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汽車智能把手

   智能汽車把手

  首先來說說我們為什么要設計這款產品
  1:人們對于汽車行業設計相比于大多數其它行業,人們對汽車設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。他的電腦已經用了兩年了,鍵盤不再好使。我們上了他的車,他開始發脾氣,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區兩年,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,面向汽車應用的開關和按鈕所遭受的設計約束他們甚至連想都想不到。它們必須應對的不利條件是:
  ● 寬溫度范圍
  ● 寬濕度范圍
  ● 駕乘人員連續不斷的污損
  3:與早期的車型相比,如今汽車的開關和按鈕要多得多。不僅數量眾多,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。一種逐漸走紅的方法是轉變為采用電容式觸摸開關。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開關提供了汽車行業所需要的可靠性和價位。
  下面我來講講這款產品基本原理,基于大家都應當知道的原理。
  如圖1所示,電容式開關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。如果把一個導體(比如:手指)放置在靠近這些極板的地方,則一個并聯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用。
  構造一個電容式開關需要:
  ● 一個電容器
  ● 電容測量電路
  ● 用于把電容值轉換成某種開關狀態的局部智能。
  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構示于圖2。
      該電路由4個元件組成,一開始,放電開關處于開路狀態。當該開關開路時,全部電流均進入傳感器,導致其電壓線性轉換。該充電操作持續進行,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,導致放電開關閉合。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,然后重復這一循環。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。在每種應用中,可根據不同的傳感器尺寸和透明塑料膜厚度來相應地調整測量時間的變化。
  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。在每種應用中,可根據不同的傳感器尺寸和透明塑料膜厚度來相應地調整測量時間的變化。
  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,實際數值由各個應用來決定。該信號起計數器邏輯門的作用,高電平邏輯門允許計數器以 fref的速率遞增計數。在該邏輯門信號的下降沿上,生成了一個中斷信號,從而使得能夠對計數器進行讀取和復位操作。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值為46,一個雙周期邏輯門將產生一個93的計數值,對于10個周期而言,計數值將為468。顯然,累積計數值越大,分辨率或靈敏度就越高。較大的計數值可通過以下方法來實現:
  ● 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量。
  Sensorium開關的應用并不局限于汽車的把手。車門把手開關傳感器只是一個理想的實例。對于該應用而言,塑膠把手被用作傳感器的介質,使該傳感器具有極高的靈敏度,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。作為汽車報警系統的一部分,可以把該結果記錄下來,并通知車主有人反復嘗試接近汽車的車門把手。(甚至有可能撥打車主的手機。)
  由于沒有機械部件,而且可以很容易地與各種曲面相吻合,觸摸感應電容器開關因而堪稱面向當今汽車應用的理想技術。它們是傳統開關的成本/效益型替代方案,并使得設計師能夠實現具有新穎性和創新性的客戶面板功能。
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