家電觸摸屏控制面板設(shè)計(jì)的新方案

“攻下海爾，就等于拿到了進(jìn)入中國(guó)家電制造業(yè)的一塊敲門磚。”6月9日，山東青島，設(shè)計(jì)精巧別致的海爾大學(xué)內(nèi)，同樣匠心獨(dú)具的賽普拉斯 CapSense電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)吸引了眾多海爾的研發(fā)人員。在賽普拉斯半導(dǎo)體公司(以下簡(jiǎn)稱Cypress)北京辦事處組織的此次名為“海爾日”的技術(shù)研討會(huì)上，Cypress的技術(shù)人員顯得十分興奮。

“經(jīng)過(guò)近兩年時(shí)間的考驗(yàn)，CapSense終于得到了海爾的認(rèn)可。”Cypress北中國(guó)區(qū)域經(jīng)理王錦鎖說(shuō)。而直接負(fù)責(zé)海爾各類產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)支持的Cypress代理商富昌電子(FutureElectronics)市場(chǎng)經(jīng)理彭守明則對(duì)《電器》記者表示，目前僅用在海爾洗衣機(jī)上的CapSense已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了每月1000片的出貨量。據(jù)介紹，Cypress與海爾合作的其他項(xiàng)目還包括微波爐(已量產(chǎn))、電熱水器(已量產(chǎn))和吸油煙機(jī)(研發(fā)中)等。

性能更優(yōu)異

“在觸摸式按鍵設(shè)計(jì)方面，海爾也接觸過(guò)很多供應(yīng)商和解決方案。”剛參加完技術(shù)交流的海爾研發(fā)推進(jìn)本部科技公司開發(fā)部工程師姜德志介紹說(shuō)，“每種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都選擇了三種以上的方案進(jìn)行整機(jī)試驗(yàn)，最終留下了我們認(rèn)為綜合性能最優(yōu)的。”

根據(jù)Cypress提供的資料，CapSense電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)是Cypress使用PSoC芯片開發(fā)的，用于觸摸式按鍵、觸摸式滾動(dòng)條(Slider)、觸摸式平板(Touchpad)的觸摸感應(yīng)技術(shù)。而PSoC是由Cypress推出的具有數(shù)字和模擬混合處理能力的“可編程片上系統(tǒng)” 芯片，它集成了一個(gè)8位MCU、可編程模擬模塊、可編程數(shù)字模塊和FlashMemory等。這使得它可以很容易地實(shí)現(xiàn)電容式觸摸感應(yīng)功能，僅需少量的幾個(gè)外置分立元件，可以將每一個(gè)通用的I/O都配置為電容感應(yīng)輸入。據(jù)王錦鎖介紹，這一芯片開發(fā)出來(lái)已經(jīng)三年，推出了多個(gè)系列的產(chǎn)品，在蘋果公司IPod上的使用，令PSoC有了質(zhì)的飛躍，而Cypress目前正在推廣它在家電和消費(fèi)類電子產(chǎn)品上的應(yīng)用。

CapSense就是利用PSoC的特殊資源，根據(jù)電容感應(yīng)的原理和松弛震蕩器的技術(shù)實(shí)現(xiàn)觸摸感應(yīng)。與其他觸摸感應(yīng)技術(shù)不同的是，CapSense幾乎不需要外圍元件，每一個(gè)按鍵的靈敏度可單獨(dú)調(diào)整，一個(gè)芯片可同時(shí)實(shí)施多個(gè)觸摸式按鍵和觸摸式滾動(dòng)條。因此可用于各種家電產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)的輕觸按鍵和薄膜鍵盤。

據(jù)了解，當(dāng)前有多種觸摸屏技術(shù)，如電阻膜傳感和電場(chǎng)傳感等，每種都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。最流行的傳感技術(shù)是電阻膜傳感，它的基本結(jié)構(gòu)是兩塊導(dǎo)電電阻板被一個(gè)空間所分開。這種傳感技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)就是，它依賴于膜的彈性屬性感知接觸壓力消除狀態(tài)。薄膜的彈性會(huì)逐漸減弱進(jìn)而導(dǎo)致傳感器不能使用。而在電場(chǎng)傳感中，系統(tǒng)通過(guò)天線發(fā)射出一個(gè)弱電場(chǎng)，然后從一個(gè)或者多個(gè)接收器檢測(cè)電流變化。實(shí)際系統(tǒng)中需要有多個(gè)收發(fā)器，而這會(huì)導(dǎo)致基于電場(chǎng)傳感的系統(tǒng)成本增加。

