汽車(chē)電容觸摸感應技術(shù)解析

電容觸摸感應技術(shù)一直都是一種設計差異化技術(shù)，旨在用于設計極其美感的汽車(chē)信息娛樂(lè )系統。當器件足以集成汽車(chē)特定功能時(shí)，工程師即開(kāi)始運用電容感應技術(shù)開(kāi)發(fā)超越信息娛樂(lè )應用的更新型應用，以求簡(jiǎn)化和改進(jìn)車(chē)輛中的各種用戶(hù)界面。搭配使用接近感應功能和汽車(chē)專(zhuān)用功能（比如 LIN 和 CAN 等標準網(wǎng)絡(luò )協(xié)議）后，電容觸摸感應技術(shù)已經(jīng)成為汽車(chē)設計中的主流技術(shù)。

　　一個(gè)世紀以來(lái)，汽車(chē)已經(jīng)從各種機械零部件的大雜燴變成了高效、非常舒適且更加安全的機器。這場(chǎng)革命主要是由汽車(chē)中使用的電子設備數量大幅度增加所帶來(lái)的。不過(guò)有一樣是不變的，那就是用戶(hù)的滿(mǎn)意度一直取決于人們和汽車(chē)的互動(dòng)是否方便與有效。不管是駕駛人員和控制系統的互動(dòng)，還是乘客與娛樂(lè )系統的互動(dòng)，擁有汽車(chē)的樂(lè )趣仍然源于這種互動(dòng)。電阻測試儀| 電阻計| 電表| 鉗表| 高斯計| 電磁場(chǎng)測試儀| 電源供應器| 電能質(zhì)量分析儀| 多功能測試儀

　　測量和跟蹤用戶(hù)的互動(dòng)并為主控系統提供反饋的系統，都被稱(chēng)為汽車(chē)人機界面 (HMI) 系統。從用戶(hù)的角度來(lái)說(shuō)，這些互動(dòng)可能是有意識的（比如乘客主動(dòng)向系統提供輸入時(shí)），也可能是下意識的（比如當系統在駕駛人員未察覺(jué)的情況下測量駕駛人員的意圖的時(shí)候）。此外，隨著(zhù)汽車(chē)中各種系統日趨復雜，這就需要系統具備更好的響應能力并意識到人們的互動(dòng)。

　　電容感應——引發(fā)汽車(chē) HMI 革命

　　工程師一直想改進(jìn) HMI 系統，讓它們更加直觀(guān)、外觀(guān)“更酷”，精度更高。電容感應技術(shù)是目前這場(chǎng)變革的核心。它讓 HMI 應用的設計和實(shí)施發(fā)生了革命性的變化。

　　簡(jiǎn)單來(lái)講，電容式感應器是由一對相鄰的電極構成的。當人（或者其他導體）接近電極，電極和導體之間的電容就會(huì )增加。通過(guò)測量這個(gè)電容，就可以感應到導體的存在。能夠感應物體存在的能力是創(chuàng )建各式各樣觸摸感應器的基礎。這些感應器可用作按鈕、滑條、觸控板和其他常見(jiàn)的界面組件等。

　　此外，電容式感應技術(shù)還可以用于接近感應，其中感應器和用戶(hù)的身體之間沒(méi)有接觸。這可通過(guò)增強感應器的靈敏度來(lái)實(shí)現。另外，由于這種感應器不受視野限制，單個(gè)感應器就可以感應物體在三維空間中的靠近方向。

　　這種技術(shù)如果配合可編程混合信號控制器使用，則能夠發(fā)揮出更為強大的功能�？删幊唐骷�能夠智能測量電容，進(jìn)而實(shí)現對人體接近的多項指標進(jìn)行探測：距離、接近方向、手勢識別，等等。采用可編程方法還可以集成電機控制和 LED 驅動(dòng)等其他功能，從而為用戶(hù)提供觸摸／接近反饋（見(jiàn)下）�？删幊唐骷�還可以讓開(kāi)發(fā)人員通過(guò)定義最佳靈敏度閾值和可變掃描速度等來(lái)降低電流消耗、改善抗噪性，進(jìn)而大幅度提高性能。

　　電容感應——成熟的技術(shù)

　　在過(guò)去 5 年多的時(shí)間里，電容觸摸感應技術(shù)已廣泛應用于汽車(chē)信息娛樂(lè )系統之中，用觸摸感應按鈕取代了機械按鈕。許多用戶(hù)已經(jīng)熟悉了導航系統中的電容觸摸控制功能，如功能隨菜單激活狀態(tài)而變化的“固定”按鈕、縮放圖像的滑條、在需要的時(shí)候出現在主顯示屏上的控制器等。這些系統控制了車(chē)輛上的導航、音頻、HVAC 和車(chē)輛整體管理等各項功能。

　　電容觸摸感應技術(shù)還可配合機械按鈕，實(shí)現性能更強的混合型按鈕（見(jiàn)圖 1），對接近／觸摸（比如功能預覽）和實(shí)際按下按鈕（比如功能啟用）都能做出響應，詳見(jiàn)下圖。

