一種燈光控制用戶界面的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

　　基本的環(huán)境光控制應(yīng)用包含一個(gè)用戶界面或者可為控制器提供控制信號(hào)以改變光的亮度或者顏色的環(huán)境光感應(yīng)器。基本的環(huán)境光控制器的方框圖如圖1所示。

              

　　市場(chǎng)上可用的大多數(shù)解決方案僅采用用戶界面或者結(jié)合采用環(huán)境光感應(yīng)器與用戶界面來(lái)控制環(huán)境光。這類用戶界面如圖2所示。

    

　　一般而言，人們可以通過(guò)用戶界面的選擇鍵選擇預(yù)定義的光選項(xiàng)，但只能從這些預(yù)定義選項(xiàng)中進(jìn)行選擇卻限制了用戶根據(jù)自己的選擇對(duì)光照的各種屬性進(jìn)行控制和配置的能力。本文將探討使用電容感應(yīng)器控制各種光屬性的用戶界面。

　　使用電容感應(yīng)器不僅可以讓用戶界面擁有光滑且極具吸引力等優(yōu)勢(shì)，而且還能夠節(jié)省成本，讓解決方案更加經(jīng)久耐用，免受抖晃影響。部分使用電容感應(yīng)器的其他特性還包括背光和靠近觸發(fā)器件背光，可讓系統(tǒng)面貌煥然一新，為設(shè)計(jì)人員帶來(lái)大量設(shè)計(jì)余裕。

　　電容感應(yīng)

　　電容感應(yīng)技術(shù)是一種用戶輸入方法，這項(xiàng)技術(shù)不再只是應(yīng)用于少數(shù)精選產(chǎn)品的邊緣技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于上千種、數(shù)百萬(wàn)臺(tái)產(chǎn)品當(dāng)中。設(shè)計(jì)公司、生產(chǎn)廠商和半導(dǎo)體公司都在大量投入，以求在這個(gè)快速拓展的市場(chǎng)中占據(jù)更大份額并建立自己在該領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，這項(xiàng)技術(shù)本身也在這一過(guò)程中獲得了持續(xù)的發(fā)展。這些發(fā)展的核心部分正是感應(yīng)方法本身，也就是用于測(cè)量和轉(zhuǎn)換電容值為數(shù)字值并隨后對(duì)數(shù)字值進(jìn)行處理、控制和輸出的過(guò)程。目前最為常用的感應(yīng)方法是電荷轉(zhuǎn)移、逐次逼近、Sigma-Delta調(diào)制和互電容測(cè)量。

　　CY8C21x34 – PSoC系列器件提供的電容感應(yīng)CSD法可以用于本應(yīng)用。這種方法使用開關(guān)電容器和Δ-Σ技術(shù)來(lái)測(cè)量感應(yīng)器的電容。圖3的方框圖說(shuō)明了在CY8C21x34實(shí)現(xiàn)CSD的方法。

                 

   

　　因此，調(diào)制器電容器CMOD通過(guò)仿真電阻充電。當(dāng)CMOD兩端的電壓超過(guò)VREF時(shí)，比較器的輸出會(huì)連接泄漏電阻器RB接地以泄放CMOD.這將把比較器的輸出置于LOW,斷開電阻RB.這個(gè)過(guò)程將不斷重復(fù)，比較器會(huì)輸出一串開啟計(jì)數(shù)器的脈沖。計(jì)數(shù)器的輸出是對(duì)應(yīng)著感應(yīng)器電容的數(shù)字值。

　　當(dāng)以手指觸摸感應(yīng)器時(shí)，感應(yīng)器的電容會(huì)增加，并降低Req.這樣會(huì)更快地為CMOD充電。由于泄漏時(shí)間恒定，充電時(shí)間可變，比較器輸出的將是一串占空比不同的脈沖。在本例中，對(duì)于時(shí)間較長(zhǎng)的情況，比較器的輸出將處于HIGH狀態(tài)。因此，計(jì)數(shù)器的輸出將發(fā)生變化。這種從計(jì)數(shù)器獲得的計(jì)數(shù)變化將幫助檢測(cè)手指的貼近。

　　使用偽隨機(jī)序列（PRS）生成器生成開關(guān)頻率，可以擴(kuò)展開關(guān)頻率信號(hào)的頻譜，降低輻射，增強(qiáng)抗噪能力。

　　用戶界面

　　環(huán)境光控制器的基本用戶界面可以對(duì)紅、綠、藍(lán)三色以及光照強(qiáng)度的選擇進(jìn)行控制。因此，它需要至少4個(gè)電容按鈕和1個(gè)滑條來(lái)控制光的強(qiáng)度值和色彩的飽和度?；瑮l可設(shè)計(jì)為放射狀的滑條?；瑮l段數(shù)可以根據(jù)多種因素來(lái)確定，如滑條直徑、達(dá)到100%值的轉(zhuǎn)數(shù)，外覆層厚度，等等。

