一种带振动反馈的触摸空调面板

沈颂龙

【摘  要】本文开发一款带振动反馈的触摸空调面板开关，利用人体与触摸传感器之间的交互，识别空调面板的功能，并通过CAN网络总线将识别的操作信号传输给整车，达到车载空调的操作实现，同时结合面板的振动单元，给人功能确认的反馈信息。本投影开关为一体式结构，具有很强的内饰匹配性，该设计使得内饰更加简约，并具备很强的科技感。

【关键词】触摸传感器；振动；CAN总线

中图分类号：U463.851    文献标志码：A    文章编号：1003-8639（ 2023 ）06-0047-03

A Touch Air Conditioning Panel with Vibration Feedback

SHEN Song-long

（Pan-Asia Automotive Technology Center Co.，Ltd.，Shanghai 200129，China）

【Abstract】This paper developed a touch panel switch air conditioning with vibration feedback，using the human body and the interaction between the touch sensors，to identify the function of the air conditioning panel，and through the CAN bus network will identify the operation of the signal transmission to the vehicle，to achieve the automotive air conditioning operation implementation. At the same time，it is combined with the vibration of the panel unit at the same time，give a person confirm feedback function. The projection switch is a one-piece structure，with a strong interior matching，has made the interior simple and advanced，and has a strong sense of science and technology and other characteristics.

【Key words】touch sensor；vibration；CAN bus

1  背景描述

本触摸空调面板开关主要由LENS总成、触摸SENSOR、PCB总成以及底座等组成，LENS总成和触摸SENSOR作为操作的输入单元，PCB总成对触摸的输入信号进行采集，并由微控制器单元进行分析处理，驱动振动模块进行体感反馈，并通过CAN bus信号传输给空调控制器单元，然后接收空调控制器的灯光反馈进行功能指示灯的点亮，以及温度的显示、风量模式的显示。新触摸空调面板开关如图1所示。

与传统机械面板开关相比，具备以下优点。

1）极简化：触摸面板一体式设计，在息屏情况下，整体为死黑效果，内饰简约。

2）防水性和EMS能力增强：面板表面相对于普通机械按键，减少了缝隙的数量，增强了产品防水性和产品的EMS能力。

2  系统架构

2.1  硬件架构

硬件描述架构如图2所示，其中主要硬件模块的介绍如下。

1）电容触摸单元：电容触摸SENSOR组件，通过OCA胶集成到LENS面盖上，电信号通过排线连接到PCB，如图3所示。

2）电磁铁振动单元：当线路接通后，正半周脉动直流电压加在电磁线圈上，由于电磁铁的作用，在振动体和机座之间产生脉冲电磁力，振动体被吸引，此时弹性系统贮存势能，在负半周二极管不导通，电磁力消失，借助弹性系统贮存的势能，使振動体向相反的方向振动。这样周而复始，振动体便以交流电的频率往复振动。

3）微控制器单元：基于NXP的SPC56XX系列单片机，是一款32位系统片上SOC微控制器，CPU最大主频达到了64MHz。

4）CAN总线单元：TJA1145是一种高速CAN收发器，它提供一个接口控制器区域网络（CAN）协议控制器和物理双线CAN总线。该收发器通信速率高达1mbit/s，广泛应用于汽车工业。

2.2  软件架构

软件描述框图如图4所示。软件架构采用AUTOSAR3.2层次及接口交互方式，ECU软件被抽象分类为基础软件层（BSW）、运行环境（RTE）和应用层（APP）。

1）微控制器抽象层（MCAL）负责提供微控制器的各种驱动，例如内存、通信和I/O等。

2）ECU抽象层负责提供统一的访问接口，从而实现对ECU内存、通信和I/O等资源的访问，而无需考虑这些资源是由微控制器提供还是外围设备提供。这些外围设备的驱动也包含在这一层。

3）服务层提供各种类型的后台服务，例如网络服务、内存管理和总线通信服务等。操作系统也隶属于这一层。

4）RTE实现了应用层软件组件（SWCs）和BSW之间的数据交换并控制两者之间的相互作用。

5）应用层根据实际产品需求，负责实现具体应用的软件组件（SWCs）。

3  设计实现

3.1  触摸实现

手指按在触摸按键上，类似引入了一个并联电容，MCU采集未按下时的电容状态值作为基准电容值，与手指按下后采集到的电容值（图5）进行比较，电容差值作为是否有手指动作的判断依据。

触摸按键未操作时，采集到的按键信号作为Baseline值，触摸按键操作时实时采集到的按键信号作为Reading值，见图6。

在软件标定后，定义实际样件触摸阈值为Δ，当实际采集到Δ'=reading-baseline，如果Δ'>Δ，产品功能有效。

触摸识别采用了Microchip的Mtouch方案，具有可视化界面方便配置、应用场景丰富的特点。按键Baseline及Reading更新速率可调，同时按键可单独调整阈值，根据阈值二点调整，可以实现触摸灵敏度、防噪声和防误触发的综合性能最优方案，如图7所示。

3.2  振动反馈实现

面板振动波形方案，如下所述。

1）1号方案（Buick振感）：1个6.5ms的脉冲波。

2）2号方案（苹果手机振感）：2个3ms的脉冲波，中间间隔时间40ms。

3）3号方案（华为手机振感）：频率220Hz，占空比为30%的方波，方波发送7个周期。

面板振动波形方案对比如图8所示，测试用的振动分析仪如图9所示。

4  总结与展望

触摸类产品在汽车工业上得到广泛应用，在市场上也得到了部分客户认可，整体式的面板设计方式让整车内饰的高级感、科技感得到了较大的提升，同时，误触发问题和温度变化对电容采集的影响，以及振动反馈的噪声问题，都是触摸类产品开发中的技术重点和难点，需要进行设计规避。

参考文献：

[1] Perme T. Introduction to Capacitive Sensing[Z]. USA：Microchip Technology Inc，2007：AN1101.

[2] Perme T. Layout and Physical Design Guidelines for Capacitive Sensing[Z]. USA：Microchip Technology Inc，2007：AN1102.

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[5] Flipse M. Capacitive Sensing with PIC1 0F[Z]. USA：Microchip Technology Inc，2008：AN1202.

（編辑  凌  波）