可充電觸屏遙控模塊設計

　　摘要

　　本文介紹了使用MSP430作為主處理器實現(xiàn)可充電的觸屏遙控模塊，該設計方案支持紅外(IR)信號傳輸，且可擴展RF和NFC無線傳輸方式;用戶輸入采用觸摸按鍵實現(xiàn)，設計簡潔美觀;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，可為便攜式電子設備提供更長的使用壽命;其內(nèi)嵌LCD驅(qū)動器，可以方便實時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù);其支持多種觸摸按鍵實現(xiàn)方式，設計簡便靈活。

　　簡介

　　遙控設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設備的控制。針對不同需求，遙控設備設計也不同，例如電視機遙控器不帶顯示屏，通常用紅外信號傳輸;空調(diào)遙控器則帶顯示屏，常用紅外(IR)和射頻(RF)傳輸信號;另有一些高端遙控產(chǎn)品可通過手機等更新固件，實現(xiàn)版本的升級。本文介紹了一套用于遙控設備的通用方案，該方案支持LCD顯示; 支持紅外通信且可擴展射頻通信方式;用戶輸入采用觸摸按鍵實現(xiàn)，時尚美觀;本方案預留NFC接口，可擴展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

　　觸摸按鍵在電子設備中得到越來越多的應用。用觸摸按鍵實現(xiàn)人機交互的電磁爐，微波爐，電冰箱等家電產(chǎn)品越來越受青睞，預計未來會有越來越多的觸摸按鍵產(chǎn)品取代傳統(tǒng)的機械式按鍵產(chǎn)品。觸摸按鍵具有堅固耐用，反應速度快，節(jié)省空間，美觀大方，易于清潔等諸多優(yōu)點。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按鍵。其中電阻式，紅外線式和表面聲波按鍵主要應用于觸摸屏中，在單個按鍵中很少使用。本方案將重點討論電容式觸摸按鍵在單個按鍵中的應用。

　　電容式觸摸按鍵采用電容量為判斷標準，在觸摸按鍵的設計中，它具有一些優(yōu)點，例如可直接集成在PCB中，觸摸感應區(qū)域外形尺寸設計靈活，相對成本較低等等。簡單來講，電容式觸摸按鍵在按下的時候改變了電容值，從而改變電路振蕩周期，通過對振蕩周期改變值的檢測實現(xiàn)對按鍵的檢測。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，主要由外界導體與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，電容值的改變導致振蕩電路輸出頻率變化，通過測量輸出頻率判斷按鍵的觸發(fā)狀態(tài)。

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

　　TI的MSP430支持多種觸摸實現(xiàn)方式，參考文檔[1]。

　　1.2 紅外信號傳輸原理

　　紅外遙控原理可參考文檔[2]。本文采用 NEC 協(xié)議編碼，簡單說是通過脈沖串之間的時間間隔來表示邏輯“0”和邏輯“1”。載波信號頻率為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，編碼時的載波有無控制可由Timer的PWM輸出模塊實現(xiàn)[3]。其PWM輸出模塊可配置成7種輸出方式，可方便實現(xiàn)上述編碼。采用MSP430的Timer的PWM輸出功能，僅需要一個Timer和一路PWM即可輕松實現(xiàn)紅外編碼，無需額外硬件，軟件實現(xiàn)簡單。為系統(tǒng)設計節(jié)省成本和開發(fā)時間。