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标题: 可充电触屏遥控模块设计 [打印本页]

作者: porereading 时间: 2014-12-17 20:55 标题: 可充电触屏遥控模块设计

摘要
本文介绍了使用MSP430作为主处理器实现可充电的触屏遥控模块，该设计方案支持红外（IR）信号传输，且可扩展RF和NFC无线传输方式；用户输入采用触摸按键实现，设计简洁美观；系统可由电池供电，且自带可充电模块，可由USB或者直流电源适配器充电。TI的430系列MCU产品功耗低，可为便携式电子设备提供更长的使用寿命；其内嵌LCD驱动器，可以方便实时显示监测数据；其支持多种触摸按键实现方式，设计简便灵活。

简介
遥控设备在日常生活中非常易见，家电遥控器、玩具遥控器等方便了用户对设备的控制。针对不同需求，遥控设备设计也不同，例如电视机遥控器不带显示屏，通常用红外信号传输；空调遥控器则带显示屏，常用红外（IR）和射频（RF）传输信号；另有一些高端遥控产品可通过手机等更新固件，实现版本的升级。本文介绍了一套用于遥控设备的通用方案，该方案支持LCD显示；支持红外通信且可扩展射频通信方式；用户输入采用触摸按键实现，时尚美观；本方案预留NFC接口，可扩展NFC功能；在电源管理方面，支持电池供电，USB充电和无线充电，方便实用。

1 原理介绍
1.1 电容式触摸按键原理
触摸按键在电子设备中得到越来越多的应用。用触摸按键实现人机交互的电磁炉，微波炉，电冰箱等家电产品越来越受青睐，预计未来会有越来越多的触摸按键产品取代传统的机械式按键产品。触摸按键具有坚固耐用，反应速度快，节省空间，美观大方，易于清洁等诸多优点。触摸式按键可分为四大类，电阻式，电容式，红外线式及表面声波式感应按键。其中电阻式，红外线式和表面声波按键主要应用于触摸屏中，在单个按键中很少使用。本方案将重点讨论电容式触摸按键在单个按键中的应用。

电容式触摸按键采用电容量为判断标准，在触摸按键的设计中，它具有一些优点，例如可直接集成在PCB中，触摸感应区域外形尺寸设计灵活，相对成本较低等等。简单来讲，电容式触摸按键在按下的时候改变了电容值，从而改变电路振荡周期，通过对振荡周期改变值的检测实现对按键的检测。图1 是电容式触摸按键原理示意图。

图1 触摸按键原理示意图

空载状态下，感应区域电容由材料和结构决定（图1左上图）,电容值为C1+C2。变化电容基于寄生效应，主要由外界导体与PAD之间的寄生电容组成（图1右下图），手指按下，寄生电容值变化，容值为C1+C2+C3||C4。将此电容接入电路组成振荡器，电容值的改变导致振荡电路输出频率变化，通过测量输出频率判断按键的触发状态。

按键感应区域设计需要避免误触发以及兼顾灵敏度。通常来说，单个按键感应区域需要做的足够大，以达到识别按键目的；相邻按键感应区域应保持一定距离，避免误触发；触摸感应区形状原则上可任意，单个按键以圆形、方形为佳。

TI的MSP430支持多种触摸实现方式，参考文档[1]。

1.2 红外信号传输原理
红外遥控原理可参考文档[2]。本文采用 NEC 协议编码，简单说是通过脉冲串之间的时间间隔来表示逻辑“0”和逻辑“1”。载波信号频率为38k，逻辑“1”用0.56ms的38k载波和1.5ms的无载波表示，逻辑“0”用0.56ms的载波和0.56ms的无载波表示，帧头用9ms载波加4.5ms无载波表示。编码帧格式参考图2，具体格式定义可根据实际情况稍作修改。

图2 红外编码数据帧格式

TI的MSP430系列MCU自带Timer，可方便产生38k载波，编码时的载波有无控制可由Timer的PWM输出模块实现[3]。其PWM输出模块可配置成7种输出方式，可方便实现上述编码。采用MSP430的Timer的PWM输出功能，仅需要一个Timer和一路PWM即可轻松实现红外编码，无需额外硬件，软件实现简单。为系统设计节省成本和开发时间。

1.3 可充电触屏遥控模块方案设计
传统的遥控模块采用机械按键实现，本方案采用触摸按键设计，按键和显示在同一块LCD屏上，外形时尚、美观。本方案作为参考设计，除了遥控器基本功能（按键，显示，发射，按键声）外，还设计了充电和USB模块，并扩展了RF和NFC接口。可充电方式提高了灵活性，用户仅需要充电而不必更换电池。USB模块可实现和PC端应用软件通信。本方案不仅仅是遥控器方案，在其他应用领域，本方案也有很大的参考价值，用户仅需要根据需求对本方案功能模块进行裁剪即可。本方案电源模块支持电池供电和USB或直流适配器充/供电；触摸按键采用比较器B实现；RF和NFC模块采用SPI和MCU接口；MSP430自带的USB模块可方便与PC端应用软件接口，实现PC和MCU的双向通信。系统框图如图3所示。

图3 系统框图

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