本文介紹了將Cypress公司的PSoC(可編程片上系統(tǒng))CY8C 21534系列芯片運(yùn)用于汽車中控臺(tái)面板的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

面板的工作原理以及其創(chuàng)新性外型設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了電容感應(yīng)技術(shù)的原理及其在面板控制方面應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，另外分析了此款中控臺(tái)面板的市場(chǎng)前景和商業(yè)價(jià)值。

背景簡(jiǎn)介

汽車電子技術(shù)發(fā)展到今天，車上電子器件越來(lái)越多，通過(guò)車載電腦控制和協(xié)調(diào)這些電器件已經(jīng)成為一種必要。然而，車輛越高檔，電子設(shè)備就會(huì)越多，車載電腦的操作系統(tǒng)也就會(huì)越復(fù)雜。如果每 一功能都與按鍵相對(duì)應(yīng)，可以想象汽車中控臺(tái)將會(huì)是多么令人眼花繚亂。在這種情況下，如何令操作界面既簡(jiǎn)單又實(shí)用就成為一個(gè)不得不考慮的問(wèn)題。參考iPod的操作界面，我們開(kāi)發(fā)了一款基于電容感應(yīng)技術(shù)的汽車中控臺(tái)面板，使按鍵大為減少，外形簡(jiǎn)潔美觀，操作具有趣味性。

本汽車中控臺(tái)面板具有如下功能：

1.記錄駕駛數(shù)據(jù)：在主頁(yè)上的駕駛數(shù)據(jù)包括駕駛時(shí)間，里程，燃油使用量，平均燃油使用量，平均速度。這些數(shù)據(jù)每駕駛一次記錄一次，用戶也可以翻看以前的記錄。

2.時(shí)間和日期的顯示：這部分功能集成在屏幕的右邊。在任何界面下都顯示。

3.溫度顯示：同時(shí)顯示室內(nèi)外溫度。

4.多媒體播放器：本系統(tǒng)界面上支持MP3播放，CD播放和收音機(jī)模式。這部分功能大量運(yùn)用了Cypress電容感應(yīng)技術(shù)，使娛樂(lè)更具趣味性。

5.空調(diào)控制：這部分包括普通控制功能，如溫度控制、風(fēng)力控制等。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與界面設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用Cypress公司提供的21534系列芯片，其特色是集成了電容感應(yīng)模塊CSR，在使用中可以直接配置，為與電容感應(yīng)有關(guān)的設(shè)計(jì)提供了很大的便利。此芯片擁有四個(gè)數(shù)字模塊位置和四個(gè)模擬模塊位置，雖然有限，但此款芯片的主要設(shè)計(jì)目的是為了電容感應(yīng)的控制，所以在此芯片上配置一個(gè) 電容感應(yīng)模塊(占用三個(gè)數(shù)字模塊位置和一個(gè)模擬模塊位置)和實(shí)現(xiàn)某些控制所必需的計(jì)數(shù)器模塊(占用一個(gè)數(shù)字模塊位置)是 剛好合適的。(如果有必要，還可以采用動(dòng)態(tài)重分配技術(shù)加入其他模塊)。

系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖
顯示設(shè)備采用了四灰度黑白液晶顯示屏，其分辨率為240×128像素，在不設(shè)置字符層的情況下最多可以分為四層顯示。在本設(shè)計(jì)中采用兩層顯示，其中第一層為字符層，可以顯示ROM中自帶的176個(gè)字母、數(shù)字、符號(hào)等，第二層為圖畫層，可以對(duì)顯示屏上任意一點(diǎn)進(jìn)行控制，以顯示所期望的圖形。第二層與第一層之間設(shè)置為與非關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)在選擇菜單時(shí)可以出現(xiàn)反色顯示的效果，這也是目前廣泛應(yīng)用在電腦、手機(jī)等液晶屏菜單選擇時(shí)的方式。屏幕的背光采用了定時(shí)控制方式，即每次按下按鍵15秒以后背光燈亮，15秒過(guò)后信息仍顯示但背光燈熄滅，可以既不影響使用又擁有較低的功耗。

顯示信息包括基本信息和功能信息，分別位于屏幕上用豎線分割而成的兩部分。基本信息包括時(shí)間、日期、室內(nèi)外溫度等時(shí)刻需要顯示但不需要經(jīng)常變換位置且不需要按鍵來(lái)控制的信息，在屏幕右側(cè)占用固定的位置，在視覺(jué)上具有一定的穩(wěn)定性。而功能信息包括FM、CD、空調(diào)等等設(shè)備工作時(shí)的信息顯示界面，位于屏幕左側(cè)。

