抗噪声电容触控 HMI 参考设计

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http://www.ti.com.cn/tool/cn/TIDM-CAPTOUCHEMCREF#1

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不错，羔羊。。

目前电容按键已经成为潮流，很多先进的工业控制器都采用电容按键来取代机械按键或是电阻式按键。TI采用的基于 CapTIvate™ 触控技术的MSP430单片机设计的电容触摸具有低功耗，抗干扰能力强的特点。其中，MSP430这一系列的单片机的最大特点就是每个型号都带有某些特点，只针对特定的应用，保留必须的外设，裁剪了不必要的外设，节省了功耗同时降低了成本，此款MSP430FR2633即是有CapTIvate™ 触控相应外设，能够单片MCU实现电容触控。

未来可以考虑用MSP430FR2633设计带电容按键功能的先进HMI，仅需要在现有的显示屏上面增加一个触摸板（即外屏）即可实现，可以与主CPU采用串口或I2C通信的方式。

CapTIvate技术提供灵活性可同步支持自电容和互电容，从而实现增强的系统解决方案。结合TI家超低功耗技术，必将在未来的市场上大有作为。

现在都流行把人机交流界面称作上位机，在产品应用上是比较多的，使用MCU驱动显示屏进行人机交流也很常见。据我所知MSP430MCU在低功耗方面是很强大的，应用到这种人机交互产品中应该也是有优势的。

之前做人机界面的产品在做静电放电抗扰动性测试老是把黑屏，尝试过很多方法都不是很有效。通过这种触控技术应该可以很好的解决这个问题。

电容触摸按键已经成为一个趋势，无论是家电领域，或者是电子消费级产品领域，越来越多的采用电容触摸按键设计，TI的抗噪电容式触控 HMI 设计集成了低功耗的控制器，线性稳压器及反激开关，在性能和抗干扰设计上比普通的机械按键更有优势，比如受静电的影响更小，普通的机械按键寿命短等问题。同时TI还提供参考设计，大大节约了工程师的开发时间，提高了效率，同时TI还有良好的技术支持。在和其他同类产品竞争时更有优势。

电容触摸技术目前来说市面相同类型的产品比较多，就日常应用来说手机等都用到了电容触摸。

TI   CapTIvate™ 触控技术的 MSP430™ MCU 可实现抗噪电容式触控感应  还是让人比较期待的，

 16位的 MSP430FR2633 微控制器性能是还是可以的，从参数上来看TI的这款触摸方案都是很优秀的，为高要求的应用场合提供了多的选择。

在未来HMI 设计中加入电容式接近传感器，电容式接近传感器普遍用于检测传感器近距离处是否存在用户。通过检测，当感应到有用户存在后，我们即可选择背光发光来凸显特定按钮，或者将屏幕从低功耗运行模式下唤醒。具体 就汽车应用而言，当电容式接近传感器感应到用户在车内时会打开车厢灯光，或激活无钥匙车门解锁系统。除了感应传感器附近是否存在用户之外，我们还能通过适 当放置的多个接近传感器来识别空中的简单手势。所有传感器的数据能够结合在一起，从而映射出传感器邻近区域中用户的手势操作。这些手势可用来给系统提供输入信息，包括控制媒体播放机、进行地图导航或者浏览播放列表等。

电容触控方案在业界的应用越来广泛，很大程度上已经取代了微动开关，优点也很明显，方便操作，长寿命，节能，低成本等等，但电容触控方案也有自己的一些缺点，抗干扰差就是比较明显的，比如表面出现水渍，手上有水有油等情况，都会很大程度的影响其操作，有时甚至失灵，所以TI的抗噪声方案就越发的突出了其优势。也符合了广泛产品应用的需求。

采用 CapTIvate™ 触控技术可否实现手势控制，我第一个想到的就是手势控制游戏，想想如果运用到电视机游戏上，晚上回去用手势游戏锻炼下身体也是不错的选择，另外在手机上如果能手势控制，那感觉也太高大上了，手机屏幕本来就不大，一个又大又粗的手指在上面滑来滑去，直接挡住了屏幕，特别在玩一些游戏的时候，手势控制就能迎刃而解，想想也不错。另外就是手势控制虽然很方便，但是由于其靠电容场检测，而且检测级别非常小，这就导致可能容易受到干扰，不知道实用情况如何。

这类电容触控感应技术应用还是比较广泛，汽车电子，消费电子，工业设备仪器等，目前很多工业设备还是用的实体按键，还是较多的考虑了可靠性，但是电容触控技术是一个趋势，提高了用户体验以及设备的层次；另外，对于静电等干扰因素考虑的更多，这也使触控技术的工业应用增加了筹码。TI一直走在行业前端。

