汽車智能把手
智能汽車把手
首先來說說我們?yōu)槭裁匆O(shè)計這款產(chǎn)品
1：人們對于汽車行業(yè)設(shè)計相比于大多數(shù)其它行業(yè)，人們對汽車設(shè)計寄予的期望值更高。
上個周末，我和一位鄰居前往電腦商店購買一個新鍵盤。他的電腦已經(jīng)用了兩年了，鍵盤不再好使。我們上了他的車，他開始發(fā)脾氣，因為收音機的一個按鈕壞了。提請您注意，這輛車服役已達12年之久，而電腦鍵盤才用了區(qū)區(qū)兩年，但他卻對自己的汽車有著更高的期待。人人都是這樣的。
2：對于許多非汽車工程師來說，面向汽車應(yīng)用的開關(guān)和按鈕所遭受的設(shè)計約束他們甚至連想都想不到。它們必須應(yīng)對的不利條件是：
● 寬溫度范圍
● 寬濕度范圍
● 駕乘人員連續(xù)不斷的污損
3：與早期的車型相比，如今汽車的開關(guān)和按鈕要多得多。不僅數(shù)量眾多，而且還必需能夠很容易地安裝到外形日益多樣化的操縱面之中。另外，它們還需具備成本效益性，以取代密封型開關(guān)。一種逐漸走紅的方法是轉(zhuǎn)變?yōu)椴捎秒娙菔接|摸開關(guān)。由于未采用機械式部件，而且能夠與成形操縱面相吻合，因此sensorium開關(guān)提供了汽車行業(yè)所需要的可靠性和價位。
下面我來講講這款產(chǎn)品基本原理，基于大家都應(yīng)當知道的原理。
如圖1所示，電容式開關(guān)基本上就是一個由兩根相鄰走線形成的電容器；物理定律決定了在它們之間存在電容。如果把一個導(dǎo)體（比如：手指）放置在靠近這些極板的地方，則一個并聯(lián)電容將與該傳感器相耦合。當把手指放置于電容式傳感器之上時，電容將增加。拿開手指后，電容將減小。在增加了用于測量電容變化的電路之后，就可以確定手指的存在與否了。
一根走線、間隔、另一根走線，這就是組成一個電容式傳感器的全部所需。這就是這個傳感器的控制模塊組成核心部分。并使之貼合在把手的內(nèi)表面相與之相吻合，這樣它們便可適合于汽車中幾乎所有的應(yīng)用。
構(gòu)造一個電容式開關(guān)需要：
● 一個電容器
● 電容測量電路
● 用于把電容值轉(zhuǎn)換成某種開關(guān)狀態(tài)的局部智能。
典型的電容式傳感器具有10pF~30pF的電容值。手指通過1mm的絕緣透明塑料膜耦合至傳感器的電容通常為1pF~2pF。當采用較厚的透明塑料膜時，耦合電容減小。為了檢測手指的存在與否，需要設(shè)計能夠測量出由手指引起的1%電容變化幅度的電容式觸摸感應(yīng)電路。
弛張振蕩器是一種有效而簡單的電容測量電路。典型的弛張振蕩器電路拓撲結(jié)構(gòu)示于圖2。
該電路由4個元件組成，一開始，放電開關(guān)處于開路狀態(tài)。當該開關(guān)開路時，全部電流均進入傳感器，導(dǎo)致其電壓線性轉(zhuǎn)換。該充電操作持續(xù)進行，直至傳感器電壓達到比較器的門限電平為止。比較器隨后從低電平變換至高電平，導(dǎo)致放電開關(guān)閉合。電容式傳感器通過該低阻抗路徑迅速放電至地。該過程將使比較器的輸出從高電平變換至低電平，然后重復(fù)這一循環(huán)。如下面的公式所示，輸出頻率（fout）與充電電流成正比，而與門限電壓和傳感器電容成反比。測量該頻率，以確定傳感器電容：
當充電電流為5mA、比較器門限為1.3V且傳感器電容為30pf時，輸出頻率為128kHz。測量輸出頻率花費的時間越長，獲得的分辨率就越高。頻率分辨率的提高將改善電容測量的靈敏度。增加測量時間將提升測量電容分辨率。在每種應(yīng)用中，可根據(jù)不同的傳感器尺寸和透明塑料膜厚度來相應(yīng)地調(diào)整測量時間的變化。
如果利用上面的公式來求解電容，則將得出下面的方程：
uage:ZH-CN;mso-bidi-language:AR-SA'>）與充電電流成正比，而與門限電壓和傳感器電容成反比。測量該頻率，以確定傳感器電容：
顯然，人們實際上希望測量的是輸出頻率的周期。圖3示出了用于進行周期測量的方框圖和波形。 o-bidi-font-family:宋體'>。測量輸出頻率花費的時間越長，獲得的分辨率就越高。頻率分辨率的提高將改善電容測量的靈敏度。增加測量時間將提升測量電容分辨率。在每種應(yīng)用中，可根據(jù)不同的傳感器尺寸和透明塑料膜厚度來相應(yīng)地調(diào)整測量時間的變化。
如果利用上面的公式來求解電容，則將得出下面的方程：
uage:ZH-CN;mso-bidi-language:AR-SA'>）與充電電流成正比，而與門限電壓和傳感器電容成反比。測量該頻率，以確定傳感器電容：
輸出頻率被用于對一個脈寬調(diào)制器PWM進行定時，PWM輸出是一種由一些低電平周期再加上一些高電平周期的波形，實際數(shù)值由各個應(yīng)用來決定。該信號起計數(shù)器邏輯門的作用，高電平邏輯門允許計數(shù)器以 fref的速率遞增計數(shù)。在該邏輯門信號的下降沿上，生成了一個中斷信號，從而使得能夠?qū)τ嫈?shù)器進行讀取和復(fù)位操作。如前文所述，當充電電流為5mA、比較器門限為1.3V且傳感器電容為30pf時，將產(chǎn)生一個128kHz的輸出頻率。當采用一個6MHz基準時鐘時，一個周期所累積的計數(shù)值為46，一個雙周期邏輯門將產(chǎn)生一個93的計數(shù)值，對于10個周期而言，計數(shù)值將為468。顯然，累積計數(shù)值越大，分辨率或靈敏度就越高。較大的計數(shù)值可通過以下方法來實現(xiàn)：
● 提高基準頻率
● 降低振蕩器頻率
● 增加用于邏輯門信號的周期數(shù)量。
Sensorium開關(guān)的應(yīng)用并不局限于汽車的把手。車門把手開關(guān)傳感器只是一個理想的實例。對于該應(yīng)用而言，塑膠把手被用作傳感器的介質(zhì)，使該傳感器具有*的靈敏度，還可以用作一個靠近探測器。當檢測到有一只手逐漸靠近車門時，電源將被加至需要高得多的功率的安全硬件上。作為汽車報警系統(tǒng)的一部分，可以把該結(jié)果記錄下來，并通知車主有人反復(fù)嘗試接近汽車的車門把手。（甚至有可能車主的手機。）
由于沒有機械部件，而且可以很容易地與各種曲面相吻合，觸摸感應(yīng)電容器開關(guān)因而堪稱面向當今汽車應(yīng)用的理想技術(shù)。它們是傳統(tǒng)開關(guān)的成本/效益型替代方案，并使得設(shè)計師能夠?qū)崿F(xiàn)具有新穎性和創(chuàng)新性的客戶面板功能。