　　典型的感應(yīng)器設(shè)計(jì)布局如圖4所示。這種設(shè)計(jì)為光的紅、綠和藍(lán)分量安排了電容開關(guān)。另外它還安排了一個(gè)亮度開關(guān)。中間的放射狀滑條用來(lái)根據(jù)通過(guò)按下R、G、B或者強(qiáng)度開關(guān)選擇的功能來(lái)控制色彩飽和度和光的強(qiáng)度。

 

     

　　放射狀滑條是以環(huán)形布置的多個(gè)電容感應(yīng)器的組合。它與線性滑條類似，區(qū)別僅在于環(huán)形滑條沒(méi)有開始端和終止端。激活一個(gè)感應(yīng)器就會(huì)半激活相鄰的物理感應(yīng)器。手指在滑條上的實(shí)際位置是通過(guò)計(jì)算激活的感應(yīng)器圖心位置來(lái)確定的。

　　集群接近感應(yīng)和背光

　　集群接近感應(yīng)和背光是本設(shè)計(jì)的增值特性。該特性可以在手接近設(shè)備的時(shí)候啟動(dòng)界面的背光，以便讓用戶在黑暗中找到界面。

　　CY8C21x34內(nèi)置一個(gè)模擬復(fù)用總線，用來(lái)把連接到各個(gè)引腳的感應(yīng)器連接到CSD時(shí)鐘上。用作集群接近時(shí)，放射狀滑條的各段都連接到模擬復(fù)用總線上。這可以通過(guò)以下IDE（PSoC Designer）中用于CY8C21x34器件的API來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　不管什么時(shí)候，當(dāng)檢測(cè)到手的時(shí)候，就會(huì)激活背光，以便用戶可以找到界面。這項(xiàng)功能還可以在手離開界面后關(guān)閉背光，以節(jié)省電力。

　　開啟背光的距離可以通過(guò)調(diào)節(jié)集群感應(yīng)器來(lái)加以相應(yīng)配置?？刂茊?dòng)距離（直至限定值）使用的參數(shù)包括Scan Speed、Ref Value和Resolution.

　　掃描速度

　　掃描速度是CSD模塊中用來(lái)控制感應(yīng)器掃描速度的參數(shù)。該參數(shù)可以幫助改善信噪比（SNR）。掃描速度決定了比較器輸出ON狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間，這將反過(guò)來(lái)影響系統(tǒng)的計(jì)數(shù)。由于對(duì)輸入信號(hào)的超采樣，較低的掃描速度能夠提供更好的信噪比。較低的掃描速度還能夠提供更好的抵御電源噪音的能力。各種掃描速度下的測(cè)試結(jié)果請(qǐng)參見附錄A.從圖上可以看出，因其噪音低、信噪比高，所以在接近設(shè)計(jì)中應(yīng)采用較低的掃描速度。因此，在集群接近感應(yīng)器設(shè)計(jì)中，應(yīng)使用較低掃描速度；在掃描剩余感應(yīng)器時(shí)，應(yīng)使用較高的掃描速度。

　　分辨率

　　由于超采樣增量測(cè)量法的性質(zhì)所致，在分辨率增加的情況下，噪音會(huì)有所下降。分辨率越高，測(cè)量感應(yīng)器的時(shí)間就越長(zhǎng)，而由于這種集成行動(dòng)，濾除的噪音就越多。請(qǐng)參考附錄A了解測(cè)試結(jié)果：

　　參考值

　　在比較器的倒相輸入端施加與該值相對(duì)應(yīng)的電壓VREF.由于把RB接地所產(chǎn)生的反饋?zhàn)饔?，非反相端的電?shì)也是VREF.當(dāng)該電勢(shì)設(shè)置得較小時(shí)，感應(yīng)器存儲(chǔ)的電荷量將增加，具體原因請(qǐng)參見公式2的基本電容方程式。

     

 

　　因此，降低參考值可以改善信號(hào)質(zhì)量，進(jìn)而改善信噪比。

　　背光LED

　　LED背光是指用LED（發(fā)光二極管）來(lái)作為液晶顯示屏的背光源。和傳統(tǒng)的CCFL（冷陰極管）背光源相比，LED具有低功耗、低發(fā)熱量、亮度高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，有望近年徹底取代傳統(tǒng)背光系統(tǒng)。

　　背光LED的作用是用來(lái)增強(qiáng)暗處界面的能見度。其可以用單色LED,也可以用三色LED.三色LED可以準(zhǔn)確地再現(xiàn)受控的周邊環(huán)境光。對(duì)于三色LED,可以使用降壓/升壓配置，根據(jù)需求構(gòu)造閉環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)而控制LED的色彩和強(qiáng)度。

　　結(jié)論

　　本文分析了使用CapSense作為用戶界面來(lái)控制環(huán)境光的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)還討論了實(shí)現(xiàn)基本用戶界面及附加特性的設(shè)計(jì)指南。