验证电容屏的抗干扰性就是做EFT测试了，TI的方案能满足±4kv快速群脉冲测试还是很不错。这样在有干扰的情况下，不至于会出现触摸不灵，跳屏或者黑屏之类的。还有人体接触的东西就是共模干扰了，相信TI配置的电源要求也是很好的。ESD打到±8kv和±15kv的标注也是业界领先水平，保护产品不易被损坏。

在HMI设计中，抗干扰能力尤为重要，进行抗干扰设计时，根据以往经验，主要采取抑制干扰源、切断或衰减电磁干扰的传播途径和利用软件手段等措施，提高装置和系统的抗干扰能力。具体可分为：
1、采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰。
2、正确选择电缆的和实施敷设，消除可编程控制器、人机界面的空间辐射干扰。
3、PLC控制器输入输出通道的抗干扰措施。
4、PLC控制器抗干扰的软件措施。
5、正确选择接地点，完善接地系统。
6、设备选型。

触摸式按键是人机交互的趋势，相比机械式按键寿命长，产品可以获得更好防水等性能。传统的触摸技术抗噪声能力弱，容易出现误触发或反应不灵敏，采用 CapTIvate™ 触控技术的 MSP430™ MCU 可实现抗噪电容式触控感应。

ti的msp430能够设计出稳定的hmi系统，值得称赞，支持ti，能够满足通过具有挑战性的传导射频抗扰性、电气快速瞬变/脉冲群抗扰性和静电放电抗扰性系统级测试的硬件和软件。

用过TI的MSP430F5529开发板的电容式触摸屏，小巧方便，同时控制器超低功耗，如何把它的防水、防污等功能加强，就可以应用在很多的恶劣严苛的环境下了，就可以创造出更多实用的产品。

电容式触控HMI设计相对电阻式更便捷，但是如何抗干扰是个头疼的问题。TI的采用CapTIvate™ 触控技术的 MSP430™ MCU 可实现抗噪电容式触控感应，符合传导抗噪性能高达 10Vrms 的 IEC 61000-4-6 标准，符合电气快速瞬变/脉冲群抗扰性高达 ±4kV 的 IEC 61000-4-4 标准，符合静电放电抗扰性高达 ±8kV 接触放电和 ±15kV 空气放电的 IEC 61000-4-2 标准，配备通用交流和 12V 直流电源的手动和自动电容感应面板适用于多种测试配置。在医疗领域，对可靠性要求更高，TI的CapTIvate™ 触控技术更是有了用武之地。

第一代人机交互技术是机械按键。

第二代人机交互技术是触摸屏。

第三代人机交互技术是语音识别。

楼主展示了电容式触控 HMI 设计方案，设计简洁明了，抗噪声性能好，

抗静电性能超强，体现了TI在第二代人机交互技术的领先优势，不知道

TI在第三代人机交互技术是语音识别方面有没有技术方案可以参考？

  作为目前业界功耗最低的电容式触摸MCU，采用CapTIvate技术的全新MSP430FR2633 MCU可为电子访问控制、家电、个人电子以及工业控制面板等处于嘈杂环境下的各类应用提供全面的硬件和软件特性。
  不得不说它的低功耗做的很好，在由单个纽扣电池供电的情况下，设备的运行时间可长达15年。
  TI的触觉解决方案可支持广泛的电压、线性谐振器 （LRA） 和品质偏心旋转（ERM） 制动器，以提供真实且始终如一的触觉效果。
  传导抗噪性能高达10Vrms这一点真的没的说，质量非常高！

        相比传统的机械按键需要考虑结构、大小和安装等问题，电容式触摸按键的发展为我们带来极大的便利，不仅使产品的开发变得快速有效，而且对提升外观，节省成本带来便捷。现在越来越多的领域采用这种技术，比如：家居、消费、工业和物联网等。TI提供的抗噪声电容触控 HMI 参考设计，非常不错。其中抗噪声特性尤为重要，2年前我在这上面吃过亏，印象深刻。当时选用一款触摸芯片设计出5按键的触摸面板，在调试时，有时触摸效果会很差，比如触摸灵敏度和距离差、按键与按键之间有干扰，经过与原厂进行沟通和验证修改，最后才解决了上述问题。如果抗噪声特性强，将会为产品的开发节省时间和成本，提高产品的可靠性和一致性。TI的这种方案优势明显，而且TI芯片通过很多IEC的标准，真的为我们省去很大的测试成本。TI的产品真的不错，我会继续支持和使用。

