如何定義壓力感測(cè) 如何使用高靈敏度接近傳感器

國(guó)際消費(fèi)電子展 (CES) 上，許多概念車配置了幾乎取代整個(gè)儀表盤的觸摸屏。儀表、天氣和信息娛樂(lè)控件全部被一塊大型電容式觸摸屏所代替。設(shè)計(jì)師認(rèn)識(shí)到，當(dāng)前許多中控臺(tái)觸摸屏面積太小。

定義壓力感測(cè)

壓力感測(cè)可理解為輸入或控制功能，需要一定的外力即壓力（無(wú)論強(qiáng)弱）來(lái)觸發(fā)功能。這種方式可以用來(lái)避免誤報(bào)，擴(kuò)大輸入可能性，例如與菜單選擇相結(jié)合。壓力感測(cè)廣泛用于需要觸摸喚醒，執(zhí)行其他功能的前幾代智能手機(jī)。智能手機(jī)制造商使用壓力敏感靜態(tài)區(qū)。主頁(yè)按鈕取代機(jī)械按鈕的動(dòng)作，提供觸覺(jué)反饋，使用戶產(chǎn)生按下按鈕的感覺(jué)。甚至更早幾代的智能手機(jī)就已經(jīng)出現(xiàn)觸摸變形的主頁(yè)按鈕。

早期的智能手機(jī)配有力感應(yīng)式主頁(yè)按鈕

防止汽車應(yīng)用中的誤觸發(fā)

今年國(guó)際消費(fèi)電子展 (CES) 上，許多概念車配置了幾乎取代整個(gè)儀表盤的觸摸屏。儀表、天氣和信息娛樂(lè)控件全部被一塊大型電容式觸摸屏所代替。設(shè)計(jì)師認(rèn)識(shí)到，當(dāng)前許多中控臺(tái)觸摸屏面積太小。駕駛員需要滾動(dòng)多層屏幕，才能執(zhí)行只需按一下按鈕即可完成的操作。此外，由于駕駛員視線需要長(zhǎng)時(shí)間離開(kāi)道路，小屏幕還存在安全隱患。因此加大了屏幕尺寸。電容式觸摸屏容易誤觸發(fā)，即用戶手指接近屏幕或不小心刷屏觸發(fā)操作。如果整個(gè)儀表盤是電容式觸摸屏，很容易誤觸發(fā)喚醒屏幕，并有可能改變?cè)O(shè)置。設(shè)計(jì)師需要建立某種屏幕區(qū)，功能類似手機(jī)主頁(yè)或“on”按鈕。但這些屏幕區(qū)的位置因車型而異，無(wú)法像智能手機(jī)那樣劃定。

采用壓力感測(cè)解決方案可以減少誤報(bào)。汽車設(shè)計(jì)師可建立需要一定壓力才能打開(kāi)部分屏幕的區(qū)域。如果沒(méi)有定義的壓力，則不會(huì)觸發(fā)任何功能。因此，只是接觸設(shè)備不會(huì)造成功能誤觸發(fā)。這在夜間尤為重要，誤觸摸會(huì)相對(duì)加大屏幕亮度，分散注意力。只有定義壓力或外力造成控制面板最小程度變形，才會(huì)執(zhí)行所需的控制操作。施加多大壓力或控制面板產(chǎn)生多大程度變形，取決于輸入設(shè)備或控制面板使用的材料，以及系統(tǒng)定義的觸發(fā)點(diǎn)。

數(shù)字接近傳感器的優(yōu)點(diǎn)

幾種方法可用來(lái)構(gòu)建壓力或壓力感測(cè)解決方案。盡管可以使用壓力傳感器，但這種方法成本高，需要占用大量PCB空間，且可靠性不足以防止故障乃至誤操作。也可以采用分立式紅外發(fā)射器，以及光電晶體管或光電二極管光學(xué)解決方案，但由于這些器件公差太大，分辨率低，無(wú)法達(dá)到應(yīng)有的效果。這種情況下，我們可以采用基于數(shù)字接近傳感器的光學(xué)解決方案。