受外形設(shè)計(jì)限制，按鍵的數(shù)量非常有限，所以同一按鍵必須在不同界面下配置不同的控制功能，才能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制。在程序中，每次按鍵都會(huì)對(duì)按鍵變量進(jìn)行賦值，而顯示器如何顯示不僅取決于變量按鍵，還要對(duì)當(dāng)前顯示界面進(jìn)行判斷，以實(shí)現(xiàn)按下按鍵以后正確的操作。另外，中央按鍵還增加了長(zhǎng)按鍵功能，即按住中央按鍵1秒鐘以上將會(huì)實(shí)現(xiàn)不同于單次按下的功能，以擴(kuò)展了按鍵的功能，相當(dāng)于增加了按鍵的數(shù)量。

電容感應(yīng)原理與應(yīng)用

電容感應(yīng)模塊CSR(Capacitive Sensor Relaxation Oscillator)由電容傳感器陣列、模擬多路器、電容感應(yīng)弛豫振蕩器和記數(shù)器組成。該結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2所示。

圖2 電容感應(yīng)模塊原理圖
電容傳感器通常由覆蓋在PCB板上的銅片與地之間組成的電容構(gòu)成。銅片上覆蓋一層絕緣物質(zhì)。當(dāng)導(dǎo)體靠近電容器時(shí)，如圖3，銅片和地之間的電容值就會(huì)隨之而改變。電容感應(yīng)弛豫振蕩器對(duì)不一樣的電容產(chǎn)生不一樣頻率的方波。脈寬調(diào)制模塊和計(jì)數(shù)器對(duì)輸出的頻率計(jì)算。通過(guò)檢測(cè)計(jì)數(shù)器的數(shù)值和與設(shè)定閾值進(jìn)行比較，可以間斷電容感應(yīng)開(kāi)關(guān)的開(kāi)合。

軟件部分集成了補(bǔ)償因環(huán)境變化和傳感器物理特性差異的算法，還可以識(shí)別按鍵的標(biāo)識(shí)、滑條的位置和二維觸摸板的位置，使得電容感應(yīng)開(kāi)關(guān)穩(wěn)定。

圖3 電容感應(yīng)原理
電容感應(yīng)在本設(shè)計(jì)里做成一個(gè)滑條，手指在上面滑動(dòng)就可以改變特定界面下特定的量，如多媒體下的音量，空調(diào)界面下的風(fēng)量等。電容感應(yīng)滑條的應(yīng)用與傳統(tǒng)的機(jī)械開(kāi)關(guān)旋鈕等相比，具有耐用、美觀、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。駕駛員不用精確對(duì)準(zhǔn)那個(gè)按鈕去調(diào)節(jié)，而是大概朝著滑條的位置就可進(jìn)行模糊的調(diào)節(jié)。

依照電容感應(yīng)原理，本設(shè)計(jì)PCB滑條的設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 電容感應(yīng)PCB的設(shè)計(jì)
外形設(shè)計(jì)

與現(xiàn)在市面上的各款中控臺(tái)面板相比，此款中控臺(tái)的設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的視覺(jué)沖擊。灰白色的顯示和控制部分嵌在黑色的假想車身中，而黑色的按鍵嵌在白色的操作界面中，對(duì)比鮮明，富有時(shí)尚感。整個(gè)操作界面上沒(méi)有雜亂的按鍵，圓形的觸摸屏與環(huán)繞四周的按鍵搭配，既顯得勻稱又不會(huì)給人單調(diào)的感覺(jué)。如圖5所示。

圖5 車載面板外觀設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中的軟件部分占用了8K的FLASH容量，通過(guò)一個(gè)主循環(huán)查詢按鍵的輸入，再結(jié)合當(dāng)前的界面組合出一種任務(wù)。軟件流程圖：

優(yōu)點(diǎn)與創(chuàng)新

簡(jiǎn)單的操作界面

摒棄了傳統(tǒng)的多按鍵設(shè)計(jì)方式，操作界面僅由五個(gè)按鍵和一個(gè)電容感應(yīng)滑條構(gòu)成，仍然能夠有效控制包括FM收音機(jī)、多碟CD播放器、DVD播放器等在內(nèi)的多媒體系統(tǒng)以及車載空調(diào)、時(shí)間日期顯示、車內(nèi)外溫度顯示和系統(tǒng)設(shè)置等多項(xiàng)功能。五個(gè)按鍵在不同條件下可以實(shí)現(xiàn)不同的控制功能，不會(huì)因?yàn)榘存I的減少而影響使用。而且按鍵分散，只要大致判斷其方位就能夠進(jìn)行正確操作。相對(duì)于同樣實(shí)現(xiàn)上述功能的、滿是按鍵的中控臺(tái)，電容感應(yīng)中控臺(tái)在外觀上有著其無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)潔的操作界面設(shè)計(jì)不僅在視覺(jué)上給人清新的感覺(jué)，在使用上也可以避免因?yàn)榘存I過(guò)多、過(guò)于密集引起的駕駛員的誤操作，或延長(zhǎng)尋找按鍵的時(shí)間。