基于Microchip PIC16LF1559 接近感应的呼梯控制器

随着2020年初以来爆发的新冠疫情,现在大部分的公共场合都用上了无接触式通道,如电梯的呼梯系统有很多地方使用了蓝牙,wifi 红外,语音等做呼梯,但是这些方式也存在一些使用习惯上的转变,如蓝牙 wifi 必须要和手机连接或者要下周相关的APP 或者关注微信小程序等才能使用,这样就比较让费时间和使用上的不便,红外感应做呼梯在误触发的情况,红外只有有东西档到了就会产生触发,语音触发如果人一多,环境就比较嘈杂,比较容易误识别,为解决这一问题,基于Microchip PIC16LF1559 接近感应的呼梯控制器就相对是比较适用了。

本方案主要介绍Microchip触摸按键和接近感应的电梯的呼梯方案,目前PIC和Atmel等众多MCU产品都带有1D Touch功能,1D Touch功能包括触摸按键、滑条、滚轮和接近感应等。本方案选用Microchip PIC16LF1599进行设计,最多支持17路Touch Channels。Microchip触控方案可以通过车规级严苛的ESD/EMI抗干扰能力和EMC兼容性,适应各种异常嘈杂电磁环境,在厚手套操作、手写笔、压力感应、防水防潮、强光照等环境。

在进入设计前,首先介绍下Microchip的触控方案原理。PIC16LF1599采用mTouch技术,通过差分电容分压器(CVD)方式,简单说明就是手指按压引起电容变化,从而检测到电压变化。CVD 是一项基于电荷/ 电压的技术,仅使用模数转换器(ADC)模块即可测量引脚上的相对电容。由于只需要一个常见的PIC 器件外设,因此此技术可在大多数MCU上实现。此技术根据内部ADC 采样和保持电容的大小来执行相对电容测量。具体步骤分为:

1:预充电电容,将两个电容充电至相反的电压。第一次执行为“采样A”。第二次为“采样B”。

2:连接电容并使其稳定,将两个电容并联并使电荷稳定。随着外部电容的增大,初始电荷也会增加到内部电容不发生变化,因此其电荷保持恒定。

3:ADC 转换,Chold 上的最终电压由外部电容大小与内部电容大小的关系决定;


电容式接近感应通过检测传感器上由于用户触摸或接近而产生的电容变化。对于Microchip 解决方案,传感器可以是任何通过可选串联电阻连接到MCU的引脚的导电材料。通常,传感器附近的任何导电物体或具有高介电常数的物体都会影响传感器电容。电容式接近传感器的扫描方式与电容式触摸传感器的扫描方式相同。器件不断监视传感器的电容,并等待出现重大的变化。接近信号的变化会明显小于触摸信号的变化,因为它必须在空气(而不是塑料或玻璃)中长距离有效,空气是最有可能的电场介质。为了维持可靠检测,系统需要保持良好的信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)

开发设计说明: 

MCC是microchip 针对8位 16位单片机开发的一个图像

界面配置程序和调用相关外设库函数的一个工具,

可以极大的节省项目的开发周期。

使用Data Visualizer的USART调试触摸功能,和信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)。

Sensor 大小对感应距离的影响。

Sensor 走线的主要要用Guard 包裹,加强抗干扰和防水等。

 

场景应用图

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展示版照片

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方案方块图

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PCB图纸

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原理图

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开发环境

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开发环境 MCC

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核心技术优势

1:PIC、AVR和SAM等产品从8bit MCU、16bit MCU到32bit MCU都支持支持触摸功能,同时通过汽车标准认证的MCU。 2、通过汽车应用Q100标准认证或符合Q100; 3、免费触摸库,触摸外设(PIC® MCU中的ADC2和AVR® MCU中的PTC)提供高性能 触摸功能且便于开发。结合MPLAB IDE和MCC(代码配置器)可以快速完成产品设计; 4、出色的防水防潮触摸功能、抗干扰功能、XLP超低功耗技术; 5、通过IEC/UL 60730 B类认证的安全触摸解决方案; 6、系统成本低,集成用户应用程序代码,提供全套工具和稳健的触摸库支持,为产品开发提供便利。

方案规格

1、内核8bit MCU,RISC架构 精简指令; 2、内置16Mhz 高精度振荡器(±1%),主频最大32Mhz; 3、采用XLP超低功耗设计,待机功耗30na(1.8V),工作功耗75na/Mhz(1.8V); 4、14K Flash、512B SRAM、128B EEPROM; 5、17ch * 10bit ADC、2CH PWM、1CH UART、1CH I2C、1CH SPI; 6、最多17ch 电容触摸通道,采用互电容方式,最多控制72个触摸按键; 7、封装SSOP20 /QFN20 /UQFN20 /PDIP20; 8、工作电压1.8V-3.6V; 9、-40℃-85℃或者-40℃-125℃。

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