觸立停風(fēng)扇上使用的人體接觸檢測傳感技術(shù)
簡稱:觸立停
說明：如何何護(hù)你的孩子？是方案的最佳創(chuàng)意，集“人性化”及對孩童呵護(hù)與設(shè)想，只要人體靠近風(fēng)扇50CM以內(nèi),風(fēng)扇電機(jī)立即停止工作，當(dāng)人體移出安全距離風(fēng)扇自動啟動。
特點(diǎn):全安距離可按要求調(diào)式,最高有效檢測距離可達(dá)50CM
1.摘要
本方案主要用于風(fēng)扇類電器產(chǎn)品，傳統(tǒng)風(fēng)扇的電機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，由于缺乏感應(yīng)檢測機(jī)制，人手或其它金屬物插入風(fēng)扇罩里時(shí)，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，及其危險(xiǎn)，由此設(shè)計(jì)一套傳感檢測方案就非常有意義了，當(dāng)人手或其它金屬物插入或接觸到風(fēng)扇罩時(shí)，風(fēng)扇電機(jī)要立即停止轉(zhuǎn)動，將危險(xiǎn)降到最低。
為了解決該問題，提出了一種人體接觸檢測控制方案，通過專用的電容觸控芯片，將感應(yīng)器直接和產(chǎn)品外殼相連或安裝在人容易接觸的地方。觸控傳感芯片時(shí)刻檢測感應(yīng)器的情況，當(dāng)人手接觸或靠近感應(yīng)器時(shí)，觸控傳感芯片發(fā)一個信號給主控MCU，主控MCU收到信號后立即操作電機(jī)控制器，讓電機(jī)立即停止轉(zhuǎn)動。
★2.本技術(shù)方案的詳細(xì)描述
1) 通過專用的電容觸控芯片，采用它固定時(shí)間充放電的技術(shù)，在單位時(shí)間內(nèi)獲取電容充放電的Ａ／Ｄ量化信號，實(shí)現(xiàn)電容容值變化的檢測。通過判斷感應(yīng)器容值的變化，來判斷有無人手接觸。這里的感應(yīng)器選擇風(fēng)扇的金屬罩（可以上漆），將觸控傳感芯片的一個檢測引腳直接連接到風(fēng)扇罩上。
2) 人手接觸或靠近風(fēng)扇罩時(shí)，電容觸控傳感芯片給MCU發(fā)送一信號，信號可以是高、低電平或其它通信方式。
3) MCU檢測到電容觸控傳感芯片發(fā)出的信號，進(jìn)行邏輯處理，然后對電機(jī)控制器進(jìn)行操作，讓電機(jī)立即停止轉(zhuǎn)動。
★3.1本方案所要解決的技術(shù)問題
1）產(chǎn)品的靈敏度要高，不能是整個手掌都貼到風(fēng)扇罩上，才觸發(fā)感應(yīng)器，必須是當(dāng)一個手指接觸到風(fēng)扇罩，也能觸發(fā)觸控傳感芯片。
2）產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性要強(qiáng)，不能誤操作。產(chǎn)品必須能夠自動適應(yīng)環(huán)境的變化，包括溫度、濕度的變化。
★3.2本方案的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)
1）感應(yīng)器的選擇
由于風(fēng)扇網(wǎng)罩是金屬的，適合做觸控傳感芯片的感應(yīng)器，而且是人們最容易接觸的地方，所以本方案采用電風(fēng)扇的金屬罩當(dāng)做感應(yīng)器的，直接連接到觸控傳感芯片的檢測引腳上。
2）信息的采集
觸控傳感芯片實(shí)時(shí)對感應(yīng)器進(jìn)行采樣，人手或金屬物沒有接觸網(wǎng)罩時(shí)的采樣值為C1（量化單位），接觸時(shí)的采樣值為C2。實(shí)際變化情況會如下圖所示。
從上圖可以看出，人手或金屬物沒有接觸網(wǎng)罩時(shí)，采樣值很穩(wěn)定，在很小的范圍內(nèi)波動。當(dāng)人手或金屬物逐漸靠近網(wǎng)罩時(shí)，采樣值逐漸上升。觸控傳感芯片通過判斷C1和C2的差值Δ來判斷人手或金屬物是否接觸，Δ大于設(shè)定的閾值則認(rèn)為人手或金屬物接觸到網(wǎng)罩，否則沒有接觸。觸控傳感芯片不是一檢測到Δ大于設(shè)定的閾值就給MCU發(fā)信號，必須是連續(xù)幾個采樣，Δ都大于設(shè)定的閾值才通知MCU有人手或金屬物已經(jīng)接觸到網(wǎng)罩，以防外界的瞬間干擾，造成誤觸發(fā)。
