如何采用電容觸控技術(shù)簡(jiǎn)化智能音響的人機(jī)界面

德州儀器（TI）系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)理Sunil Oak近日發(fā)表了題為《采用電容觸控技術(shù)簡(jiǎn)化智能音響的人機(jī)界面》的文章，全文如下：

不久的將來(lái)，智能音箱和家庭助手將隨處可見(jiàn)。根據(jù)朱尼普研究公司的數(shù)據(jù)顯示，在2022年前，將有超過(guò)7000萬(wàn)的美國(guó)家庭安裝至少一臺(tái)智能音箱。

自從2015年首次推出以來(lái)，智能音箱的功能已經(jīng)有了顯著提升。音箱可向用戶傳遞音頻內(nèi)容，這仍是消費(fèi)者為他們的家庭添置一臺(tái)（或多臺(tái)）音箱的主要原因。這些音箱配有聲控?cái)?shù)字助手，可與用戶保持“通信”。音箱上的其他物理控制裝置必須既保持簡(jiǎn)單的特性，同時(shí)仍可以啟用所需的功能。這些控制裝置包括簡(jiǎn)單的電源ON/OFF按鈕，音量控制滑塊/滾輪，跳過(guò)或重復(fù)音軌的按鈕，麥克風(fēng)靜音按鈕等。

感謝“Alexa”、“Hey Siri”和“OK Google”等語(yǔ)音喚醒指令，語(yǔ)音作為與設(shè)備互動(dòng)的手段變得十分流行。智能音箱之所以能迅速受到消費(fèi)者的追捧，主要原因之一就是它可以從根本上簡(jiǎn)化與其互動(dòng)的過(guò)程?；竟δ艿陌粹o非常少，大部分都是通過(guò)語(yǔ)音指令進(jìn)行互動(dòng)。

萊昂納多·達(dá)芬奇曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“至繁歸于至簡(jiǎn)”。在21世紀(jì)運(yùn)用這種設(shè)計(jì)理念，即意味著應(yīng)該盡可能簡(jiǎn)化人機(jī)界面，并且需要保持直觀的設(shè)計(jì)風(fēng)格。此外，由于語(yǔ)音是首選界面，因此設(shè)計(jì)人員必須在界面設(shè)計(jì)過(guò)程中凸顯出明顯的差異性。圖1是傳統(tǒng)的智能揚(yáng)聲器HMI。

電容觸控功能可使設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中采用獨(dú)特的功能并使產(chǎn)品充滿競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中脫穎而出。本文將介紹如何使用帶CapTIvate™觸控技術(shù)的德州儀器（TI）MSP430™微控制器（MCU）實(shí)現(xiàn)差異化功能。

TI MSP430 MCU采用CapTIvate 技術(shù)，使得觸控設(shè)計(jì)具有一個(gè)集成的功能豐富的電容傳感外設(shè)。該外設(shè)采用高度可靠的超低功耗設(shè)計(jì)，且不會(huì)影響觸控功能，使其成為具有流暢HMI的電池供電應(yīng)用的理想選擇?？膳渲玫腃apTIvate 外設(shè)同樣也支持自電容和交互電容的測(cè)量拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使設(shè)計(jì)人員可在帶單一MCU的同一個(gè)獨(dú)特界面的設(shè)計(jì)中利用每種拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)?？赡透叻重愒胍舻娜δ芸删幊蘉CU和全面的生態(tài)系統(tǒng)使得帶CapTIvate技術(shù)的MSP430 MCU從眾多電容觸控控制器中脫穎而出。

機(jī)械按鈕替換。隨著消費(fèi)者越來(lái)越適應(yīng)產(chǎn)品上的電容觸控按鈕，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員開(kāi)始意識(shí)到使用電容觸控按鈕代替機(jī)械按鈕的好處。例如，你可以使用電容觸控按鈕代替智能揚(yáng)聲器上的四個(gè)按鈕，使用單個(gè)MSP430 CapTIvate MCU可感知每個(gè)電容觸控按鈕。這可以大大節(jié)省按鈕成本，制造剪切按鈕的頂部表面的成本，及簡(jiǎn)化裝配流程的成本。

高級(jí)輸入，例如滑塊和滾輪MSP430 CapTIvate MCU使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠采用先進(jìn)的輸入機(jī)制，如滑塊和滾輪，控制設(shè)備上的不同功能。 例如，敲擊可以打開(kāi)和關(guān)閉麥克風(fēng)，滑動(dòng)滑塊可以跳過(guò)或倒回音軌，輪式傳感器上的旋轉(zhuǎn)觸控動(dòng)作可以增加或減小音量。如果沒(méi)有電容感應(yīng)控制器，則無(wú)法為這些手勢(shì)機(jī)制提供支持。該培訓(xùn)視頻介紹了MSP430 CapTIvate MCU上一些3-D手勢(shì)。

近距離檢測(cè)。MSP430 CapTIvate MCU還具有近距離檢測(cè)功能，使得只要用戶將手放在設(shè)備附近，LED環(huán)就可以開(kāi)啟和/或問(wèn)候用戶。這項(xiàng)技術(shù)為智能音箱設(shè)計(jì)提供了一個(gè)令人驚嘆的增強(qiáng)功能。

提升美學(xué)效果。無(wú)需切割頂面上的按鈕孔是另一項(xiàng)顯著的優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)人員可以靈活設(shè)計(jì)，使得表面呈現(xiàn)出更加美觀的效果。它甚至不需要保持表面完全平坦；富有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)人員可以嘗試不同的形狀和材料，從而采取可提升功能和吸引力的設(shè)計(jì)，以最大程度獲得市場(chǎng)的青睞。MSP430 CapTIvate MCU可實(shí)現(xiàn)金屬觸控、玻璃觸控、木材觸控和塑料觸控。