電容傳感器則是很簡(jiǎn)單的一對(duì)相鄰極板(電極)。當(dāng)一個(gè)導(dǎo)體(如手指)接近這些電極時(shí)，在這些電極和導(dǎo)體之間就會(huì)產(chǎn)生電容。最常見的電容傳感器陣列就是一組電容，每個(gè)電容的一側(cè)都接地。導(dǎo)體的出現(xiàn)增加了開關(guān)與接地之間的電容容量，這樣只需要檢測(cè)電容的變化就可以知道哪個(gè)傳感器被激活了。

而基于PSoC的電容傳感器，通過(guò)在PSoC內(nèi)部搭建電路并用內(nèi)建8位MCU的程序來(lái)控制電路的運(yùn)作，就可以把電容的變化轉(zhuǎn)化成計(jì)數(shù)值的變化，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成按鍵動(dòng)作所需要的開關(guān)量。這種架構(gòu)和Cypress開發(fā)的一些特殊算法，可以幫助設(shè)計(jì)人員將多個(gè)電容傳感設(shè)計(jì)元素集中到一個(gè)應(yīng)用中，從而利用集成電路中的同一個(gè)器件，就可以同時(shí)支持按鈕、滑動(dòng)器、觸摸板、觸摸屏以及接近檢測(cè)器。

因此，應(yīng)用Capsense的家電產(chǎn)品觸摸屏控制面板，由于不需要機(jī)械結(jié)構(gòu)，不但使用壽命可以大大延長(zhǎng)，而且為工業(yè)設(shè)計(jì)師們?cè)谟脩舨僮鹘缑嫔狭粝铝藦V闊的想象空間。因?yàn)殡娙菔介_關(guān)可以隱藏在一塊完整的表面下邊，不需要像機(jī)械按鍵那樣需要預(yù)留機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)的空間。

開發(fā)更靈活

“與Cypress合作開發(fā)產(chǎn)品也不是一兩次就成功了。”海爾洗衣機(jī)產(chǎn)品本部技術(shù)發(fā)展部部長(zhǎng)許升說(shuō)。

由于洗衣機(jī)產(chǎn)品的工作環(huán)境惡劣，對(duì)控制面板的防潮、防高溫、抗振等性能要求都比較苛刻。除此之外，3C化的家電產(chǎn)品還要考慮可能受到手機(jī)等信號(hào)干擾的問(wèn)題，可以說(shuō)，在開發(fā)電容式觸摸感應(yīng)按鍵產(chǎn)品上，洗衣機(jī)比熱水器、微波爐、吸油煙機(jī)、電磁爐和冰箱等產(chǎn)品都要復(fù)雜。而Cypress也是第一次接觸白色家電產(chǎn)品的開發(fā)工作，對(duì)很多問(wèn)題并不熟悉。“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，Cypress和富昌電子的技術(shù)人員協(xié)助我們不分晝夜地解決，這才保證了產(chǎn)品的最終成功。”許升說(shuō)。

“產(chǎn)品內(nèi)部功能通過(guò)軟件調(diào)整實(shí)現(xiàn)，這種技術(shù)開發(fā)模式還是有特殊性的。”姜德志說(shuō)。海爾的技術(shù)人員建造了一個(gè)干擾模型，“大電流、小電流和控制信號(hào)等，都需要怎么隔離，才能不互相干擾”，把每一種可能出現(xiàn)的干擾情況都設(shè)計(jì)在其中，然后讓PSoC依據(jù)模型逐個(gè)解決這些問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，其他供應(yīng)商的方案在防潮、抗振和抗干擾方面的性能顯得不如CapSense好，因此海爾最終選擇了Cypress。而Cypress之所以能夠快速調(diào)整產(chǎn)品性能，滿足海爾的要求，與PSoC靈活的代碼編輯功能不無(wú)關(guān)系。原來(lái)，PSoC內(nèi)部有幾種預(yù)先設(shè)計(jì)好的電容感應(yīng)用戶模塊，用戶模塊可以看作是硬件電路配置與軟件庫(kù)函數(shù)(API)的集合，用戶所需要做的就是在PSoC開發(fā)環(huán)境(PSoCdesigner)中將用戶模塊配置到數(shù)字和模擬陣列中，開發(fā)環(huán)境會(huì)自動(dòng)生成硬件寄存器配置及庫(kù)函數(shù)，剩下的工作就是一些用戶模塊參數(shù)的調(diào)整，以及應(yīng)用代碼的編寫。整個(gè)開發(fā)過(guò)程非常直觀、流暢，對(duì)于有嵌入式系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的工程師來(lái)說(shuō)，很快就會(huì)得心應(yīng)手。