圖 1：混合型觸摸技術(shù)實(shí)施方案

　    這些應用還可以通過(guò)使用電容感應型接近感應器得到進(jìn)一步的強化。例如，可以根據用戶(hù)的接近情況開(kāi)啟背光控制（見(jiàn)圖 2）的面板。

圖 2：接近型汽車(chē)音頻背光控制

        推動(dòng)電容感應技術(shù)進(jìn)入汽車(chē)應用的因素

　　隨著(zhù)電容感應技術(shù)日趨成熟，電子設計工程師正在汽車(chē)上為其尋找創(chuàng )新性的全新用途。共有兩大因素推動(dòng)在這項技術(shù)進(jìn)入汽車(chē)領(lǐng)域：一、對汽車(chē)專(zhuān)用通信協(xié)議的支持；二、穩健 IC 技術(shù)的問(wèn)世。

　　觸摸感應控制器已經(jīng)開(kāi)始支持 LIN 和 CAN 等汽車(chē)專(zhuān)用通信協(xié)議。隨著(zhù)對觸摸板和系統 ECU（見(jiàn)圖 3）之間的分布式架構的需求日漸增加，觸摸感應控制器對 CAN 和 LIN 的支持使得系統設計人員能夠盡量壓縮所需的外部元器件數量，同時(shí)提升可靠性，降低 BOM 成本。此外，一體化的趨勢還使過(guò)去在上述網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)上實(shí)施的功能得以輕松移植到觸摸感應控制器上。

        日漸豐富的成熟、穩健 IC 搭配電容感應技術(shù)，使半導體公司能夠制造出掃描速度更快、抗噪性更強、功耗更低的新器件，加之經(jīng)驗不斷豐富的應用設計隊伍，將大力推動(dòng)電容感應技術(shù)不斷向更新的應用領(lǐng)域拓展。部分此類(lèi)創(chuàng )新應用包括：

　　電容感應無(wú)源無(wú)匙進(jìn)入系統：無(wú)源無(wú)匙進(jìn)入系統已存在相當長(cháng)的一段時(shí)間了。近期，電容感應已開(kāi)始用于探測逐漸接近的駕駛人員之手。這樣即可自動(dòng)開(kāi)啟駕駛人員衣袋中的遙控器和車(chē)上防盜控制系統之間的加密通信。認證通過(guò)后，駕駛人員獲準進(jìn)入車(chē)內并駕車(chē)離去，從而無(wú)需從口袋中掏出鑰匙來(lái)啟動(dòng)車(chē)輛（見(jiàn)圖 4）。

圖 4：無(wú)源無(wú)匙進(jìn)入系統使用的電容式觸摸感應器

        對靠近中央控制臺的方向進(jìn)行接近型探測：汽車(chē)中央控制臺的電容式接近感應器可以根據人手靠近的方向和距離實(shí)現多種定制功能。這樣，中央控制臺可以根據駕駛人員或者乘客是否靠近中央控制臺（見(jiàn)圖 5）調整或者改變其響應。

圖 5：根據靠近的方向控制中央控制臺功能

        車(chē)內照明控制：電容接近感應技術(shù)還是實(shí)現各種車(chē)內和車(chē)外汽車(chē)系統距離感應照明控制的有效方式。這種系統的例子包括接近型車(chē)廂照明；照明強度隨手靠近的距離而變化的接近型門(mén)手把背光照明；以及通過(guò) LIN 界面實(shí)現的觸摸／接近頂燈照明等。結合了電容觸摸感應功能、LIN 通信支持功能、LED 調光功能的 IC 可使得在一個(gè)芯片上實(shí)現所有上述應用。

　　電容觸摸感應器型開(kāi)關(guān)：由于一流的美感、靈活性和可靠性，觸摸按鈕正逐漸大行其道，并有取代機械開(kāi)關(guān)和按鈕之勢。新興的應用借助電容觸摸按鈕控制車(chē)上的各項機械功能，如操控天窗、車(chē)窗、門(mén)鎖、后視鏡和遙控器。電容觸摸技術(shù)在打開(kāi)后背箱等外部功能也能夠發(fā)揮高效、防水的作用。由于 LIN/CAN 通信協(xié)議的面世，許多這類(lèi)應用正得到進(jìn)一步的推廣。

　　液面感應：除了感應人體，電容感應技術(shù)還可以用于測量液體情況，比如探測燃油、制動(dòng)液和冷卻液高度等。

　　從實(shí)現“更酷”的信息娛樂(lè )系統，到提供可靠的液面測量方法，電容感應均被認為是汽車(chē)應用中廣受青睞、用途廣泛的感應技術(shù)。通過(guò)結合使用管理 LCD 的功能和通過(guò) LIN 和 CAN 界面向系統模塊傳輸控制數據的功能，開(kāi)發(fā)人員可以開(kāi)發(fā)出單芯片實(shí)施方案，從而簡(jiǎn)化設計、降低成本。

　　目前，電容感應技術(shù)的潛力因專(zhuān)用于汽車(chē)行業(yè)的下一代混合信號控制器的問(wèn)世而逐漸得以釋放出來(lái)。隨著(zhù)人們對這些系統的需求日益增多，設計人員將能夠利用電容感應為各種各樣的應用提供有效的界面技術(shù)。