基于CY8C22545的觸摸按鍵電磁爐設(shè)計(jì)

　　CY8C22545片上包含有優(yōu)化的觸摸控制邏輯，圖3是該器件用于一個(gè)通道的CSD觸摸感應(yīng)控制的內(nèi)部硬件框圖。與以往的Cypress觸摸產(chǎn)品比較，CY8C22545產(chǎn)品有以下一些特點(diǎn)：

　　1)CY8C22545采用左右兩條模擬總線(xiàn)的結(jié)構(gòu)，所有的IO口都可通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)分別接到左右兩邊的模擬總線(xiàn)上。所有的IO口都可作為觸摸傳感器的輸入端。另外，CY8C22545內(nèi)部設(shè)計(jì)了兩套掃描控制邏輯，可支持兩個(gè)觸摸傳感器同時(shí)進(jìn)行掃描的操作，這樣可以減少總的按鍵掃描時(shí)間。在微波爐等多按鍵(或滑條)的設(shè)計(jì)中，這種方式有著獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。

　　2)該器件內(nèi)部有兩個(gè)電流源(IDAC)，每個(gè)電流源有256級(jí)調(diào)節(jié)范圍，可輸出0640uA電流，基本可替代各種Capsense精度配置時(shí)所采用的外部放電電阻，因此只需要一個(gè)外接的充放電電容即可完成感應(yīng)電容的檢測(cè)。另外，采用內(nèi)部IDAC替代外部放電電阻這種方法在做Capsense參數(shù)調(diào)整時(shí)非常方便，無(wú)需更換外部電阻即可實(shí)現(xiàn)參數(shù)的優(yōu)化配置。當(dāng)然，客戶(hù)仍然可以選擇使用外部電阻作為Capsense的放電電阻。

　　3)掃描時(shí)鐘源，計(jì)數(shù)器和定時(shí)器都用專(zhuān)用的資源來(lái)支持，不占用任何數(shù)字模塊資源，因此可以有更多的數(shù)字資源用于系統(tǒng)控制。

　　4)另外，由于電路上的優(yōu)化，每個(gè)按鍵掃描完成后才產(chǎn)生一次中斷，因此大大的減少CPU干預(yù)時(shí)間，使得CPU有更多時(shí)間處理其它任務(wù)。

　　圖3. CSD觸摸感應(yīng)控制邏輯框圖

　　3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)采用目前市面上比較流行的電磁爐結(jié)構(gòu)，即功率板由一片LM339及一些分立器件構(gòu)成，而用戶(hù)接口板由MCU及LED等分立器件構(gòu)成。功率板實(shí)現(xiàn)了包括同步檢測(cè)，電流負(fù)反饋控制，振蕩電路，浪涌保護(hù)等控制，本文就不再詳述。用戶(hù)接口板實(shí)現(xiàn)了觸摸感應(yīng)控制，LED數(shù)碼管和LED燈掃描驅(qū)動(dòng)，用戶(hù)菜單管理，IGBT及鍋具溫度檢測(cè)，過(guò)溫保護(hù)，供電電源過(guò)欠壓保護(hù)，電磁爐恒功率控制，恒溫控制，風(fēng)扇、蜂鳴器等外設(shè)控制以及其他一些系統(tǒng)主控功能。圖4是用戶(hù)接口板的硬件框圖。

　　圖4. 用戶(hù)接口控制板框圖

　　CY8C22545采用44 pin 的TQFP封裝，最多有38個(gè)I/O，可支持到37個(gè)觸摸傳感器的輸入，因此可滿(mǎn)足大多數(shù)復(fù)雜的用戶(hù)接口板設(shè)計(jì)。如果IO數(shù)量不能滿(mǎn)足需求，用戶(hù)可以通過(guò)SPI接口與外部一片74LS164完成IO口的擴(kuò)展用于LED等外圍器件的驅(qū)動(dòng)。

　　在本設(shè)計(jì)中，CY8C22545對(duì)外部12個(gè)觸摸感應(yīng)按鍵進(jìn)行檢測(cè)，SAR10 ADC對(duì)各個(gè)溫度傳感器及AC電源的電壓和電流進(jìn)行采樣，并使用了三個(gè)數(shù)字模塊分別配置成三個(gè)8bit精度的PWM發(fā)生器，用于驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速以及產(chǎn)生功率控制用的PWM參考信號(hào)。另外，用一個(gè)數(shù)字模塊配置為8bit的定時(shí)器，用于固件的時(shí)基。如果需要IO擴(kuò)展，則可用一個(gè)數(shù)字模塊配置為SPI接口以驅(qū)動(dòng)外部串并轉(zhuǎn)換邏輯。

　　恒功率控制和恒溫控制是電磁爐主要的兩種工作模式。在本系統(tǒng)中分別采用了兩個(gè)PID閉環(huán)控制算法實(shí)現(xiàn)恒功率控制和恒溫控制。由于這兩種系統(tǒng)具有不同的時(shí)間參數(shù)，需要分別調(diào)整設(shè)定系統(tǒng)PID參數(shù)。

　　無(wú)鍋檢測(cè)是電磁爐中一個(gè)重要的技術(shù)，它包含放置檢測(cè)和移開(kāi)檢測(cè)。放置檢測(cè)采用脈沖方式。在電磁爐正常工作之前，CY8C22545使主諧振電路打開(kāi)一個(gè)很小的時(shí)間，通過(guò)計(jì)算諧振過(guò)零點(diǎn)個(gè)數(shù)檢測(cè)諧振電路的振蕩次數(shù)。當(dāng)沒(méi)有鍋具時(shí)，主諧振電路處于欠阻尼狀態(tài)，諧振過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)端有較多的脈沖產(chǎn)生。有鍋具時(shí)，主諧振電路處于阻尼狀態(tài)，此時(shí)諧振過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)端產(chǎn)生的脈沖較少。CY8C22545能夠通過(guò)檢測(cè)脈沖的數(shù)量決定是否有鍋具存在。移開(kāi)檢測(cè)采用了電流檢測(cè)的方法。當(dāng)電磁爐正常工作時(shí)，工作電流會(huì)穩(wěn)定在一個(gè)正常范圍內(nèi)。如果移開(kāi)鍋具，系統(tǒng)的電流會(huì)急劇下降到一個(gè)較小的范圍。CY8C22545可以通過(guò)檢測(cè)電流的急劇下降，判定鍋具移開(kāi)。另外，在CY8C22545輸出一個(gè)固定占空比PWM的條件下，系統(tǒng)的工作電流會(huì)維持在一個(gè)特定的范圍。CY8C22545也可以通過(guò)檢測(cè)當(dāng)前電流是否符合當(dāng)前PWM的占空比來(lái)判斷鍋具是否移開(kāi)。

　　4.結(jié)語(yǔ)

　　采用PSoC CY8C22545的觸摸按鍵電磁爐設(shè)計(jì)，利用其模擬、數(shù)字和觸摸感應(yīng)專(zhuān)用邏輯使整個(gè)系統(tǒng)只用了一個(gè)PSoC芯片便實(shí)現(xiàn)了觸摸按鍵電磁爐的控制功能。結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)潔明了，不需要太多的外圍元件。在觸摸感應(yīng)的參數(shù)調(diào)整上非常靈活方便，為客戶(hù)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)節(jié)省許多調(diào)試時(shí)間。