一種燈光控制用戶界面的設(shè)計和實現(xiàn)

　　基本的環(huán)境光控制應用包含一個用戶界面或者可為控制器提供控制信號以改變光的亮度或者顏色的環(huán)境光感應器?；镜沫h(huán)境光控制器的方框圖如圖1所示。

              

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

    

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

　　使用電容感應器不僅可以讓用戶界面擁有光滑且極具吸引力等優(yōu)勢，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)計人員帶來大量設(shè)計余裕。

　　電容感應

　　電容感應技術(shù)是一種用戶輸入方法，這項技術(shù)不再只是應用于少數(shù)精選產(chǎn)品的邊緣技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)被應用于上千種、數(shù)百萬臺產(chǎn)品當中。設(shè)計公司、生產(chǎn)廠商和半導體公司都在大量投入，以求在這個快速拓展的市場中占據(jù)更大份額并建立自己在該領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，這項技術(shù)本身也在這一過程中獲得了持續(xù)的發(fā)展。這些發(fā)展的核心部分正是感應方法本身，也就是用于測量和轉(zhuǎn)換電容值為數(shù)字值并隨后對數(shù)字值進行處理、控制和輸出的過程。目前最為常用的感應方法是電荷轉(zhuǎn)移、逐次逼近、Sigma-Delta調(diào)制和互電容測量。

　　CY8C21x34 – PSoC系列器件提供的電容感應CSD法可以用于本應用。這種方法使用開關(guān)電容器和Δ-Σ技術(shù)來測量感應器的電容。圖3的方框圖說明了在CY8C21x34實現(xiàn)CSD的方法。

                 

   

　　因此，調(diào)制器電容器CMOD通過仿真電阻充電。當CMOD兩端的電壓超過VREF時，比較器的輸出會連接泄漏電阻器RB接地以泄放CMOD.這將把比較器的輸出置于LOW,斷開電阻RB.這個過程將不斷重復，比較器會輸出一串開啟計數(shù)器的脈沖。計數(shù)器的輸出是對應著感應器電容的數(shù)字值。

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

　　使用偽隨機序列（PRS）生成器生成開關(guān)頻率，可以擴展開關(guān)頻率信號的頻譜，降低輻射，增強抗噪能力。

　　用戶界面

　　環(huán)境光控制器的基本用戶界面可以對紅、綠、藍三色以及光照強度的選擇進行控制。因此，它需要至少4個電容按鈕和1個滑條來控制光的強度值和色彩的飽和度?；瑮l可設(shè)計為放射狀的滑條?；瑮l段數(shù)可以根據(jù)多種因素來確定，如滑條直徑、達到100%值的轉(zhuǎn)數(shù)，外覆層厚度，等等。

　　典型的感應器設(shè)計布局如圖4所示。這種設(shè)計為光的紅、綠和藍分量安排了電容開關(guān)。另外它還安排了一個亮度開關(guān)。中間的放射狀滑條用來根據(jù)通過按下R、G、B或者強度開關(guān)選擇的功能來控制色彩飽和度和光的強度。

 

     

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

　　集群接近感應和背光

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

　　CY8C21x34內(nèi)置一個模擬復用總線，用來把連接到各個引腳的感應器連接到CSD時鐘上。用作集群接近時，放射狀滑條的各段都連接到模擬復用總線上。這可以通過以下IDE（PSoC Designer）中用于CY8C21x34器件的API來實現(xiàn)。

　　不管什么時候，當檢測到手的時候，就會激活背光，以便用戶可以找到界面。這項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調(diào)節(jié)集群感應器來加以相應配置?？刂茊泳嚯x（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模塊中用來控制感應器掃描速度的參數(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)時間，這將反過來影響系統(tǒng)的計數(shù)。由于對輸入信號的超采樣，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試結(jié)果請參見附錄A.從圖上可以看出，因其噪音低、信噪比高，所以在接近設(shè)計中應采用較低的掃描速度。因此，在集群接近感應器設(shè)計中，應使用較低掃描速度；在掃描剩余感應器時，應使用較高的掃描速度。

　　分辨率

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

　　參考值

　　在比較器的倒相輸入端施加與該值相對應的電壓VREF.由于把RB接地所產(chǎn)生的反饋作用，非反相端的電勢也是VREF.當該電勢設(shè)置得較小時，感應器存儲的電荷量將增加，具體原因請參見公式2的基本電容方程式。

     

 

　　因此，降低參考值可以改善信號質(zhì)量，進而改善信噪比。

　　背光LED

　　LED背光是指用LED（發(fā)光二極管）來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、壽命長等特點，有望近年徹底取代傳統(tǒng)背光系統(tǒng)。

　　背光LED的作用是用來增強暗處界面的能見度。其可以用單色LED,也可以用三色LED.三色LED可以準確地再現(xiàn)受控的周邊環(huán)境光。對于三色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)，進而控制LED的色彩和強度。

　　結(jié)論

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