TouchKey电磁炉应用问题.doc

触摸按键是一种基于电容的非接触式按键，克服了机械式按键易磨损、易藏灰尘、不容易清洁的缺点，而且，触摸按键不需要在面板上开孔或者安装按钮，也就无需保养和维护的问题。触摸按键作为一种新技术，已在越来越多的场合取得了应用。 在不同的应用场合中，可能会有不同的要求。如当按键数大于RC信道时就必须考虑如何扩展按键的问题，如有多键的要求还必须考虑多键的实现问题，而触摸按键的稳定性和抗干扰问题可能是所有场合中都必须重点考虑的问题。触摸按键应用在电磁炉中就必须要考虑稳定性和抗干扰的问题。由于电磁炉在出厂时都必须经过EFT测试，且根据相关安检法规EFT测试结果最低必须大于1250V，有些厂家还要求触摸按键区域即使铺上一层水后按键仍能正常操作。正是由于这些要求，在触摸按键中必须同时兼顾EFT测试和防水的要求，这也是触摸按键在电磁炉应用中的重点和难点所在。 本文将基于HT45R35的触摸按键应用到电磁炉的实例中，分析了触摸按键中存在的各种现象，提出了相应的解决办法，解决了电磁炉中最难克服的EFT测试和防水的难题，最终EFT测试结果大于4000V，并且达到了理想的防水深度，有效提高了触摸按键的稳定性和抗干扰性，对触摸按键在其它场合中防干扰处理具有借鉴意义，对其推广运用也具有十分重要的现实意义。系统结构示意图 在电磁炉系统结构中，HT45R35充当系统中触控面板的一部分。HT45R35检测到按键，然后把按键相应编码以一定的通讯方式发送给电磁炉的主控IC，主控IC收到后执行该按键的功能，如启动相关部件工作或者点亮LED、数码管等。整个系统的结构示意图如图1所示。触摸按键的实现原理 触摸按键是利用人体电容效应改变C/R-F电路中电容的容量，进而改变其振荡频率，通过检测频率的改变大小来判断是否有键被按下。HT45R35内部有两个16位向上计数器Timer A和Timer B，Timer A的时钟源可以设置为系统时钟或者系统时钟四分频，通过RCCOR寄存器来设置，Timer B的时钟源为RC振荡电路，如图2所示。当人手触摸按键时，RC振荡电路的频率改变，在Timer B相同的计数下（即选为Timer B溢出，本文所有讨论都是基于Timer B溢出的方式），Timer A的计数值变大。当Timer A计数的当前值与基准值的差值大于程序中设定的差值（也称为感应值）时，就表示有键按下。 由于是通过Timer A计数的当前值与基准值的差值来确定是否有键被按下，所以当前值和基准值都必须随环境因素的改变而改变，因此基准值应不断更新，在更新时大多采用定时更新的方式，如2S定时更新基准值一次。基准值更新流程图如图3所示。触摸按键中重难点问题 触摸按键应用在不同的场合中，可能会遇到按键扩展、多个按键、按键短暂失灵、EFT测试以及防水等问题。如果实际需要的按键数大于RC信道的个数，就要进行扩展，常用的方法就是采用矩阵的方式扩展，如8个RC通道最多可实现4*4=16个按键。如果有多键的要求，在程序中就要进行多键处理。按键短暂失灵、EFT测试和防水属于触摸按键的稳定性和抗干扰性问题，与按键扩展和多个按键比较而言，按键的稳定性和抗干扰性可能是需要重点考虑的问题。按键短暂失灵 按键短暂失灵是指触摸按键在操作的过程中出现的暂时不能被检测到，但是经过短暂的无操作时间后按键又可以恢复的现象。这是触摸按键中最常出现的一种现象，对使用来说稍有影响（需要等待按键恢复），但通过调整完全可以解决这一问题。EFT测试 触摸按键在进行EFT测试的过程中，最容易碰到的就是“复位”、“误动作”和“死锁”三种现象了。复位是指在EFT测试时程序发生了复位现象，可能是由PCB Layout引起的，也可能是由程序引起的。误动作是指在EFT测试的过程中，在无操作的情况下，按键从一个键跳到另一个键的现象。死锁是指在EFT测试的过程中，在操作时按键无响应，表面上看起来像当机一样。防水 触摸按键的防水是指按键区域在被水覆盖后按键仍然能正常工作。防水要解决的问题就是在不影响其它性能的前提下，获得尽可能大的防水深度。如果仅有防水的要求，防水深度理论上可以达到很大，但如果要兼顾其它性能，比如EFT抗干扰能力要强、不容许出现按键短暂失灵的现象等，防水深度会受一定的影响，严重时会出现按键区域被水覆盖后按键不能响应就像当机了一样。解决办法 第3节列举了触摸按键中需要去克服的问题，而这些问题的解决都是围绕感应值和更新点来寻找解决办法。感应值包括感应值的下限值、感应值的上限值和所有按键的最大感应值。