通俗一點(diǎn)說(shuō)就是，海爾的研發(fā)人員只要提出產(chǎn)品應(yīng)用想要實(shí)現(xiàn)的功能，PSoC就能根據(jù)這些定義的功能自動(dòng)處理，完成設(shè)計(jì)，而不需要半導(dǎo)體供應(yīng)商重新開發(fā)芯片。這樣就大大節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間和成本，也加強(qiáng)了設(shè)計(jì)與應(yīng)用的匹配性。PSoC和CapSense的靈活性使設(shè)計(jì)人員可以跨平臺(tái)操作并且快速適應(yīng)設(shè)計(jì)變化。

所有的校準(zhǔn)工作都是通過(guò)簡(jiǎn)單易用的、圖形開發(fā)環(huán)境的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)镻SoC具有高度可配置性，所以在具體應(yīng)用發(fā)生變化時(shí)不需要移植到其他器件。

此外，通過(guò)PSoC的數(shù)字和模擬資源，非CapSense應(yīng)用也可以輕松地完成?？梢允褂肞SoC掃描開關(guān)，并使用激活狀態(tài)驅(qū)動(dòng)LED、控制馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器等。所以姜德志說(shuō)，觸摸按鍵功能只是海爾與Cypress合作的一個(gè)開始。[!--empirenews.page--]

據(jù)他介紹，海爾A8熱水器目前就應(yīng)用了CapSense，并且“很好地解決了高溫的問(wèn)題”，而“冰箱也有少量應(yīng)用CapSense的產(chǎn)品投放市場(chǎng)”。姜德志說(shuō)：“從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，這是解決附加智能操作問(wèn)題的理想方案。”

許升則介紹說(shuō)，下一步雙方還將共同研究在洗衣機(jī)上的改進(jìn)方向，爭(zhēng)取在連續(xù)工作和動(dòng)態(tài)滑動(dòng)方面有所突破。“其實(shí)，海爾即將推出配置動(dòng)態(tài)滑動(dòng)控制面板的產(chǎn)品了。”

市場(chǎng)有前景

“我們?cè)诒本?、上海和廣州等城市進(jìn)行了市場(chǎng)調(diào)查，對(duì)于新觸摸屏的產(chǎn)品，消費(fèi)者普遍反映感覺(jué)上比一般產(chǎn)品檔次有所提高，他們?cè)敢庖虼藶楫a(chǎn)品多支付200 元。”許升說(shuō)。據(jù)他介紹，新型觸摸按鍵的海爾不用洗衣粉洗干一體機(jī)市場(chǎng)售價(jià)在1萬(wàn)元左右，這款洗衣機(jī)還獲得了紅點(diǎn)家電設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)。而除了這款定位高端的產(chǎn)品，海爾還推出了2000元至3000元的中端價(jià)位產(chǎn)品來(lái)滿足消費(fèi)者的需求，許升表示，“隨著成本的降低，新產(chǎn)品比例會(huì)不斷加大”。

對(duì)于應(yīng)用CanSense的成本問(wèn)題，海爾只是表示“是雙方都認(rèn)為合理的價(jià)格”。據(jù)介紹，在洗衣機(jī)產(chǎn)品中，所有的電子器件成本約占總成本的30%至 40%?！峨娖鳌酚浾吡私獾?，CanSense的芯片售價(jià)只有不到2美元，而且由于其特殊強(qiáng)大的功能，家電產(chǎn)品的控制面板只需要一塊芯片就能實(shí)現(xiàn)所有按鍵控制的功能，這是很多其他方案不能達(dá)到的，所以綜合成本反而比應(yīng)用多個(gè)芯片的方案要低。

“我們的產(chǎn)品可以有效地幫助家電廠商擺脫價(jià)格戰(zhàn)。”王錦鎖說(shuō)。而且，電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)很符合人性化潮流。“最大的感應(yīng)距離可達(dá)到30厘米，我們完全可以實(shí)現(xiàn)出當(dāng)用戶走近冰箱或其他家電產(chǎn)品，不需要接觸，控制面板就自動(dòng)亮起來(lái)。”王錦鎖說(shuō)，這樣的產(chǎn)品一定會(huì)讓人覺(jué)得非常與眾不同。

“海爾是全球首家在波輪洗衣機(jī)上使用CanSense觸摸式按鍵的企業(yè)，歐洲有一家企業(yè)正在研發(fā)當(dāng)中。”許升說(shuō)，“目前我們還沒(méi)有出口產(chǎn)品，但是不排除下半年可能會(huì)有。”他還介紹說(shuō)，目前海爾已經(jīng)生產(chǎn)了10多萬(wàn)臺(tái)CanSense觸摸式按鍵洗衣機(jī)，而去年海爾洗衣機(jī)銷量達(dá)700萬(wàn)臺(tái)，今年則計(jì)劃實(shí)現(xiàn)800 萬(wàn)臺(tái)。