HMI人机交互界面，是用户和系统设备进行交互和信息交换的媒介，一般包括输入单元（如键盘，鼠标，按键，触摸按键）和输出单元（如触摸屏，显示屏，串口）等硬件和软件组成。现行的嵌入式MCU，一般都会集成HMI接口，如TI采用高性能 CapTIvate™ 触控技术的 MSP430FR2633 微控制器 (MCU)加速了产品设计，CapTIvate™ 的抗干扰高性能和MSP430系列的低功耗把握了发展的趋势，而且使产品更加具有亮点。

人机界面特性：

• 采用 CapTIvate™ 触控技术的 MSP430™ MCU 可实现抗噪电容式触控感应
• 符合传导抗噪性能高达 10Vrms 的 IEC 61000-4-6 标准
• 符合电气快速瞬变/脉冲群抗扰性高达 ±4kV 的 IEC 61000-4-4 标准
• 符合静电放电抗扰性高达 ±8kV 接触放电和 ±15kV 空气放电的 IEC 61000-4-2 标准
• 配备通用交流和 12V 直流电源的手动和自动电容感应面板适用于多种测试配置

        以上的参数对人机界面来说是必须具备的参数，人机界面在特定的环境下的使用，比如在控制系统的人机界面、动车的人机界面、水上设备和水下设备的人机交互都要求的很严格；

A、抗干扰，不对其他设备产生干扰、面对电压，电流的突变能够正常工作；

B、在静电放电抗扰性高达 ±8kV 接触放电和 ±15kV 空气放电的 IEC 61000-4-2 标准下正常工作；

C、通用交流和 12V 直流电源的使用能够正常使用，当一路交流电源切换到直流电源时，设备能够正常工作；

D、当设备失电的时间，数据能够保存时份重要的；当设备突然失电和恢复供电时、设备能够正常工作；

E、人机界面的抗震动性能，满足特定设备的震动需求；

电容越高，噪声越大，特别是环境的影响（元器件受潮，受热等）干扰，CapTIvate技术非常灵敏，不仅能够测量小至10飞法的电容值变化和高达300皮法的宽动态电容范围，还能透过60mm厚的玻璃罩和最厚达25mm的塑料罩来感测触碰，MSP430 FRAM MCU集成了CapTIvate触控技术，有效的减少了噪声干扰的影响。

该设计是完整触控人机界面 (HMI) 设计，体现了一些人机界面设计的特点。

（1）集成化。采用集成化的MSP430FR2633微控制器 (MCU) ，实现高性能的 CapTIvate™ 触控技术，解决人机友好界面。

（2）准确性。不管什么人机界面一定要解决误触发和多次触发不响应的问题。解决误触发就要抗干扰，识别真假触控信号。解决多次触发不响应就要提高灵敏度，减小噪声。该设计传导抗噪性能高达 10Vrms，电气快速瞬变/脉冲群抗扰性高达 ±4kV，符合相关标准。

（3）安全性。包括人的安全和机器的安全。电容感应面板不能带电，要有良好的绝缘性。人有时往往带有静电，机器必须能抗静电而不损坏。该设计静电放电抗扰性高达 ±8kV 接触放电和 ±15kV 空气放电，符合标准。

TI的 CapTIvate™ 触控技术的 MSP430™ MCU 可实现抗噪电容式触控感应，确实是触摸对的一大技术革新，只要成本下来了，肯定大批普及。

               这个参考设计非常适合于工业 HMI 应用。

        工业应用中，传感器节点、工业仪表和控制面板上的机械按钮很容易落满灰尘，而越积越多的灰尘最终会导致设备故障。在工业环境中用电容触摸机制来替代机械按钮的人机接口 (HMI) 系统提供诸如更加时尚设计、易于清洁和不容易出现机械故障等优势。而且运行在工业环境中的电机、中继器和开关会在电力线中注入巨大噪声，这些噪声源会在测量信号中的波动与检测阀值相交时错误地触发一个器件。 

          TI 采用高性能 CapTIvate™ 触控技术的 MSP430FR2633 微控制器 (MCU) 的电容触摸技术在解决工业HMI中干扰难题方面向前迈进了一步。TI方案借助于硬件中内置的多频率扫描和处理、展频调制、零交叉检测，支持电容技术的按钮会克服系统中噪声的影响。CaTIvate触摸MCU不仅仅提供一个替代工业HMI系统中机械按钮的紧凑轻松解决方案，它还解决了现有电容触摸解决方案中的很多问题，比如说嘈杂环境中的稳健耐用性。

板子构思很不错啊，针对于能设计出能够通过具有挑战性的传导射频抗扰性、电气快速瞬变/脉冲群抗扰性和静电放电抗扰性系统级测试的硬件和软件表示惊喜，图片的结构给人以震感，布线很完美，很不错的设计