电容触摸按键在电梯行业的创新应用

作者:TI 工程师 Daniel Fang

在电梯行业,轿箱内的操纵箱控制面板以及每层楼安装的外呼板上都会用到按键开关,该按键要求具有高可靠性、抗干扰、长寿命和易用美观的特点。目前大部分使用的都是机械式按键。

传统机械式按键通过微动开关和机械结构来实现按键功能,当按键被按下时触发微动开关输出信号给主板,当按键被释放时通过内部弹簧和机械机构实现回弹。传统机械式按键其成本很大一部分是花在模具上,所以如果要更改按键外观,比如外观形状(圆形,方形或者长条形)尺寸大小,按键附加功能,机械式按键就力不从心了,而使用电容式触摸按键就非常简单,电容触摸按键可以让按键设计的更加时尚、友好和个性化。

电容触摸按键,相对于传统机械按键,具有以下优点:

  1. 节省结构开模费用,当按键要求不同尺寸、形状,个性化定制的时候,机械式按键往往需要重新开模,大部分费用花在模具上。而电容按键只需要更改前面板,结构模具不需要做改动。如下图,比如圆形和方形按键,只需要改前面板,后面的模具结构不需要做变动,费用大大降低,时间也大为缩短。

  1. 寿命长,电容按键里面没有机械和弹簧结构,只有前面亚克力面板,不存在机械疲劳性损伤,可以有效避免卡键风险。而机械按键通常都会有按键寿命限制,比如300百万次。
  2. 外观更时尚,电容按键因为其使用的是MCU,可以发挥其灵活设计的特点,写代码实现更多功能,比如驱动LED做背光灯,做不同颜色的背光,实现按键呼吸灯效果等。
  3. 加蜂鸣器和振动功能,当有按键按下的时候,给用户以蜂鸣振动作反馈,用户体验会更好。

 

            

电容按键参考设计框图如上图所示, MSP430FR2512是TI 最新量产的低成本支持触摸功能的单片机,支持:

  • 4 通道自感或互感按键
  • 7.5K FRAM+ 2K RAM
  • 5 mm × 4.4 mm TSSOP16 脚封装和4.5 mm × 3.5 mm VQFN20 封装
  • 11 GPIO

主板供电24V, 通过LMR14006降压到3.3V给MCU供电,4-40V输入,最大600mA电流,待机28 µA,Shutdown模式1 µA。

通过配套的图形化设计软件Captivate Design Center,工程师可以在5分钟之内方便快速地实现电容触摸按键的设计并完成基本调试。

使用电容触摸方案同样可以通过电梯行业对按键的测试要求:

  • 静电测试
  • 脉冲群测试
  • 盐雾测试
  • 温湿度测试
  • 高低温冲击测试
  • 防水
  • EMI

 

其他资源:

  • 基于MSP430FR2633 的TIDM-CAPTOUCHEMCRE的EVM评估板可以通过下面测试
    • IEC 61000-4-6 conducted noise tolerance up to 10Vrms
    • IEC 61000-4-4 electrical fast transient/burst tolerance up to ±4kV
    • IEC 61000-4-2 electrostatic discharge tolerance up to ±8kV contact discharge and ±15kV air discharge
  • Enabling noise-tolerant capacitive-touch HMIs with MSP CapTIvate™ technology: http://www.ti.com/lit/wp/slay045a/slay045a.pdf
  • TIDM-CAPTOUCHEMCRE: http://www.ti.com/tool/tidm-captouchemcref