Touch系列之電容式傳感與水分

關鍵字 :Touch MCU
一般來說,只要人體(論是手指還是手等部位)接觸傳感器,都會發生觸摸。手指靠近傳感器時,它開始將觸摸採集階段產生的電場從自由空間轉移到大地,從而導致傳感器電容發生變化。電容的這種變化決定了傳感器的檢測狀態。任何改變傳感器電容的導電材料或物體都將        導致觸摸檢測。水就是這樣一種物質,會給觸摸傳感器造成極大幹擾。


為什麼水分會給電容式觸摸傳感器帶來這種問題?因為它具有高導電性。當水流到傳感器的表面時,它會形成一個導電層,最終導致錯誤的觸摸指示。該導電層將轉移傳感器在觸摸採集階段產生的電場,使之遠離自由空間。聚集的水很容易與附近的傳感器和周圍的電接觸,    然後為電場提供一個低阻抗到地路徑。這將導致傳感器的總測量電容發生變化,如果不加以抑制,將最終導致錯誤觸摸檢測。


水分與電容式觸摸傳感器
 既然已經解釋了水分電容式觸摸傳感器的影響,那麼設計人員如何防止由過多水分導致的誤檢測?可選擇保護通道和相鄰按鍵抑制(AKS)邏輯這兩種傳統水分檢測方法。不過,一旦檢測到這兩種方法通常會禁止隨後的觸摸檢測。這兩種方法會使觸摸傳感器在除去水分前無法工作。在使用PKE系統時門把手模塊不能簡單地在檢測到水分後立即進入“鎖定”模式,阻止駕駛員進入車內。無論解鎖傳感器上有多少積水,PEK門把手模塊必須能夠完全工作而且必須能夠檢測觸摸。為了實現這種高價功能,應用需要忽略一種需要 水分但仍能檢測觸摸的方法 。


       
 識別水分和人體觸摸       
汽車工作環境中,水分可以存在多種形式,如水滴形式的露滴和雨水。對於電容式傳感器來說,凝露通常不是問題,因為這種類型的水分往往是隨時間的推移在觸摸傳感器的表面慢慢緩慢型成。結果是,由於這種水分導致的傳感器電容總變化率相對較小。因此可以通過應用固件中的觸摸漂移算法輕鬆補償。而雨滴則由於與觸摸傳感器的接觸方式隨機而且相當突然 ,因此不那麼容易補償。

 雨滴通常是由從天而降的雨水或者由洗車行或花園軟管產生的噴水形成。當這些水滴與電容式觸摸傳感器接觸時,它們會在測量的傳感器信號電平中產生非常陡峭的瞬時尖峰,這是傳感器電容變化的結果。感器信號電平的急劇變化與通過駕駛員的手指或手進行人體接觸期間觀察到的響  應類型有很大不同。人為接觸引起的觸摸檢測對信號的影響更為長久,導致傳感器信號分布曲的變化更加緩慢。


 
下圖顯示了電容式觸摸傳感器在未觸摸(穩態)、有水分但未觸摸和已觸摸這三種狀的典型
響應
線                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       

   

 觸摸傳感器響應中的這些差異對於每個事件都是惟一的,可支持開發專門的觸摸處理算法。這些算法與其他減少水分的技術結合使用時,可以用來在雨滴與觸摸傳感器接觸時消除雨滴的影響,並最終避免意外的觸摸檢測。減少水分的技術和算法可以採取許多不同的方式。Microchip採用的是一種水滴防止在觸摸傳感器上相互作用的方法。在傳感器級搜索傳感器信號異常值或者尖峰。利用這種方法,執行一系列測量,並計算傳感器的信號電平的連續平均值。然後將平均傳感器信號電平通過以下方式識別水滴時記錄的最小值和最大信號值做比較:

 (最大值-平均值)>(平均值-最小值)

為最大程度的減少水滴的誤差檢測,必須根據傳感器靈敏度調整算法。這可通過將檢測閾值代入如下公式來實現:

 最大值-平均值)>[平均值-最小值+閾值]

這樣一來,我們可以確保只有最小/最大異常值與平均值之間有顯著差異的傳感器測量被識別為水滴。
        
總傳感器元件
 當雨水與觸摸傳感器接觸時,它與傳感電極表面接觸的時間和位置都是隨機的。如果傳感器設計為單電極,與傳感器接觸的任何液滴都可能觸發錯誤的觸摸檢測。在觸摸傳感器較大的情況下,如同汽車門把手應用解鎖傳感器的情況一樣,將傳感器分成幾個更小的傳感電極可能很有幫助。獲取於PCB不同區域的多個電極上的觸摸信號可以提供關於觸摸傳感器工作環境的更直接的反饋。水分檢測算法可用的傳感器數據越多,對水分的識別就越準確。將由單個電極組成的傳感器分成可以集總在一起的多個電極有助於完成這項任務。每個具有外設觸摸控制器(PTC)的Microchip MCU都可以使用集總模式功能,集總模式允許設計人員,將多個傳感器電極組合或合併成更大的傳感器元件,這些傳感器元件可以獨立工作,也可以成工作。

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