關(guān)于C1和C2的差值Δ有一點(diǎn)需要注意的是：由于風(fēng)扇網(wǎng)罩的直徑一般在40CM左右，比較大，它上面的寄生電容比較大，當(dāng)人手或金屬物靠近或接觸時(shí)，觸控傳感芯片檢測引腳上的電容（采樣值的大小和電容容值成正比關(guān)系）變化量會比較小，得到的Δ會比較小，所以觸發(fā)閾值不宜設(shè)置的過大，以防出現(xiàn)靈敏度過低的情況。
3）信息的傳送
觸控傳感芯片檢測到人手或金屬物接觸時(shí)，將信息發(fā)送給主MCU。通信方式可以是IO口通信方式，IO口平時(shí)為高電平，當(dāng)人手或金屬物接觸風(fēng)扇罩的時(shí)候，為低電平；也可以是其它通信方式（I2C或UART都可以），只要按照約定的協(xié)議通信即可。
4）信息的處理
主MCU按照跟觸控傳感芯片約定好的通信方式和協(xié)議實(shí)時(shí)跟觸控傳感芯片保持聯(lián)系，一檢測到觸發(fā)信息（觸控傳感芯片發(fā)的人手或金屬物接觸風(fēng)扇罩的信息），立即操作電機(jī)控制設(shè)備，讓電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。
★3.3本方案產(chǎn)生的有益效果
1）成功防止人手或金屬物插入到風(fēng)扇罩里時(shí)導(dǎo)致的危險(xiǎn)發(fā)生，起到安全保護(hù)的作用。
2）靈敏度高，采用專用的電容觸控傳感芯片一個手指接觸到風(fēng)扇罩時(shí)，都可以觸發(fā)檢測設(shè)備,能夠滿足不同類型的風(fēng)扇應(yīng)用需求，提升智能檢測科技產(chǎn)品的商業(yè)實(shí)用價(jià)值。
從上圖可以看出，人手或金屬物沒有接觸網(wǎng)罩時(shí)，采樣值很穩(wěn)定，在很小的范圍內(nèi)波動。當(dāng)人手或金屬物逐漸靠近網(wǎng)罩時(shí)，采樣值逐漸上升。觸控傳感芯片通過判斷C1和C2的差值Δ來判斷人手或金屬物是否接觸，Δ大于設(shè)定的閾值則認(rèn)為人手或金屬物接觸到網(wǎng)罩，否則沒有接觸。觸控傳感芯片不是一檢測到Δ大于設(shè)定的閾值就給MCU發(fā)信號，必須是連續(xù)幾個采樣，Δ都大于設(shè)定的閾值才通知MCU有人手或金屬物已經(jīng)接觸到網(wǎng)罩，以防外界的瞬間干擾，造成誤觸發(fā)。
關(guān)于C1和C2的差值Δ有一點(diǎn)需要注意的是：由于風(fēng)扇網(wǎng)罩的直徑一般在40CM左右，比較大，它上面的寄生電容比較大，當(dāng)人手或金屬物靠近或接觸時(shí)，觸控傳感芯片檢測引腳上的電容（采樣值的大小和電容容值成正比關(guān)系）變化量會比較小，得到的Δ會比較小，所以觸發(fā)閾值不宜設(shè)置的過大，以防出現(xiàn)靈敏度過低的情況。
3）信息的傳送
觸控傳感芯片檢測到人手或金屬物接觸時(shí)，將信息發(fā)送給主MCU。通信方式可以是IO口通信方式，IO口平時(shí)為高電平，當(dāng)人手或金屬物接觸風(fēng)扇罩的時(shí)候，為低電平；也可以是其它通信方式（I2C或UART都可以），只要按照約定的協(xié)議通信即可。
4）信息的處理
主MCU按照跟觸控傳感芯片約定好的通信方式和協(xié)議實(shí)時(shí)跟觸控傳感芯片保持聯(lián)系，一檢測到觸發(fā)信息（觸控傳感芯片發(fā)的人手或金屬物接觸風(fēng)扇罩的信息），立即操作電機(jī)控制設(shè)備，讓電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。
★3.3本方案產(chǎn)生的有益效果
1）成功防止人手或金屬物插入到風(fēng)扇罩里時(shí)導(dǎo)致的危險(xiǎn)發(fā)生，起到安全保護(hù)的作用。
2）靈敏度高，采用專用的電容觸控傳感芯片一個手指接觸到風(fēng)扇罩時(shí)，都可以觸發(fā)檢測設(shè)備,能夠滿足不同類型的風(fēng)扇應(yīng)用需求，提升智能檢測科技產(chǎn)品的商業(yè)實(shí)用價(jià)值。