一種帶振動反饋的觸摸空調(diào)面板

沈頌龍

【摘? 要】本文開發(fā)一款帶振動反饋的觸摸空調(diào)面板開關(guān)，利用人體與觸摸傳感器之間的交互，識別空調(diào)面板的功能，并通過CAN網(wǎng)絡(luò)總線將識別的操作信號傳輸給整車，達到車載空調(diào)的操作實現(xiàn)，同時結(jié)合面板的振動單元，給人功能確認(rèn)的反饋信息。本投影開關(guān)為一體式結(jié)構(gòu)，具有很強的內(nèi)飾匹配性，該設(shè)計使得內(nèi)飾更加簡約，并具備很強的科技感。

【關(guān)鍵詞】觸摸傳感器；振動；CAN總線

中圖分類號：U463.851? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）06-0047-03

A Touch Air Conditioning Panel with Vibration Feedback

SHEN Song-long

（Pan-Asia Automotive Technology Center Co.，Ltd.，Shanghai 200129，China）

【Abstract】This paper developed a touch panel switch air conditioning with vibration feedback，using the human body and the interaction between the touch sensors，to identify the function of the air conditioning panel，and through the CAN bus network will identify the operation of the signal transmission to the vehicle，to achieve the automotive air conditioning operation implementation. At the same time，it is combined with the vibration of the panel unit at the same time，give a person confirm feedback function. The projection switch is a one-piece structure，with a strong interior matching，has made the interior simple and advanced，and has a strong sense of science and technology and other characteristics.

【Key words】touch sensor；vibration；CAN bus

1? 背景描述

本觸摸空調(diào)面板開關(guān)主要由LENS總成、觸摸SENSOR、PCB總成以及底座等組成，LENS總成和觸摸SENSOR作為操作的輸入單元，PCB總成對觸摸的輸入信號進行采集，并由微控制器單元進行分析處理，驅(qū)動振動模塊進行體感反饋，并通過CAN bus信號傳輸給空調(diào)控制器單元，然后接收空調(diào)控制器的燈光反饋進行功能指示燈的點亮，以及溫度的顯示、風(fēng)量模式的顯示。新觸摸空調(diào)面板開關(guān)如圖1所示。

與傳統(tǒng)機械面板開關(guān)相比，具備以下優(yōu)點。

1）極簡化：觸摸面板一體式設(shè)計，在息屏情況下，整體為死黑效果，內(nèi)飾簡約。

2）防水性和EMS能力增強：面板表面相對于普通機械按鍵，減少了縫隙的數(shù)量，增強了產(chǎn)品防水性和產(chǎn)品的EMS能力。

2? 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1? 硬件架構(gòu)

硬件描述架構(gòu)如圖2所示，其中主要硬件模塊的介紹如下。

1）電容觸摸單元：電容觸摸SENSOR組件，通過OCA膠集成到LENS面蓋上，電信號通過排線連接到PCB，如圖3所示。

2）電磁鐵振動單元：當(dāng)線路接通后，正半周脈動直流電壓加在電磁線圈上，由于電磁鐵的作用，在振動體和機座之間產(chǎn)生脈沖電磁力，振動體被吸引，此時彈性系統(tǒng)貯存勢能，在負(fù)半周二極管不導(dǎo)通，電磁力消失，借助彈性系統(tǒng)貯存的勢能，使振動體向相反的方向振動。這樣周而復(fù)始，振動體便以交流電的頻率往復(fù)振動。

3）微控制器單元：基于NXP的SPC56XX系列單片機，是一款32位系統(tǒng)片上SOC微控制器，CPU最大主頻達到了64MHz。

4）CAN總線單元：TJA1145是一種高速CAN收發(fā)器，它提供一個接口控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）協(xié)議控制器和物理雙線CAN總線。該收發(fā)器通信速率高達1mbit/s，廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)。

2.2? 軟件架構(gòu)

軟件描述框圖如圖4所示。軟件架構(gòu)采用AUTOSAR3.2層次及接口交互方式，ECU軟件被抽象分類為基礎(chǔ)軟件層（BSW）、運行環(huán)境（RTE）和應(yīng)用層（APP）。

1）微控制器抽象層（MCAL）負(fù)責(zé)提供微控制器的各種驅(qū)動，例如內(nèi)存、通信和I/O等。

2）ECU抽象層負(fù)責(zé)提供統(tǒng)一的訪問接口，從而實現(xiàn)對ECU內(nèi)存、通信和I/O等資源的訪問，而無需考慮這些資源是由微控制器提供還是外圍設(shè)備提供。這些外圍設(shè)備的驅(qū)動也包含在這一層。

3）服務(wù)層提供各種類型的后臺服務(wù)，例如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、內(nèi)存管理和總線通信服務(wù)等。操作系統(tǒng)也隸屬于這一層。

4）RTE實現(xiàn)了應(yīng)用層軟件組件（SWCs）和BSW之間的數(shù)據(jù)交換并控制兩者之間的相互作用。

5）應(yīng)用層根據(jù)實際產(chǎn)品需求，負(fù)責(zé)實現(xiàn)具體應(yīng)用的軟件組件（SWCs）。

3? 設(shè)計實現(xiàn)

3.1? 觸摸實現(xiàn)

手指按在觸摸按鍵上，類似引入了一個并聯(lián)電容，MCU采集未按下時的電容狀態(tài)值作為基準(zhǔn)電容值，與手指按下后采集到的電容值（圖5）進行比較，電容差值作為是否有手指動作的判斷依據(jù)。

觸摸按鍵未操作時，采集到的按鍵信號作為Baseline值，觸摸按鍵操作時實時采集到的按鍵信號作為Reading值，見圖6。

在軟件標(biāo)定后，定義實際樣件觸摸閾值為Δ，當(dāng)實際采集到Δ'=reading-baseline，如果Δ'>Δ，產(chǎn)品功能有效。

觸摸識別采用了Microchip的Mtouch方案，具有可視化界面方便配置、應(yīng)用場景豐富的特點。按鍵Baseline及Reading更新速率可調(diào)，同時按鍵可單獨調(diào)整閾值，根據(jù)閾值二點調(diào)整，可以實現(xiàn)觸摸靈敏度、防噪聲和防誤觸發(fā)的綜合性能最優(yōu)方案，如圖7所示。

3.2? 振動反饋實現(xiàn)

面板振動波形方案，如下所述。

1）1號方案（Buick振感）：1個6.5ms的脈沖波。

2）2號方案（蘋果手機振感）：2個3ms的脈沖波，中間間隔時間40ms。

3）3號方案（華為手機振感）：頻率220Hz，占空比為30%的方波，方波發(fā)送7個周期。

面板振動波形方案對比如圖8所示，測試用的振動分析儀如圖9所示。

4? 總結(jié)與展望

觸摸類產(chǎn)品在汽車工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，在市場上也得到了部分客戶認(rèn)可，整體式的面板設(shè)計方式讓整車內(nèi)飾的高級感、科技感得到了較大的提升，同時，誤觸發(fā)問題和溫度變化對電容采集的影響，以及振動反饋的噪聲問題，都是觸摸類產(chǎn)品開發(fā)中的技術(shù)重點和難點，需要進行設(shè)計規(guī)避。

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（編輯? 凌? 波）