家电触摸屏控制面板设计的新方案

“攻下海尔，就等于拿到了进入中国家电制造业的一块敲门砖。”6月9日，山东青岛，设计精巧别致的海尔大学内，同样匠心独具的赛普拉斯 CapSense电容式触摸感应技术吸引了众多海尔的研发人员。在赛普拉斯半导体公司(以下简称Cypress)北京办事处组织的此次名为“海尔日”的技术研讨会上，Cypress的技术人员显得十分兴奋。

“经过近两年时间的考验，CapSense终于得到了海尔的认可。”Cypress北中国区域经理王锦锁说。而直接负责海尔各类产品开发和技术支持的Cypress代理商富昌电子(FutureElectronics)市场经理彭守明则对《电器》记者表示，目前仅用在海尔洗衣机上的CapSense已经实现了每月1000片的出货量。据介绍，Cypress与海尔合作的其他项目还包括微波炉(已量产)、电热水器(已量产)和吸油烟机(研发中)等。

性能更优异

“在触摸式按键设计方面，海尔也接触过很多供应商和解决方案。”刚参加完技术交流的海尔研发推进本部科技公司开发部工程师姜德志介绍说，“每种产品的设计都选择了三种以上的方案进行整机试验，最终留下了我们认为综合性能最优的。”

根据Cypress提供的资料，CapSense电容式触摸感应技术是Cypress使用PSoC芯片开发的，用于触摸式按键、触摸式滚动条(Slider)、触摸式平板(Touchpad)的触摸感应技术。而PSoC是由Cypress推出的具有数字和模拟混合处理能力的“可编程片上系统” 芯片，它集成了一个8位MCU、可编程模拟模块、可编程数字模块和FlashMemory等。这使得它可以很容易地实现电容式触摸感应功能，仅需少量的几个外置分立元件，可以将每一个通用的I/O都配置为电容感应输入。据王锦锁介绍，这一芯片开发出来已经三年，推出了多个系列的产品，在苹果公司IPod上的使用，令PSoC有了质的飞跃，而Cypress目前正在推广它在家电和消费类电子产品上的应用。

CapSense就是利用PSoC的特殊资源，根据电容感应的原理和松弛震荡器的技术实现触摸感应。与其他触摸感应技术不同的是，CapSense几乎不需要外围元件，每一个按键的灵敏度可单独调整，一个芯片可同时实施多个触摸式按键和触摸式滚动条。因此可用于各种家电产品代替传统的轻触按键和薄膜键盘。

据了解，当前有多种触摸屏技术，如电阻膜传感和电场传感等，每种都有其优点和缺点。最流行的传感技术是电阻膜传感，它的基本结构是两块导电电阻板被一个空间所分开。这种传感技术的一个缺点就是，它依赖于膜的弹性属性感知接触压力消除状态。薄膜的弹性会逐渐减弱进而导致传感器不能使用。而在电场传感中，系统通过天线发射出一个弱电场，然后从一个或者多个接收器检测电流变化。实际系统中需要有多个收发器，而这会导致基于电场传感的系统成本增加。

电容传感器则是很简单的一对相邻极板(电极)。当一个导体(如手指)接近这些电极时，在这些电极和导体之间就会产生电容。最常见的电容传感器阵列就是一组电容，每个电容的一侧都接地。导体的出现增加了开关与接地之间的电容容量，这样只需要检测电容的变化就可以知道哪个传感器被激活了。

而基于PSoC的电容传感器，通过在PSoC内部搭建电路并用内建8位MCU的程序来控制电路的运作，就可以把电容的变化转化成计数值的变化，进而转化成按键动作所需要的开关量。这种架构和Cypress开发的一些特殊算法，可以帮助设计人员将多个电容传感设计元素集中到一个应用中，从而利用集成电路中的同一个器件，就可以同时支持按钮、滑动器、触摸板、触摸屏以及接近检测器。

因此，应用Capsense的家电产品触摸屏控制面板，由于不需要机械结构，不但使用寿命可以大大延长，而且为工业设计师们在用户操作界面上留下了广阔的想象空间。因为电容式开关可以隐藏在一块完整的表面下边，不需要像机械按键那样需要预留机械部件运动的空间。

