电容式感应照明控制用户界面

智能照明控制技术已经越来越多的应用于消费领域。餐厅、酒吧、办公室、电影院、家庭、飞机、汽车等，这些只是成熟照明控制方案中的一小部分例子，其增强了整体氛围和用户体验。粗大的照明控制面板和数以百计按钮的日子一去不复返了。今天的照明系统更智能，可以对光强度、色调和饱和度进行控制，只需一个触摸按钮即可。

图1显示了一个基本照明控制技术应用的框图。它有一个用户界面，其可以选择预设的照明选项，或直接控制灯具。一些系统还有环境光感应器，其可以根据当前环境自动控制室内灯光。根据用户/环境传感器的输入，控制器将控制数据传输到监测LED /灯具特性的光控制器。

　　图1:基本的环境光控制器框图

本文将重点介绍高效照明控制用户界面设计。市场上有很多照明控制系统，用户界面通常是决定系统和产品成功与否的关键。

我们的想法是要提高用户控制，设计不再需要大量的选择按键和面积占用，可以用更独特更智能的电容式触摸感应按钮或滑条控制。使用电容式感应界面不仅可以提供吸引眼球的面板设计，而且使系统具有更强的鲁棒性，没有抖动，性价比高。此外，电容式传感器的可编程检测距离能力在接口方面引入了一个全新的维度。这篇文章的关键议题包括，电容式传感技术，用户界面，径向滑条，LED背光和接近感应。

电容式感应

PCB上的每一条铜线都有一定的相关寄生电容。利用该属性，电容式传感器可以由PCB上的铜泊实现。传感器上面有一层绝缘覆盖物，可以保护每个传感器不受ESD和和用户电气影响。当用户触摸传感器上的覆盖物时，该传感器的电容会发生变化。这是由于手指引入的电容与传感器的电容并联在一起。该技术用于测量或检测电容传感器的变化，称为电容式感应。图2显示了一个简单的检测传感器电容变化的实现方式。

　　图2:电容式感应技术的基本结构

该电路主要使用开关电容技术等效成一个电阻。等效电阻的值是:

　　方程1

根据方程1，传感器电容增加。等效电阻减少。电阻值的变化使电流Isensor也发生变化。该电流变大，转换为电压信号然后进一步处理。快速ADC(通常是SAR ADC)可用于将电压信号进行数字化处理。通过在固件中跟踪数字化数据和相关电压信号，我们可以探测到手指电容带来的电容变化。

图2显示了SOC实现的电容式传感器。虽然基于SOC的设计实现很简单，但实现电容式触摸感应时仍需要考虑很多因素，包括:

1. 宽电容范围 —— 这可以使用高分辨率ADC和精确TIA达到。然而，使用高精度模拟元件，就会增加系统成本。

2. 环境噪声—— 由于手指引入的电容变化是很小的(通常是，< 0.5 pf )，甚至环境里很的噪声都可以引入寄生电容，有可能导致误检测。

3. 环境的改变——电容是湿度和温度的函数。因此，电路和固件应当在终端应用中设计成可以处理它们影响的方式。

图3所示为一个使用赛普拉斯PSoC CY8C21x34 电容式感应Sigma Delta(CSD)方法实现的高性能电容传感器。由于控制器的设计是基于SoC的，它可以根据具体应用要求进行配置。内置的CSD模块也可以用于实现接近传感或集合传感器。

　　图3:CY8C21x34的CSD框图

该实现类似于图2所示的框图。这种实现增加了模块和部件，有助于解决上面列出的那些问题。

在这种技术中，调制电容CMOD将通过等效电阻充电。当集成的电容电压达到参考电压(VREF)时，比较器输出转换为高，连接RB(放电电阻)到地。这就形成了CMOD放电回路。当电容式电压低于VREF，比较器输出回到低，断开RB 开关。这一行为不断重复，比较器输出形成了脉冲流，其使能计数器。

传感器电容变化将改变CMOD充电电流。由于CMOD 变化的充电速率(REQ*CMOD )和固定的放电速率(RB*CMOD )，比较器输出的脉冲流占空比将会改变。这一脉冲流占空比的变化可以通过读出计数器来检测到。

用户界面

一个用于房间照明控制应用的典型用户界面，可以提供可选择的预定义照明亮度选项。先进的用户界面可以使用户控制个性化的颜色组成及光亮强度。图4显示了这样的用户界面。

图4显示的界面有四个电容式按钮，它们用来选择灯光的特定组合。可以使用径向滑条来增加或减少选择的属性，如光亮强度(如果触摸强度按钮)或饱和度(如果触摸任何的基本颜色按钮)。除了径向滑动这一功能，径向传感器还可通过预定义的照明级别用于导航浏览。可以通过滑条固件编写将滑条中央当作一个特别的按钮。这个“额外”按钮可以实现一个“菜单”或“选择”按钮。除了电容式传感器，照明控制界面还有一个LCD，它用来显示光强度，色彩饱和度，或照明选项。