感应值的下限值指判断有无按键按下的门限值，感应值的上限值主要用来防止干扰，按键的最大感应值指当手指最大限度覆盖触摸按键时实际测得的感应值，主要用来为更新点和感应值的下限值的设置作为依据。如果有8个按键，就要测8个按键的最大感应值，然后取其中的最小值，即图4中的B点。更新点可以选择与感应值下限值相同，也可以比感应值的下限值小，图4中感应值与更新点重合表示感应值的下限值与更新点相同，即表示只要当前值比感应值的下限值小就更新基准值。图中C点为AB的中点，即所有按键最大感应值中的最小值的一半。按键短暂失灵的解决办法 按键短暂失灵主要是由于更新点设置偏大，在图4中的直观表现就是在中点线的上方。由于更新点设置偏大，所以当基准值更新后，总会出现基准值变大了很多的情况，而当前值是基本不变的，所以当前值与基准值的差值就变小了，这时即使有按键被按下也不能达到感应值的下限值，按键就失灵了。但是当基准值再次被更新回到原来的起点后，按键又恢复到正常的情况了。解决办法：更新点设置在中点线以下，即更新点应选择比所有按键最大感应值中的最小值的一半还要小，这样即使基准值更新后，基准值有所变大，但由于当前值与基准值的差值仍大于感应值的最小值，所以就不会出现按键失灵的现象了。EFT测试的解决办法 首先应消除“复位”现象，复位可能是由硬件引起也可能是由软件引起的。硬件引起的复位应从PCB Layout方面去寻求解决。消除复位是进行EFT测试的第一步。 按键的误动作和死锁是EFT测试过程中的两种现象，它们都是由于EFT测试时干扰比较严重，引起按键被触发。如果只有一个键被触发，就是误动作。如果多个按键同时被触发，程序中又没做多键处理，导致当有键按下时，按键不能被检测到，表面上看起来像当机了一样，就出现了死锁。当干扰变得很大的时候，引起当前值也变得很大，当前值与感应值得差值甚至超过了感应值的上限值，这时即使有键被按下也不能被检测到，也会出现死锁现象。从受干扰的程度来看，死锁时的干扰比误动作的干扰要大得多。 误动作和死锁的解决办法：感应值的下限值不能设定得太小，否则很容易出现误动作，最好设置在图4中的中点C线附近，既可以避免按键短暂失灵现象，还可以达到较好的EFT测试结果。如果感应值设定在图4中的中点C或者以上，仍然出现误动作或者死锁现象，说明EFT的干扰比较严重，此时应将Timer B的计数初值调小（即Timer B的溢出时间），然后再重新进行EFT测试，直到EFT测试达到很好的性能。 针对如何提高触按键的稳定性和抗干扰的问题，结合触摸按键在电磁炉应用中的实例，分析了触摸按键中存在的各种现象，提出了相应的解决办法，解决了电磁炉应用中最难克服的EFT测试和防水测试的难题，应用结果表明有效提高了触摸按键的稳定性和抗干扰性，对触摸按键的推广运用具十分重要的现实意义。 在进行EFT测试时，可遵循如下步骤进行：（1）首先注意触摸按键的PCB Layout，确保在进行测试时无复位现象；（2）编写程序或者借助其它工具，记录下每个按键的最大感应值；（3）以（2）中记下感应值中的最小值的一半作为感应值下限值，根据实际情况取一个感应值的上限值；（4）如果以（3）中的感应值进行EFT测试，无复位无误动作无死锁等现象，EFT测试结束，否则进行下一步；（5）如果（4）中有死锁现象，说明EFT的干扰比较严重，可再选其它感应值再进行测试；（6）如果（5）中仍不能通过EFT测试，将Timer B溢出的计数初值调小，再重复（2）-（5）直到EFT测试通过。防水解决办法 防水就是要按键区域在被水覆盖后要求按键仍然能正常工作。由于EFT测试和防水都与感应值有关，防水最重要的就是在不降低EFT性能的前提下获得较好的防水深度。防水一般的解决办法是：在EFT已经获得较好结果的情况下，再进一步微调感应值的下限值。调整的依据是感应值的下限值越靠近基准值，防水能力越强。但应该注意的是感应值的下限值并不是调得越小越好，否则当按键被泼上水的瞬间即使没有操作也有按键被触发。如果感应值的下限值调得太小，EFT测试结果也会变坏。应用实例 电磁炉的感应控制面板采用HT45R35制作，共有8个触摸按键，HT45R35与电磁炉主控制IC采用单线通讯方式传送按键编码。程序中设置为Timer B溢出，计数初值为1000次，Timer A的时钟来源选为系统时钟，感应值设为20。8个按键的最大感应值依次为：60，62，60，60，65，65，64，68。测试结果：EFT4Kv，触摸按键区域全部铺水后按键仍然可以正常操作。Timer B溢出的计数初值为2000时，8个按键的最大感应值依次是：123，11