在本文第1部分我们讨论了使用电容式触摸技术的各种差异化的产业体系应用。这些措施包括电容式液位传感器，触觉反馈和指标，智能无钥匙锁门项，设计考虑为增加安全性。我们还讨论了如何降低这些设计的成本。在第2部分中，我们将介绍如何使用电容式触控技术，如特殊的手势，接近X-Y手势较大的区域，电容对象的检测，以及自动化和恶劣的工作环境下的工业设计挑战更多的工业应用。
特殊的手势:
电容式触摸技术的关键优势之一是其识别手势和基于手势类型采取行动的能力。手势识别允许基于输入手势的给定传感器的多路复用功能。它还使系统从人体工程学的立场上有效。可用的各种手势可供使用，包括刷新，向下轻拂，轻拂，轻拂，单个标签，双标签，长按，单手指，2手势和近距离手势等。这使得能够通过给定传感器集成多个功能。
作为一个例子，今天的商业电话等VoIP电话和视频会议控制单元使用手势来集成许多要求下列的要求：
- 音量控制
- PSTN / VOIP之间选择
- 访问语音邮件
- 来电显示，呼叫历史记录
- 在会议期间动态静音/取消静音电话
- 控制投影仪
- 控制房间的灯光等，
图1：手势的应用的一个例子
电容式触摸传感技术是实施手势的基础，并在手机上改善商业用户体验和美学。让我们探索这些手势在电容式触摸技术中实现了基本上。当物理实现级别时，有两种基本类型的手势：
- 接近一个区域的x-y手势
- 电容式传感器上的触摸手势(如按钮或滑块)
接近一个区域的X-Y手势：X-Y的姿势的区域内（例如显示器LCD）使用，其检测所述手势的电容式接近传感器基本上实现。手势检测是解释人体运动和提供姿势的类型信息的装置的技术。基于电容感测的接近传感器可以在这些应用中使用来检测手势，而无需用户与设备之间的任何物理接触。图2示出电话手势检测的实施方案，其中接近度传感器被放置跨越的区域来跟踪一个完整的盘移动的横跨该领域的X-Y位置的一个例子。
图2：邻近传感器布局
请注意，基于电容式接近感应的可靠手势检测需要很大的接近感应距离。选择合适的近距离传感器类型、传感器尺寸和传感器位置对实现可靠的手势检测系统起着重要作用。有关实现近距离感应的更详细的设计指南，请参阅接近感测与电容式触摸技术和电容触摸传感设计指南。
触摸电容传感器上的手势：电容式触摸手势的处理是由基于固件的情报进行跨越多个传感器元件的轨道的手移动。这些传感器元件的结构能够形成一滑块，触摸轮，或任何其他图案，这取决于应用程序的UI的要求。电容传感器图案的一个这样的例子示于图3。这里有一起构成13个传感器检测多个手势，如向左滑动，向右滑动，向上扫掠，挥击下，顺时针方向滑动，然后逆时针滑动。除了这些手势，手势垫可被用于实现的模拟操纵杆的功能。上的这些顶部，单独的传感器也可以被用作一个独立的按钮。这使设计人员能够灵活地实现了单个系统中使用电容式触摸传感各种业务电话功能。由于所有这些功能可以使用单个MCU来实现，该系统的成本也被最小化，而无需妥协功能。
图3:电容式手势模式的例子
电容的检测对象与自动化：
在工业机器中有无数的用例来检测对象的存在。无论系统是否需要检测输送机上经过的物体的存在，闸门的关闭，或在一个特定的制造操作中机器部件的位置，物体检测是自动化行业的主要内容。
有许多物体传感技术，包括简单的机械开关和感应、电容、超声波和光电传感器。最基本的传感器是限位开关。这是用于检测物体的存在或不存在的机电装置。当其致动器与所感测的物体物理接触时，交换机操作其一组触点。执行器款式提供特定于应用的接触辊，杠杆，弹簧，魔杖，柱塞等。然而，由于这些类型的传感器包括移动部件，它们易于磨损和损坏。另外，与感测物体进行物理接触并不总是理想的或可能的。电容性对象检测提供了一种不用替代的替代方案，在较低的系统成本和更高的特征集成方面提供了与其他技术的许多优点。
用于移动物体的电容式对象检测模型如图4所示。电容式接近传感器可以检测高达30厘米的可靠性。在宽传送机的情况下，可以使用两个电容式接近传感器（在任一侧上一个）来增加检测范围。简单的自电容传感系统足以实现对象检测。通常，这种系统由两个板组成：一个是连接到MCU的传感器电极，另一个板是电场内的物体本身。当物体在电场接近时，它会改变传感器电极所看到的电容。
电容式接近感测的一个优点是它可以检测各种各样的导电材料，例如金属，水等。值得注意的是，物体颜色也不是表面反射率影响测量范围。电容传感器的另一个关键强度是它们能够检测隐藏物体，例如密封盒的内容。电容传感器可以调整非金属容器壁并检测不同水平的固体或液体。这种能力在诸如包装检查或液位控制的应用中特别有用，其中任何其他手段都无法使用产品质量控制或过程监测。简而言之，电容传感器技术对于短传感范围的许多目标类型非常有效。
图4：电容式对象检测系统
对于自动化应用、集中远程控制、报告生成，甚至是无线物联网节点，电容性物体检测mcu的高水平集成都具有重要意义。此外，这些mcu可以对检测到的数据进行快速计算，生成各种报告，并通过蓝牙低能量(BLE)等无线连接将数据传输到云。
苛刻环境中的工业设计挑战：
