带LED和LCD的穿透式触控厚玻璃

一直以来，我们持续研究穿透式玻璃触控应用，终于成功作出改进。通过采用MSP430™微控制器(MCU)和CapTIvate™技术(MSP430FR2633)，我们实现了对发光二极管(LED)和液晶显示器(LCD)的按钮点击控制，而不再是不仅仅局限在通过玻璃实现低功耗触控的参考设计(TIDA-00343)所描述的按钮感应功能。图1是带LCD的穿透式触控玻璃参考设计(TIDA-00494)的方框图。

图1：LCD参考设计方块图(TIDA-00494)

如果您回想我之前的博文就会了解过程设备操作人员每天都需要通过键盘实现编程功能。该键盘封装在带有厚玻璃窗的拧紧式防爆金属外壳内，本地读数通过LCD显示。

工厂自动化和过程控制设计师一直努力找寻能够让操作人员无需花时间打开外壳就能与防爆现场传送器实现交互的方法。

让我们想想有哪些现有的技术能够解决这一问题：

红外技术能够通过手指接近传感器时引起的光线变化检测按钮点击动作。不过，这一技术在工业环境中并不可靠。因为，如果按钮区域的玻璃上沾有油渍、尘垢或斑点，可能会导致触控检测失误。

磁性装置解决方案需要配备一个磁开关，当检测到附近有强磁场时便会关闭。但是用户手里需要随时准备一支磁性笔用来产生磁场。

电容技术却能够解决这些问题；此外，由于增添按钮仅意味着向PCB增加额外的铜材料，因此按钮的数量并不影响应用的价格。

我们通过众多测试证明了CapTIvate™技术的稳健性，包括裸手触控、戴手套触控，甚至还尝试了创建误触场景。在每场测试中，我们采集了1000个点击按钮时的样本和1000个未执行任何操作的样本。然后计算出每个事件的平均值和标准差，用以估算按钮的信噪比(SNR)和串扰。

如果要确保按钮被触控到的概率等于99.73%，SNR必须大于9.5dB。如果要确保按钮点击不会影响到相邻的按钮，串扰也必须大于9.5dB。测试结果符合该等阈值，见图3。

图3：触控和串扰测试

电容技术在玻璃和PCB之间所需气隙方面有其局限性（我在之前的博文里也提到过），其要求该气隙应尽可能小。

虽然参考设计中电极板与10 mm厚的玻璃之间足有2mm的气隙，其仍能检测到裸手触控和戴手套触控的动作，并仅利用一块芯片就能在LED和LCD上给出反馈。

审核编辑：郭婷