开发更灵活

“与Cypress合作开发产品也不是一两次就成功了。”海尔洗衣机产品本部技术发展部部长许升说。

由于洗衣机产品的工作环境恶劣，对控制面板的防潮、防高温、抗振等性能要求都比较苛刻。除此之外，3C化的家电产品还要考虑可能受到手机等信号干扰的问题，可以说，在开发电容式触摸感应按键产品上，洗衣机比热水器、微波炉、吸油烟机、电磁炉和冰箱等产品都要复杂。而Cypress也是第一次接触白色家电产品的开发工作，对很多问题并不熟悉。“发现问题后，Cypress和富昌电子的技术人员协助我们不分昼夜地解决，这才保证了产品的最终成功。”许升说。

“产品内部功能通过软件调整实现，这种技术开发模式还是有特殊性的。”姜德志说。海尔的技术人员建造了一个干扰模型，“大电流、小电流和控制信号等，都需要怎么隔离，才能不互相干扰”，把每一种可能出现的干扰情况都设计在其中，然后让PSoC依据模型逐个解决这些问题。经过多次试验，其他供应商的方案在防潮、抗振和抗干扰方面的性能显得不如CapSense好，因此海尔最终选择了Cypress。而Cypress之所以能够快速调整产品性能，满足海尔的要求，与PSoC灵活的代码编辑功能不无关系。原来，PSoC内部有几种预先设计好的电容感应用户模块，用户模块可以看作是硬件电路配置与软件库函数(API)的集合，用户所需要做的就是在PSoC开发环境(PSoCdesigner)中将用户模块配置到数字和模拟阵列中，开发环境会自动生成硬件寄存器配置及库函数，剩下的工作就是一些用户模块参数的调整，以及应用代码的编写。整个开发过程非常直观、流畅，对于有嵌入式系统开发经验的工程师来说，很快就会得心应手。

通俗一点说就是，海尔的研发人员只要提出产品应用想要实现的功能，PSoC就能根据这些定义的功能自动处理，完成设计，而不需要半导体供应商重新开发芯片。这样就大大节省产品开发时间和成本，也加强了设计与应用的匹配性。PSoC和CapSense的灵活性使设计人员可以跨平台操作并且快速适应设计变化。

所有的校准工作都是通过简单易用的、图形开发环境的软件来实现的。因为PSoC具有高度可配置性，所以在具体应用发生变化时不需要移植到其他器件。

此外，通过PSoC的数字和模拟资源，非CapSense应用也可以轻松地完成。可以使用PSoC扫描开关，并使用激活状态驱动LED、控制马达、驱动扬声器等。所以姜德志说，触摸按键功能只是海尔与Cypress合作的一个开始。[!--empirenews.page--]

据他介绍，海尔A8热水器目前就应用了CapSense，并且“很好地解决了高温的问题”，而“冰箱也有少量应用CapSense的产品投放市场”。姜德志说：“从长远看，这是解决附加智能操作问题的理想方案。”

许升则介绍说，下一步双方还将共同研究在洗衣机上的改进方向，争取在连续工作和动态滑动方面有所突破。“其实，海尔即将推出配置动态滑动控制面板的产品了。”

市场有前景

“我们在北京、上海和广州等城市进行了市场调查，对于新触摸屏的产品，消费者普遍反映感觉上比一般产品档次有所提高，他们愿意因此为产品多支付200 元。”许升说。据他介绍，新型触摸按键的海尔不用洗衣粉洗干一体机市场售价在1万元左右，这款洗衣机还获得了红点家电设计大奖。而除了这款定位高端的产品，海尔还推出了2000元至3000元的中端价位产品来满足消费者的需求，许升表示，“随着成本的降低，新产品比例会不断加大”。

对于应用CanSense的成本问题，海尔只是表示“是双方都认为合理的价格”。据介绍，在洗衣机产品中，所有的电子器件成本约占总成本的30%至 40%。《电器》记者了解到，CanSense的芯片售价只有不到2美元，而且由于其特殊强大的功能，家电产品的控制面板只需要一块芯片就能实现所有按键控制的功能，这是很多其他方案不能达到的，所以综合成本反而比应用多个芯片的方案要低。

“我们的产品可以有效地帮助家电厂商摆脱价格战。”王锦锁说。而且，电容式触摸感应技术很符合人性化潮流。“最大的感应距离可达到30厘米，我们完全可以实现出当用户走近冰箱或其他家电产品，不需要接触，控制面板就自动亮起来。”王锦锁说，这样的产品一定会让人觉得非常与众不同。

“海尔是全球首家在波轮洗衣机上使用CanSense触摸式按键的企业，欧洲有一家企业正在研发当中。”许升说，“目前我们还没有出口产品，但是不排除下半年可能会有。”他还介绍说，目前海尔已经生产了10多万台CanSense触摸式按键洗衣机，而去年海尔洗衣机销量达700万台，今年则计划实现800 万台。