應用簡報

什么是汽車 HMI？

現代車輛可通過多個不同設置來控制中央控制臺，從而控制音樂、氣流或集成 GPS。人員與這些控件交互所用的按鈕、旋鈕或方法均歸類為人機界面 (HMI)。新車的 HMI 區域包括中央控制臺、方向盤、車窗控制等。

不同技術

車輛中的不同 HMI 需求可以通過多種方式實現。就按鈕或開關而言，您可以使用機械開關、電容式觸控按鈕、電感式觸控按鈕、磁性開關或鎖存器，也可以將按鈕集成在中央控制臺顯示屏上。每種實現方式的優勢各不相同，因此必須考慮按鈕的用例和所需的觸感。對于電容式或電感式觸控按鈕等實現方式，需要實施觸覺或機械反饋以實現所需的按鈕觸感。將這些元素添加到設計中很容易，但需要預先考慮按鈕的預期觸感。

車輛中的旋鈕可以通過電位器、旋轉編碼器或霍爾效應傳感器來實現。旋轉編碼器本身甚至可以通過多種不同技術實現，包括機械接觸式編碼器、磁性編碼器或電感式編碼器等。

傳統 HMI 應用的一個常見問題是磨損。在電路中使用機械接觸的任何實現都可能存在磨損問題。由于車輛中有許多不同的 HMI 點，減少潛在的故障點可以在系統壽命內減少所需的維修次數，從而實現更好的用戶體驗。這就是許多人考慮使用更強大的替代技術的原因。

電感式觸控按鈕

采用電感感應技術實現的觸控按鈕具有無縫觸控表面，可感應按壓力，同時防塵、防碎屑并且不易損壞。電感式觸控按鈕基于電感式傳感器線圈和金屬目標之間的耦合來實現這一點。當金屬目標彎曲或向傳感器移動時，線圈上的電感會發生變化，并可用于確定按鈕按下事件。

圖 1-1 電感式觸控組件

金屬的運動會導致電感發生變化，因此按鈕性能不受佩戴手套、灰塵和污垢等因素的影響。與一些電容式按鈕實現不同，無需將金屬目標接地即可提供一致的性能。諸如 LDC3114-Q1 之類的器件甚至包含一個按鈕算法，該算法具有發生按下事件時發出信號的數字輸出。借助該算法，按鈕在環境變化（例如溫度變化和按鈕表面損壞）的情況下可以繼續工作。與電容器配合使用時，TI 的 LDC 技術可感應電感器線圈的諧振頻率。因此，電感式觸控按鈕也不受附近直流磁場的影響。更多有關電感式觸控按鈕的信息，請參閱德州儀器 (TI) 的以下參考資料：

• LDC 器件選型指南
• 采用 LDC 的電感式檢測應用的傳感器設計
• 《LDC 目標設計》
• 用于 HMI 的電感式觸控按鈕的設計注意事項
• 電感式觸控 – 配置 LDC2114 和 LDC3114 觸控按鈕靈敏度
• LDC211x 和 LDC3114 內部算法功能
• LDC2112、LDC2114 適用于 HMI 按鈕應用的電感觸控系統設計指南
• 適用于防水、防噪 HMI 應用的電感式觸控不銹鋼鍵盤參考設計
• 電感觸控和磁旋鈕非接觸式用戶接口參考設計

霍爾效應基礎知識

霍爾效應傳感器可分為三種不同類型：開關、鎖存器和線性傳感器。開關和鎖存器基于被感應磁場提供數字輸出，而線性器件通過模擬輸出或器件寄存器提供有關磁場強度的信息。線性傳感器可能對磁場的一個、兩個或全部三個軸敏感，具體取決于器件。每種類型都有其優勢，可以根據所需的用例加以利用，但也有一些共同的優勢。使用霍爾效應傳感器可以為應用帶來高精度和準確度，并且由于具有高靈敏度選項，因此可以使用小磁體。對于不需要快速采樣率的 HMI 等應用，也可以使用低功耗霍爾效應傳感器來降低系統中的電流消耗。有關霍爾效應傳感器基礎知識和常見應用的更多信息，請參閱霍爾效應傳感器簡介 產品概述。

霍爾效應翹板開關

翹板開關被定義為具有三種狀態，即打開、關閉和介于兩者之間的靜止狀態。此類開關在不用于交互的情況下會返回到靜止位置，在汽車領域可有多種應用，例如車窗控制、巡航控制或收音機音量控制。在此應用中使用霍爾效應傳感器可減少系統中的機械觸點數量，從而通過減少磨損來提高耐用性。此應用甚至可以利用低功耗霍爾傳感器來降低電流消耗。實現此方法的一種方式是將磁體連接到翹板開關，并使用霍爾傳感器來確定開關是主動處于位置 1、位置 2 還是處于兩個位置中間的休眠狀態。將兩個傳感器用于主動位置，可以通過任一主動位置上缺少輸出來確定中性位置。有關使用霍爾傳感器實現翹板開關的更多信息，請參閱具有霍爾效應開關的 HMI 翹板開關 應用手冊。