可充電觸屏遙控模塊設(shè)計(jì)

　　摘要

　　本文介紹了使用MSP430作為主處理器實(shí)現(xiàn)可充電的觸屏遙控模塊，該設(shè)計(jì)方案支持紅外(IR)信號(hào)傳輸，且可擴(kuò)展RF和NFC無線傳輸方式;用戶輸入采用觸摸按鍵實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔美觀;系統(tǒng)可由電池供電，且自帶可充電模塊，可由USB或者直流電源適配器充電。TI的430系列MCU產(chǎn)品功耗低，可為便攜式電子設(shè)備提供更長(zhǎng)的使用壽命;其內(nèi)嵌LCD驅(qū)動(dòng)器，可以方便實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù);其支持多種觸摸按鍵實(shí)現(xiàn)方式，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便靈活。

　　簡(jiǎn)介

　　遙控設(shè)備在日常生活中非常易見，家電遙控器、玩具遙控器等方便了用戶對(duì)設(shè)備的控制。針對(duì)不同需求，遙控設(shè)備設(shè)計(jì)也不同，例如電視機(jī)遙控器不帶顯示屏，通常用紅外信號(hào)傳輸;空調(diào)遙控器則帶顯示屏，常用紅外(IR)和射頻(RF)傳輸信號(hào);另有一些高端遙控產(chǎn)品可通過手機(jī)等更新固件，實(shí)現(xiàn)版本的升級(jí)。本文介紹了一套用于遙控設(shè)備的通用方案，該方案支持LCD顯示; 支持紅外通信且可擴(kuò)展射頻通信方式;用戶輸入采用觸摸按鍵實(shí)現(xiàn)，時(shí)尚美觀;本方案預(yù)留NFC接口，可擴(kuò)展NFC功能;在電源管理方面，支持電池供電，USB充電和無線充電，方便實(shí)用。

　　1 原理介紹

　　1.1 電容式觸摸按鍵原理

　　觸摸按鍵在電子設(shè)備中得到越來越多的應(yīng)用。用觸摸按鍵實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的電磁爐，微波爐，電冰箱等家電產(chǎn)品越來越受青睞，預(yù)計(jì)未來會(huì)有越來越多的觸摸按鍵產(chǎn)品取代傳統(tǒng)的機(jī)械式按鍵產(chǎn)品。觸摸按鍵具有堅(jiān)固耐用，反應(yīng)速度快，節(jié)省空間，美觀大方，易于清潔等諸多優(yōu)點(diǎn)。觸摸式按鍵可分為四大類，電阻式，電容式，紅外線式及表面聲波式感應(yīng)按鍵。其中電阻式，紅外線式和表面聲波按鍵主要應(yīng)用于觸摸屏中，在單個(gè)按鍵中很少使用。本方案將重點(diǎn)討論電容式觸摸按鍵在單個(gè)按鍵中的應(yīng)用。

　　電容式觸摸按鍵采用電容量為判斷標(biāo)準(zhǔn)，在觸摸按鍵的設(shè)計(jì)中，它具有一些優(yōu)點(diǎn)，例如可直接集成在PCB中，觸摸感應(yīng)區(qū)域外形尺寸設(shè)計(jì)靈活，相對(duì)成本較低等等。簡(jiǎn)單來講，電容式觸摸按鍵在按下的時(shí)候改變了電容值，從而改變電路振蕩周期，通過對(duì)振蕩周期改變值的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的檢測(cè)。圖1 是電容式觸摸按鍵原理示意圖。

　　圖1 觸摸按鍵原理示意圖

　　空載狀態(tài)下，感應(yīng)區(qū)域電容由材料和結(jié)構(gòu)決定(圖1左上圖),電容值為C1+C2。變化電容基于寄生效應(yīng)，主要由外界導(dǎo)體與PAD之間的寄生電容組成(圖1右下圖)，手指按下，寄生電容值變化，容值為C1+C2+C3||C4。將此電容接入電路組成振蕩器，電容值的改變導(dǎo)致振蕩電路輸出頻率變化，通過測(cè)量輸出頻率判斷按鍵的觸發(fā)狀態(tài)。

　　按鍵感應(yīng)區(qū)域設(shè)計(jì)需要避免誤觸發(fā)以及兼顧靈敏度。通常來說，單個(gè)按鍵感應(yīng)區(qū)域需要做的足夠大，以達(dá)到識(shí)別按鍵目的;相鄰按鍵感應(yīng)區(qū)域應(yīng)保持一定距離，避免誤觸發(fā);觸摸感應(yīng)區(qū)形狀原則上可任意，單個(gè)按鍵以圓形、方形為佳。

　　TI的MSP430支持多種觸摸實(shí)現(xiàn)方式，參考文檔[1]。

　　1.2 紅外信號(hào)傳輸原理

　　紅外遙控原理可參考文檔[2]。本文采用 NEC 協(xié)議編碼，簡(jiǎn)單說是通過脈沖串之間的時(shí)間間隔來表示邏輯“0”和邏輯“1”。載波信號(hào)頻率為38k，邏輯“1”用0.56ms的38k載波和1.5ms的無載波表示，邏輯“0”用0.56ms的載波和0.56ms的無載波表示，幀頭用9ms載波加4.5ms無載波表示。編碼幀格式參考圖2，具體格式定義可根據(jù)實(shí)際情況稍作修改。

　　圖2 紅外編碼數(shù)據(jù)幀格式

　　TI的MSP430系列MCU自帶Timer，可方便產(chǎn)生38k載波，編碼時(shí)的載波有無控制可由Timer的PWM輸出模塊實(shí)現(xiàn)[3]。其PWM輸出模塊可配置成7種輸出方式，可方便實(shí)現(xiàn)上述編碼。采用MSP430的Timer的PWM輸出功能，僅需要一個(gè)Timer和一路PWM即可輕松實(shí)現(xiàn)紅外編碼，無需額外硬件，軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。為系統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)省成本和開發(fā)時(shí)間。