工业恶劣环境中的系统设计造成了许多挑战，因为该系统预计在灰尘，水，雾，冰，湿度，湿度变化，极端温度，高速，经常与手套的手中可靠地工作。电容式触摸应用可以设计为承受这些挑战。
图5：电容触摸在潮湿的环境中
耐水性:耐水性或耐液体容差是工业电容式触控系统的关键要求（见图5）。耐水性确保了两件事：检测和拒绝水的能力以防止虚假触摸和在水存在下检测人类触摸的能力。这需要设计的特殊护理，因为简单的电容式触摸系统可能由于水或液体的存在而触发错误触摸。从根本上，有两种方法可以解决耐水性设计要求。第一种方法是实现屏蔽电极，即使在存在水滴的情况下，也能确保触摸接通/断开的可靠性检测。第二种方法是实现保护传感器，其中虚设传感器检测到水的流量并禁用系统中的其他（实际按钮）传感器，以防止假触摸，如图6所示。
图6：电容水容差架构
屏蔽电极：驱动屏蔽信号是传感器开关信号的一个缓冲版本(参见图70)。驱动屏蔽信号具有与传感器开关信号相同的幅值、频率和相位。缓冲器为驱动屏蔽信号提供足够的电流，以驱动PCB上盖填充的高寄生电容。当包围传感器的舱口填充连接到驱动屏蔽信号时，它被称为屏蔽电极。由于屏蔽电极的驱动电压与传感器开关信号相同，液滴落在接触面时所增加的电容将被抵消。
图7：从动屏蔽信号
保护传感器：虽然屏蔽电极对小水滴是非常有效的方法，但屏蔽的效果可能被较大的水流完全掩盖。在这种情况下使用保护传感器(见图6)。保护传感器是一个围绕系统中实际传感器的伪铜迹传感器。它检测到更大的水流，并将这一信息提供给CPU。在检测到水流时，CPU中的固件逻辑使系统中的其他实际传感器失效，以防止被感知到错误的触摸。这种方法的局限性在于，只要水流存在，手指的触摸就无法被检测到。
极端温度:工业设计必须在苛刻的操作环境中工作，如极端温度。电容式触摸感测电路通常对环境（即温度，湿度等）变化。这原始计数（数字等效的输入电容）通常随着环境条件的变化而变化，并且可以有时触发错误的触摸。这需要适当的环境条件补偿，以确保可靠的操作。通常在硬件和固件中实现补偿。硬件补偿通过改变输入电流根据温度的变化自动校准感测电路，以保持输出原始计数常数。无论温度如何，都要注意在重置时的每一个电源处设置正确的输出。
在另一边，固件补偿负责运行时温度变化。由于环境的变化，例如极端温度和湿度，传感器的原始计数可以逐渐变化。因此，原始计数在固件中过滤，以创建称为基线的新计数值，该基线跟踪并补偿原始计数的逐步变化。基线对由触摸引起的原始计数的突然变化敏感。因此，基线值提供了用于计算信号的参考电平（见下文）。图8显示了原始计数，基线和信号之间的关系。这些技术确保了在恶劣条件下的电容式触摸传感器的可靠运行。
图8：原始计数，基线＆信号的概念
手套：这是常见的工人在工业应用与手套，如在寒冷天气条件下的医疗应用和皮手套乳胶手套操作机器。因此，在工业设计的电容式触摸传感器具有以考虑这些条件。然而，实现戴手套触摸是不容易的。有在戴手套的触摸实现两种常见的问题：信号采集差，由于低输入电容和悬停效果当用户佩戴手套时用户触摸与裸手指由于高度敏感的传感器。这些问题都可以用在固件和硬件水平都采取适当的设计考虑被淘汰。上的固件侧，个别阈值可用于区分戴手套的手和裸手之间的信号。传感器设计也可以被优化在硬件层单独地感测戴手套的手和裸手。考虑到这些因素，对于工业应用的电容式触摸系统可以被优化以在条件无缝地工作，其中用户可以或可以不戴手套。
图9:使用手套手的电容触摸应用
参考：
- Capsense®入门
- PSoC®4 -电容式液位传感
- psoc®4ble入门
- PSoC 4 BLE - 设计BLE应用程序
- PSoC®4Capsense®设计指南
- PSoC 4 BLE数据表（PSoC®4：PSoC 4xx8 BLE 4.2系列数据表）
- AN210772 - 用S6AE101A，S6AE102A和S6AE103A的能量收集能量计算
- AN79953 - 入门PSoC®4
- AN204361 - 使用能量收集PMIC的混合施用
- CE202479 - 代码示例液位传感
- PSoC 101训练系列
关于作者
Jaya Kathuria在Cypress Semiconductor Corporation担任应用经理，她在那里管理使用PSoC平台的嵌入式应用小组和解决方案开发。她在半导体行业有11年以上的经验。她在班加罗尔的印度管理学院(IIM)获得行政管理证书，并在库鲁谢特拉大学(Kurukshetra University)获得电子工程学士学位。可以联系Jayaxkj@cypress.com。
Anbarasu Samiappan是赛普拉斯半导体的高级应用经理。他正在管理PSoC嵌入式系统组，包括客户技术支持和系统验证功能。他是PMI认证的项目管理专业，金牌博士电子工程毕业于安娜大学，并从班加罗尔赢得了Iim的总体管理凭证。他有19多年的行业经验。可以达到ANBAanba@cypress.com。
提交：能源管理+收获那快速原型设计