Vishay數(shù)字接近傳感器提供經(jīng)濟(jì)高效的壓力感測(cè)解決方案。接近傳感器將紅外發(fā)射器、光電二極管和信號(hào)處理IC集成在單體封裝中，例如經(jīng)過(guò)AEC-Q101認(rèn)證的VCNL3030X01。在壓力感測(cè)應(yīng)用中，紅外光發(fā)射到電容式觸摸屏背面，反射到傳感器，傳感器接收并處理信號(hào)。輸出為數(shù)字計(jì)數(shù)，16位分辨率傳感器計(jì)數(shù)為0到65536。表面反射光量隨屏幕接近傳感器增加，相應(yīng)增加輸出計(jì)數(shù)。駕駛員或乘客按屏幕上的“主頁(yè)按鈕”區(qū)，屏幕會(huì)產(chǎn)生50 μm至100 μm變形。如果這些區(qū)域的屏幕內(nèi)面采用高反射率材料，并且直對(duì)接近傳感器，可以建立壓力感測(cè)區(qū)。

VCNL3030X01接近傳感器可用于感應(yīng)屏幕中的微小變形

壓力感測(cè)如何使用高靈敏度接近傳感器

運(yùn)行方式

I2C接口，具有多種編程功能，使其成為這種應(yīng)用的理想選擇。發(fā)射器電流可編程。初始設(shè)計(jì)工作可根據(jù)屏幕位置設(shè)定最佳發(fā)射器電流。如果生產(chǎn)過(guò)程中需要校準(zhǔn)，可以2.5 mA步進(jìn)量程，在5 mA至 20 mA范圍內(nèi)輕松調(diào)整發(fā)射器電流。在接近應(yīng)用中，發(fā)射器產(chǎn)生脈沖，Vishay傳感器提供四種不同占空比，可在1:40 至1:160開(kāi)/關(guān)周期中進(jìn)行編程。傳感器分辨率為16位，這是測(cè)量電容式觸摸屏微小變形所必需的。 傳感器具有陽(yáng)光抵消功能，可在大多數(shù)環(huán)境照明環(huán)境下工作。最后，傳感器允許編程閾值，當(dāng)超出閾值時(shí)觸發(fā)中斷信號(hào)。因此，無(wú)需微控制器不斷輪詢傳感器。

應(yīng)用舉例

接近傳感器典型距離曲線如右圖所示。y軸是數(shù)字傳感器輸出計(jì)數(shù)。本例中，反射板為柯達(dá)灰卡，其反射率僅為18 %。發(fā)射器正向電流設(shè)為50 mA。所示峰值為1 mm至4 mm。峰值右側(cè)計(jì)數(shù)值明顯下降(大于二次方)。為實(shí)現(xiàn)可能的最高分辨率并獲得可靠結(jié)果，檢測(cè)范圍應(yīng)選擇接近峰值處，留一定機(jī)械累積公差。本例中，傳感器與高反射檢測(cè)輸入面之間的距離約為2 mm。

VCNL3030X01的輸出計(jì)數(shù)與達(dá)到18%反射柯達(dá)灰卡的距離，其中峰值分辨率大約在2 mm處出現(xiàn)

傳感器與高反射物體之間的距離約為2 mm至3 mm時(shí)，VCNL3030X01可實(shí)現(xiàn)50 μm分辨率。這樣，每50μm步進(jìn)量程至少可以提供200到400個(gè)數(shù)字計(jì)數(shù)作為輸出值。這對(duì)于可靠檢測(cè)來(lái)說(shuō)已經(jīng)綽綽有余了，并且可以適應(yīng)環(huán)境影響，如溫度波動(dòng)、材料變化和老化。
編輯：hfy