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2019年09月04日 | TI技术文章：在洗碗机中设计和实现用户界面新方法

2019-09-04 来源：EEWORLD

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曾经贵为“豪华家电”的洗碗机已经飞入寻常百姓家，成为了大多数家庭必备的厨房用具。虽然洗碗机的价格主要因其容量和品牌而异，但现在市面上已有不少产品拥有了不锈钢饰面和电容式触控接口等附加功能。

电容式触控技术正在改变消费者使用洗碗机的方式，也激发了设计师的创新能力。让我们来看看电容式触控技术提供了哪些全新解决方案，从而助力设计和实现用户界面、应对相关挑战。

金属表面电容式触控

许多洗碗机均采用金属表面，既美观又耐用。然而，在金属表面上实现人机界面是一项挑战，因为这需要在表面加工并切割出一个孔来放置机械按钮。除了影响外观设计，机械按钮在潮湿、多尘、以及脏乱的环境下还容易失灵。金属电容式触控是为了实现防水、防尘、耐磨和高度抗噪声的功能而设计的，拥有检测触控力度的能力。消费者甚至可以戴着手套灵活操作洗碗机。

与传统的电容式触控不同，采用CapTIvate™技术的 MSP430™微控制器使用另一种方法来实现金属触控应用（参见图1）。堆叠结构包括一个带有传统电容式触控传感器的印刷电路板，隔板和顶部接地的金属面板。这种机械结构形成了一个可变电容器，当消费者对接地的金属面板施加力时，该电容器的数值会发生变化。MSP430 MCU上集成的CapTIvate外设模块非常灵敏，可以检测微米级的金属形变。

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图1：金属触控堆叠结构

温度和湿度漂移

现在大多数洗碗机产品都具有蒸汽和烘干功能，而电容式传感测量结果受温度和湿度等环境因素影响较大，温、湿度的变化可能会被系统误读为触控，因此有时会产生漂移现象。

为确保可靠运行，CapTIvate软件库以三种方式处理由温度或湿度引起的传感器测量结果的缓慢漂移:

● 长期平均值（LTA）：通过IIR滤波跟踪与环境的不断变化相关的测量漂移。

● 触控阈值：随LTA成比例变化，而不是为了保持灵敏度而采用绝对偏移量的数值。

● 重新校准：如果IIR滤波功能，当LTA漂移到高于或低于指定转换计数八分之一之外时，则系统将重新校准，将传感器重新设置为指定的转换计数。

这三种方法协同工作，以确保系统不受温、湿度干扰，并在其整个生命周期内都按照预期设计运行。

不仅仅是电容式触摸控制器

为洗碗机用户界面设计选择合适的MCU也很关键，有了它就可以显著缩短产品开发时间、降低整体系统成本并节省PCB空间。

一个合适的电容式触摸控制器可以管理洗碗机设计中的许多系统功能：管理输出用户界面的背光LED驱动器，与系统中的其他传感器通信、监控系统状态以及进行自诊断。

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图2：CapTIvate MCU产品组合

将所有功能集成到单个MCU中需要的不仅仅是固定功能的或独立的电容式触摸控制器。MSP430 CapTIvate MCU系列提供广泛的电容式触摸控制器产品组合（见图2），可根据您的系统集成要求进行扩展。

TI 洗碗机用户界面

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问题一：为什么数-模转换需要高稳定度的稳压电源？

回答：
数-模转换器（D/A转换器）将数字信号转换为模拟信号，其输出精度和稳定性直接受到供电电源的影响。高稳定度的稳压电源能够确保D/A转换器在转换过程中电压波动小，从而减小转换误差，提高转换精度。此外，稳定的电源还能保护D/A转换器免受电压波动可能引起的损坏，延长其使用寿命。

问题二：如何设计高稳定度的稳压电源电路？

回答：
设计高稳定度的稳压电源电路通常需要考虑以下几个方面：

选择合适的稳压元件：
- 稳压二极管（齐纳二极管）：具有稳定的反向击穿电压，可作为简单的稳压元件。
- 线性稳压器（LDO）：提供低噪声、高精度的输出电压，适用于对电源噪声敏感的场合。
- 开关稳压器：效率高，但可能引入一定的纹波噪声，需要适当的滤波电路设计。
优化电源滤波：
- 在稳压电源的输出端加入滤波电容，以减小输出电压的纹波和噪声。
- 对于开关稳压器，可能需要额外的LC滤波电路来进一步降低纹波。
考虑温度稳定性：
- 温度变化会影响元件的性能，因此在设计时应考虑元件的温度系数，并采取适当的温度补偿措施。
采用反馈控制：
- 通过引入电压反馈控制环路，可以实时监测输出电压并调整稳压元件的工作状态，以保持输出电压的稳定。
选用高质量的元件：
- 使用低漂移、高精度的电阻、电容等元件，以提高电源电路的整体稳定性。

问题三：如何评估稳压电源的稳定度？

回答：
评估稳压电源的稳定度通常需要考虑以下几个方面：

输出电压的纹波和噪声：
- 使用示波器测量输出电压的纹波和噪声水平，确保其在可接受的范围内。
负载调整率：
- 在不同负载条件下测量输出电压的变化量，评估电源对负载变化的响应能力。
线性调整率：
- 在输入电压变化时测量输出电压的变化量，评估电源对输入电压变化的抵抗能力。
温度稳定性：
- 在不同温度条件下测量输出电压的变化量，评估电源的温度稳定性。
长期稳定性：
- 在长时间运行后测量输出电压的变化量，评估电源的长期使用稳定性。

问题四：有哪些常见的稳压电源故障及其解决方案？

回答：
常见的稳压电源故障及其解决方案包括：

输出电压不稳定：
- 检查稳压元件是否损坏或老化。
- 检查滤波电容是否失效或容量不足。
- 检查反馈控制环路是否正常工作。
无输出电压：
- 检查输入电源是否正常。
- 检查保险丝是否熔断。
- 检查稳压元件是否短路或开路。
输出电压过高或过低：
- 调整稳压元件的工作参数。
- 检查负载是否过大或过小。
- 检查输入电压是否在正常范围内。
温度过高：
- 检查散热系统是否正常工作。
- 考虑增加散热装置或降低负载。

通过以上问题和答案的梳理，可以帮助网友更全面地了解数-模转换用高稳定度稳压电源电路的设计、评估和维护等方面的知识。

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