1 應(yīng)用簡報

用于家用電器的三種位置感測解決方案

包含活動器件的消費類產(chǎn)品已經(jīng)從純機械產(chǎn)品轉(zhuǎn)變成通過集成電路 (IC) 實現(xiàn)電子控制的機電產(chǎn)品。以逐步改進的洗衣機為例，它最初非常簡單，就是一根棍棒，或者說一根槳狀的棍棒，通過在河中的巖石上捶打衣物來去除衣物上的污垢。中世紀以來，洗衣機已經(jīng)從棍棒演變成了洗衣桶和洗衣板，后來又增加了絞水桶，接著洗衣桶和絞水桶又實現(xiàn)了電動化，最終在 1947 年轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃朴诂F(xiàn)今產(chǎn)品的自動洗衣機。

現(xiàn)今的電器使用許多類型的傳感器來測量水位、旋鈕選擇器和溫度等。自 1990 年微控制器 (MCU) 問世后，人們可以收集電器上的傳感器信息，并根據(jù)這種新數(shù)據(jù)集做出明智的決策。例如，在旋轉(zhuǎn)周期，當振動導致衣物轉(zhuǎn)移到內(nèi)筒一側(cè)時，MCU 以振蕩運動緩慢地轉(zhuǎn)動內(nèi)筒，直到衣物均勻分布，然后再繼續(xù)高速旋轉(zhuǎn)。這樣可防止洗衣機及周圍物件受到損壞。

本文介紹了借由霍爾效應(yīng)和電感式位置傳感器實現(xiàn)的三種感測創(chuàng)新技術(shù)，可以提升功能、可靠性、精確度和系統(tǒng)靈活性。

感測解決方案 1 – 增加布局靈活性的旋轉(zhuǎn)編碼

在洗衣機和烘干機中，旋轉(zhuǎn)編碼決定轉(zhuǎn)筒的速度和方向，這些信息對于 MCU 管理不同的洗衣模式和旋轉(zhuǎn)周期非常重要。與采用兩個霍爾效應(yīng)鎖存器的傳感器相比，通過集成了真正 2D 鎖存器的單一器件來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)編碼，可以實現(xiàn)更靈活的傳感器布局。2D 鎖存器能夠監(jiān)視所有三個靈敏度軸，使設(shè)計人員可根據(jù)磁體方向選擇具有兩個方向靈敏度的特定器件。如果沒有上述功能，兩個單獨的傳感器會給系統(tǒng)設(shè)計帶來挑戰(zhàn)，因為在一些情況下，需要將一個傳感器朝向一個方向，另一個傳感器朝向另一個方向。

盡管旋轉(zhuǎn)編碼并不是什么新的概念，但是能夠?qū)?IC 放置在最方便的位置仍舊是很多雙鎖存器霍爾效應(yīng)傳感器所不具備的一項優(yōu)勢。此外，通過板載 2D 鎖存器可以進一步提高環(huán)形磁極寬度的靈活性，如圖 1 中所示。請查看 TMAG5110 和 TMAG5111，這些雙路 2D 鎖存器可以輕松靈活地提供數(shù)字正交簽名。

圖 1 采用環(huán)形磁體和各種傳感器布局實現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)編碼

感測解決方案 2 – 具有力檢測功能的觸控按鈕

通常情況下，家用電器的工作環(huán)境不太干凈。對于容易發(fā)生食物溢濺（爐灶臺面）和油脂堆積（抽油煙機）的環(huán)境，密封的觸控按鈕將是理想的設(shè)計。電感技術(shù)間接且非常準確地測量傳感器線圈到金屬觸控按鈕的距離，是此用例的理想選擇，因為它可以使用實心金屬片來制作觸控按鈕，從而將外界環(huán)境與傳感器隔離開來。這項技術(shù)具有能夠測量微米范圍內(nèi)目標的固有功能，因此可以實現(xiàn)非常精確的力檢測，除了簡單的開/關(guān)之外，還提供其他按鈕功能。圖 2 顯示了如何利用電感技術(shù)實現(xiàn)無縫界面。

圖 2 用于觸控按鈕
的電感式感測技術(shù)

電感式感測技術(shù) (LDC3114) 提供以下優(yōu)勢：

• 與惡劣的外部環(huán)境完全隔開
• 非接觸式感測，可靠性高
• 防油液、油脂和水滲透，性能不打折扣
• 即使用戶佩戴手套，功能體驗始終如一
• 經(jīng)久耐用，因為傳感器會自主調(diào)節(jié)來適應(yīng)磨損、誤觸和環(huán)境變化
• 能夠使用一片不銹鋼實現(xiàn)多個觸控按鈕
• 通過壓感觸控來實現(xiàn)額外的觸控按鈕功能