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一种风扇类电器上使用的人体接触检测传感技术

日期:2014年4月18日 16:33

1.摘要

本方案主要用于风扇类电器产品,传统风扇的电机在高速运转的时候,由于缺乏感应检测机制,人手或其它金属物插入风扇罩里时,电机继续运转,及其危险,由此设计一套传感检测方案就非常有意义了,当人手或其它金属物插入或接触到风扇罩时,风扇电机要立即停止转动,将危险降到最低。

为了解决该问题,提出了一种人体接触检测控制方案,通过专用的电容触控芯片,将感应器直接和产品外壳相连或安装在人容易接触的地方。触控传感芯片时刻检测感应器的情况,当人手接触或靠近感应器时,触控传感芯片发一个信号给主控MCU,主控MCU收到信号后立即操作电机控制器,让电机立即停止转动。

 

 

 

2.本技术方案的详细描述

1) 通过专用的电容触控芯片,采用它固定时间充放电的技术,在单位时间内获取电容充放电的A/D量化信号,实现电容容值变化的检测。通过判断感应器容值的变化,来判断有无人手接触。这里的感应器选择风扇的金属罩(可以上漆),将触控传感芯片的一个检测引脚直接连接到风扇罩上。

2) 人手接触或靠近风扇罩时,电容触控传感芯片给MCU发送一信号,信号可以是高、低电平或其它通信方式。

3) MCU检测到电容触控传感芯片发出的信号,进行逻辑处理,然后对电机控制器进行操作,让电机立即停止转动。

 

3.1本方案所要解决的技术问题

1)产品的灵敏度要高,不能是整个手掌都贴到风扇罩上,才触发感应器,必须是当一个手指接触到风扇罩,也能触发触控传感芯片。 

2)产品的环境适应性要强,不能误操作。产品必须能够自动适应环境的变化,包括温度、湿度的变化。

3.2本方案的关键技术点

1)感应器的选择

       由于风扇网罩是金属的,适合做触控传感芯片的感应器,而且是人们最容易接触的地方,所以本方案采用电风扇的金属罩当做感应器的,直接连接到触控传感芯片的检测引脚上。

 

2)信息的采集

   触控传感芯片实时对感应器进行采样,人手或金属物没有接触网罩时的采样值为C1(量化单位),接触时的采样值为C2。实际变化情况会如下图

所示。

 

 

 

 

从上图可以看出,人手或金属物没有接触网罩时,采样值很稳定,在很小的范围内波动。当人手或金属物逐渐靠近网罩时,采样值逐渐上升。触控传感芯片通过判断C1C2的差值Δ来判断人手或金属物是否接触,Δ大于设定的阈值则认为人手或金属物接触到网罩,否则没有接触。触控传感芯片不是一检测到Δ大于设定的阈值就给MCU发信号,必须是连续几个采样,Δ都大于设定的阈值才通知MCU有人手或金属物已经接触到网罩,以防外界的瞬间干扰,造成误触发。

关于C1C2的差值Δ有一点需要注意的是:由于风扇网罩的直径一般在40CM左右,比较大,它上面的寄生电容比较大,当人手或金属物靠近或接触时,触控传感芯片检测引脚上的电容(采样值的大小和电容容值成正比关系)变化量会比较小,得到的Δ会比较小,所以触发阈值不宜设置的过大,以防出现灵敏度过低的情况。

3)信息的传送

触控传感芯片检测到人手或金属物接触时,将信息发送给主MCU。通信方式可以是IO口通信方式,IO口平时为高电平,当人手或金属物接触风扇罩的时候,为低电平;也可以是其它通信方式(I2CUART都可以),只要按照约定的协议通信即可。

4)信息的处理

    MCU按照跟触控传感芯片约定好的通信方式和协议实时跟触控传感芯片保持联系,一检测到触发信息(触控传感芯片发的人手或金属物接触风扇罩的信息),立即操作电机控制设备,让电机停止转动。

3.3本方案产生的有益效果

  1)成功防止人手或金属物插入到风扇罩里时导致的危险发生,起到安全保护的作用。

  2)灵敏度高,采用专用的电容触控传感芯片一个手指接触到风扇罩时,都可以触发检测设备,能够满足不同类型的风扇应用需求,提升智能检测科技产品的商业实用价值。

 

所属类别: 技术文章

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