提升可靠性。觸控和接近探測(cè)的可靠性是保持智能揚(yáng)聲器HMI的簡(jiǎn)單樸素特性的關(guān)鍵要素。許多噪聲源對(duì)可靠地檢測(cè)電容觸控構(gòu)成嚴(yán)重挑戰(zhàn)。智能揚(yáng)聲器通常具有Wi-Fi®和/或藍(lán)牙®連接，這會(huì)增加電磁噪聲。MSP430 CapTIvate MCU結(jié)合信號(hào)處理算法，低噪聲硬件設(shè)計(jì)和噪聲避免技術(shù)，確保產(chǎn)品具有出色的抗噪能力。CapTIvate技術(shù)采用配備了跳頻振蕩器的基于積分器的電荷轉(zhuǎn)移引擎，及寄生電容校正和擴(kuò)頻時(shí)鐘調(diào)制來(lái)提高抗噪能力。CapTIvate軟件庫(kù)可提供了幾種信號(hào)處理算法，用以提高觸控或接近探測(cè)的穩(wěn)健性。這包括多頻算法，無(wú)限脈沖響應(yīng)（IIR）濾波器，防回跳機(jī)制和動(dòng)態(tài)閾值調(diào)整。此參考設(shè)計(jì)展示了一種耐噪聲電容觸摸HMI設(shè)計(jì)，同時(shí)該視頻還介紹了CapTIvate MCU的所有抗噪特性。

防潮濕功能。人們?cè)谠∈?，廚房和泳池邊使用傳統(tǒng)的藍(lán)牙揚(yáng)聲器已經(jīng)有段時(shí)間了。我們期望智能揚(yáng)聲器能夠效法，但這意味著要增加智能揚(yáng)聲器的耐濕性。完全密封電容觸控控制器的頂面確實(shí)有效，因此帶有機(jī)械按鈕的設(shè)備必須采取成本高昂的措施才能具有耐濕性。MSP430 CapTIvate MCU可以在有濕氣的環(huán)境中可靠地進(jìn)行觸控探測(cè)或接近探測(cè)。該酷炫的視頻展示了MSP430 CapTIvate MCU的耐濕性。

低功耗。具有Wi-Fi連接的智能揚(yáng)聲器通常采用墻上插座供電，因此它們通常不滿足低功耗的要求。但是，從用戶的角度來(lái)看，這限制了揚(yáng)聲器的便攜性。智能揚(yáng)聲器采用電池供電，需要重新設(shè)計(jì)設(shè)備架構(gòu)，同時(shí)采取更復(fù)雜的電源管理方案以延長(zhǎng)電池壽命。事實(shí)上，部分制造商生產(chǎn)的便攜式智能揚(yáng)聲器，其充電電池的運(yùn)行時(shí)間大約為10到12小時(shí)。

這些設(shè)備中的電容觸控控制器需要盡可能降低功耗，同時(shí)仍能進(jìn)行觸控探測(cè)或近距離探測(cè)。采用CapTIvate技術(shù)的MSP430 MCU是功耗最低的電容觸控傳感解決方案，每個(gè)按鍵電流小于2μA/ avg。MCU還支持喚醒觸控或喚醒近距離探測(cè)，因此您可以將大多數(shù)耗電處理器設(shè)置成深度低功耗模式，直到被觸控或近距離事件激活。查看該參考設(shè)計(jì)，它展示了玻璃低功耗觸控。

此外，我們新推出的CapTIvate MCU產(chǎn)品線將電容傳感功能引入成本敏感的應(yīng)用之中。帶有集成電容觸控的全新MSP430FR2522和MSP430FR2512 MCU可為語(yǔ)音激活的家庭自動(dòng)化系統(tǒng)，音頻應(yīng)用等提供多達(dá)16個(gè)按鈕和近距離感應(yīng)功能。該設(shè)備專(zhuān)為對(duì)成本敏感的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的電容觸控MCU：設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在可以使用MSP430FR2522 / MSP430FR2512 MCU將電容觸控和近距離感應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)添加到成本敏感的應(yīng)用中。

縮短上市的時(shí)間：開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)在線CapTIvate技術(shù)指南和TI E2E™社區(qū)支持，借助眾多的MCU，易于使用的工具，軟件，參考設(shè)計(jì)和文檔，快速評(píng)估其應(yīng)用的電容傳感。頭腦風(fēng)暴你自己的應(yīng)用程序。運(yùn)用自己的創(chuàng)造力，只需5分鐘，就可使用CapTIvate設(shè)計(jì)中心創(chuàng)建自己的杰作。為了進(jìn)行快速評(píng)估，現(xiàn)在可以使用CAPKEYPAD BoosterPack™插件模塊。BoosterPack模塊可與LaunchPad™開(kāi)發(fā)套件，CapTIvate開(kāi)發(fā)套件（MSP-CAPTFR2633）或CapTIvate編程器板（CAPTIVATE-PGMR）一起使用，從而實(shí)現(xiàn)最大程度的靈活性。

集成電容傳感技術(shù)是芯片上10位SAR ADC，GPIO，定時(shí)器，多個(gè)串行接口（I2C，SPI，UART）的完整MCU的一部分，可采用TSSOP和QFN封裝。

具有CapTIvate技術(shù)的TI MSP430 MCU采用了目前最具抗噪性的電容傳感技術(shù)。MCU將按鈕，滑塊，滾輪和近距離感應(yīng)接口配置組合在一起，同時(shí)具有超低功耗，可打造出引人注目但又簡(jiǎn)單的接口。富有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)人員可以使用這項(xiàng)技術(shù)，以增強(qiáng)他們即將推出的智能揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)，從而在已經(jīng)取得巨大成功的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高其在全球的覆蓋范圍。