TI 针对扫地机器人系统的解决方案 【人机交互界面章节】

作者:TI 华南区现场应用工程师吴杨、曾繁宸

 

摘要

近年来,扫地机器人市场快速崛起,越来越多用户和厂商在关注这个领域。 TI在该应用下提供种类丰富的模拟以及嵌入式解决方案,帮忙您快速进行选型和设计。扫地机器人系统可以分为以下几个子系统: 电池管理,电源管理,电机驱动,传感器及信号调理,人机交互界面等部分。

扫地机器人系统框图可在TI官网页面浏览:http://www.ti.com.cn/solution/cn/vacuum_robots

 

在本系列分享中,将会依次对图中主要子系统进行介绍:

第一节、电池管理

第二节、电源管理

第三节、电机驱动

第四节、传感器及信号调理

第五节、人机交互界面

第五节、人机交互界面

丰富的人机交互功能可以给扫地机器人产品带来更好的用户体验和产品附加值。TI在该领域提供诸多解决方案: LED显示,电容触摸,语音功放,无线连接等等。接下来以LED显示以及电容触摸方案为代表介绍。

5.1  LED显示

 

TI的LED产品覆盖多样的应用场景,包括: 指示灯背光驱动,LED数码管显示驱动,以及呼吸/跑马灯。 对于扫地机器人产品而言,LED灯通常用于状态指示,用户可以根据不同的产品需求,选择不同类型的显示方式。TI LED驱动芯片带来的优点包括:1) 节约MCU I/O口。2) 恒流驱动,高效可靠。3)无需大量软件资源即能实现特殊灯效。 以下为TI LED产品在扫地机器人应用中的大致分类和推荐:

 

LED指示灯

断码式LED数码管

呼吸灯,环形灯

接口

SPI

I2C

SPI

SPI

I2C

指标

多通道数输出恒流驱动

40V耐压,多通道数输出恒流驱动

多通道数输出恒流驱动

高分辨率亮度控制

多通道数

内置驱动引擎

建议

TLC5928X

TLC5947

TLC595X

TLC6C598

TLC6C5912

TLC5928X

TLC595X

TLC5947 (24CH)

TLC595X (48CH)

LP55231

LP5569

LP50XX

典型应用场景

背光灯显示

数码管显示

呼吸灯,跑马灯,渐变灯,环形/条形等效果

 

以LP50XX系列产品举例说明:LP50XX系列是TI全新一代RGB三色灯驱动,可以在占用MCU极少资源的情况下,实现多个通道RGB三色灯的控制,实现精准恒流,亮暗,颜色变化,以及图案组合等效果。该产品实现的灯效能给扫地机器人带来与众不同的人机交互体验。其开发的简易程度,也有利于产品快速上市。 

LP50XX参数:

  • 支持多种通道数选型:36/30/24/18/12/9-Ch
  • VCC 范围: 2.7V to 5.5V
  • 恒流控制,全电压范围内每个通道最大25.5mA,当VCC大于3.3V时可达35mA;
  • 超低关断电流1uA (Max.),低待机功耗10uA(Typ.)
  • 每个通道集成12bit, 29KHz PWM发生器
  • 独立通道颜色配置寄存器
  • 独立通道亮度控制寄存器
  • 3个可编程RGB库方便软件编写
  • 可支持4颗器件级联
  • 支持高达400KHz快速I2C模式

更多详细信息可以查看LP50XX规格书, 更多LED选型可以查看TI官网: LED选型

 

5.2    MSP430 Captivate MCU

MSP430 captivate系列MCU是TI最新一代基于电容式的触摸方案。 有如下几个特点:

1) 可靠性: 芯片通过IEC61000-4-X认证,可以有效地抵抗噪声,防止误触发;

2) 通用性:该方案可用于各类材料面板的触摸(玻璃,塑料,金属),还能够实现简单的手势识别,接近感应以及液位检测。

3) 低功耗:TI Captivate MCU沿袭了TI MCU一贯的超低待机功耗特性,非常适合电池式产品如扫地机器人。

4) 高分辨率: 超高分辨率,有利于实现滑条,滚轮等触摸效果。

5) 简易开发: TI提供完整的图形化编程界面,只需要5分钟即可实现自定义设计。

 

MSP430FR2522产品举例说明:

MSP430FR2522的主要参数指标如下所示:

1)  15个I/O口,其中8个I/O可用于电容感应。

2)  频率最高支持16Mhz,7KB FRAM存储空间。

3)  内置8个10bit ADC。

4)  超低待机功耗:正常运行(120uA/MHz),待机模式(<4uA),关断模式(36nA)。

5)  VQFN,TSSOP封装可选。

 

5.3    TI参考设计

针对如上所提两种人机交互功能,TI整合并定制了一款参考设计TIDA-01559。它采用了 MSP430FR2522 MCU 和 LP5569 LED 驱动器,可通过 LED 引擎控制实现极低的待机功耗并减少 MCU 的负载资源。该解决方案可应用于需要具有出色 EMI 性能和抗湿性能的低功耗 HMI 的应用中,该设计可应用与扫地机器人产品中。

该参考设计的系统框图和实物图如下方所示,可实现功能包括:

1)    利用MSP430FR2522实现玻璃/塑料面板触摸按键,以及接近唤醒。

2)    利用LP5569实现RGB三色灯环的特殊效果(呼吸,闪烁,渐变等)

3)    利用LP5569配合MSP430FR2522实现LED闪烁与手触摸成随动效果。

           

如对该参考设计感兴趣,更多信息可以浏览TI官网:TIDA-01559, 可以在页面内找到设计说明文档,设计源文件(SCH, PCB, 软件源代码),测试报告,BOM等文件。

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