用来设置阈值。

此外，软件工具还可在大批量生产过程中协助配置MBR器件。它可生成合适的配置文件，用来与第三方配置工具配合使用，以配置大量的MBR器件。

我们在第3部分中介绍了家用电器和安全系统键盘设计应用实例，以及如何配置MBR器件才能实现这类应用所需的功能。在第4部分，我们将介绍利用MBR器件设计电容式感应系统的步骤4和步骤5，即验证和量产。

【系列文章】
五步轻松设计出电容式触摸传感器（1）：概述及原理图设计
五步轻松设计出电容式触摸传感器（2）：布局设计和智能手机应用实例
五步轻松设计出电容式触摸传感器（4）:验证设计和量产