工业HMI中的电容触摸

在工业应用中，传感器节点、工业仪表和控制面板上的机械按钮很容易落满灰尘，而越积越多的灰尘最终会导致设备故障。在工业环境中用电容触摸机制来替代机械按钮的人机接口 (HMI) 系统提供诸如更加时尚设计、易于清洁和不容易出现机械故障等优势。最新的电容触摸技术在解决某些工业HMI中最棘手难题方面向前迈进了一步。

抗扰度挑战

运行在工业环境中的电机、中继器和开关会在电力线中注入巨大噪声。这些噪声源会在测量信号中的波动与检测阀值相交时错误地触发一个器件。下面的图片显示了电容测量在噪声出现时会受到哪些影响。

借助于硬件中内置的多频率扫描和处理、展频调制、零交叉检测，支持电容技术的按钮会克服系统中噪声的影响。下面的图片显示的是用上面提到的技术所处理的干扰信号。

厚保护罩和手套问题

为了保护电子元器件不受危险和不洁净环境的影响，工业用面板经常具有一个厚玻璃或塑料保护罩。在不对保护罩进行钻孔的情况下，通常不太可能将机械按钮安装在所需要的地方，而这就容易使面板出现故障。工业环境还经常需要戴着手套进行机器操作。虽然这对于机械按钮来说不是什么大问题，但这会对电容触摸解决方案产生巨大影响。

电容按钮可以透过60mm厚的玻璃和25mm厚的塑料保护罩正常运转，这也就在保持保护罩材料完好无损的同时，实现无菌以及危险环境中的使用。

电容按钮依靠电容值的变化来理解一条命令，当一个接地物体—人手—来到触摸传感器的电场中时，检测被触发。佩戴工业用手套在人手与电极之间增加了一层绝缘材料（电介质），从而导致不可靠检测。

通过使用金属保护罩，可以在佩戴手套时对电容触摸屏进行操作。不是测量手进入电场中所导致的电容变化，它测量的是接地金属保护罩变形弯曲所导致的电容变化。这使得这项技术支持手套友好设计。

低功率运行挑战

工业系统中的几个场发射器由电流环路供电，这就提供了非常有限的功率预算。在保持能够检测多达4个按钮的能力的同时，功耗小于4uA，基于电容的技术能够为工业用户提供设定和监视现场设备的能力，且功率开销极低。

解决方案

使用MSP430™ 微控制器 (MCU) CapTIvate™ 技术进行开发能够帮助避免很多难题。CaTIvate触摸MCU不仅仅提供一个替代工业HMI系统中机械按钮的紧凑轻松解决方案，它还解决了现有电容触摸解决方案中的很多问题，比如说嘈杂环境中的稳健耐用性，经IEC认证的解决方案使它变得支持戴手套操作且功率很低。