电容触摸式汽车中控面板的关键技术

电容触摸式汽车中控面板的关键技术

胡云霞 ,张双双 ,潘贻静

浙江长江汽车电子有限公司 浙江温州 325000

摘要：电容触摸的工作原理是利用电极材料与被测对象之间形成电荷差而产生电效应，在该过程中，其具有良好的稳定性和高精度。它可以实现非接触、无磨损、耐腐蚀等特殊用途。目前国内市场对电容器行业进行了大量研究工作，并取得一定成果；但随着汽车技术的发展，人们生活水平提高后需求量也越来越大。电容触摸式产品应运而生并且快速增长且前景十分广阔。本文主要介绍基于电容触控面板的关键技术。

关键词：电容触摸式汽车；中控面板；关键技术

引言

  电容触摸式的汽车中控面板是一个非常重要的部件，主要负责与外部环境接触，并且还能够进行对外界信号传输，所以它在整个系统中是不可缺少。其最基础的是电容传感器和单片机这两个器件。其中电容器一般都是采用半导体材料制成，具有耐腐蚀的特点。

一、电容触摸式汽车中控面板的原理

（一）电容触摸式中控面板简介

  电容触摸式中控面板是一种结构比较简单，而且在操作时也相对容易控制的机械装置，它主要由两个大带电转轴组成［1］。其中一个轴安装于主电机转子上。另外一个小齿轮与电机主轴相连接；驱动端连接至输入端的齿板、传动部分等零部件均可使用此元件来实现对电容位置及大小进行调整的功能，且此元件的工作电压在5V～10V之间。电容触摸式中控面板可以对输入和输出部分进行控制，它是一种比较先进实用的电子仪器。可以控制小齿轮啮合机构来调节两个电机转速。

（二）电容触摸基本原理

  电容触摸式的工作原理是利用电极材料表面具有一定形状和大小变化的电荷在与物体接触时发生位移，这种现象被称为载流子效应，其主要包括两个部分：一个为电场作用下产生电流；另一个则相反于交变电磁场［2］。当负载触碰到不同材质或尺寸、质量较大小孔径及导热率较高的金属电极后就会出现电压。电容触摸式系统结构简单且工作稳定。电容触摸式的优点在于它可以在短时间内将电极材料的能量转化成机械能，并且这种转换速度也很快。但是由于其成本较高，且工作过程中可能会出现故障。

（三）车控面板的功能

  车控面板是集成各项人机交互的中央控制模块，包括了各项模块的开关控制，相较于传统的分离式的车载人机交互模块，有着集成度高成本低的优势。随着客户汽车电子化的趋势，汽车中控面板已经成为设计的主要转折点。中控面板覆盖很多汽车人机交互的要求。随着用户的经验和设计不同性的需求越来越大，汽车人机交互系统将达到了一个新的高度。而中控面板，这一集成了各项功能的设备，将大大满足其汽车的人机交互信息的要求，成为人机交互最大的媒介。传统中控面板主要安置于汽车内部的中央位置，即驾驶员右前方。其主要功能为显示并且控制车载信息娱乐，包括CD、DVD以及导航等，也包括了空调控制功能。中控面板是车载系统内进入以上系统所必需的装置，大大加强了行车过程中用户的驾驶体验和操控乐趣。

二、电容式触摸中控面板的设计

（一）电容传感器芯片的选型

  电容传感器是一种能够将输入信号转换成另一个输出的装置。它可以把模拟量变成了数字电平。在不同的环境下，对其要求也不一样。一般情况，当外界条件发生变化时，就需要采用特定元件来控制电路和器件工作状态；而要想获得比较准确又稳定可靠的测量结果，则必须使用合适、快速而且可扩展性强且寿命长的系统。电容传感器是一种利用压电晶体为敏感材料制成的一种新型半导体传感器。它的优点是：体积小、质量轻，响应速度快，抗干扰力强，能在一些特殊环境中工作［3］。电容传感器根据其用途不同可分为电阻式和非晶硅式。而按照输出信号频率是否可以区分又有以下几点类型：分别为低频、高频以及更多的其他类别等几种形式，本设计选择了低幅纹波输入单片机作为电容传感器芯片。

（二）电容触摸模块硬件设计

  电容触摸式中的核心是单片机，它是由一个电阻R和一个纵接再加上多个电源ECU组成。电阻R2用于测量电路输入端，两个电压间有一定阻值的电压信号之间所产生出来大小相等而符号相反，方向不同程度的变化；A/D转换器将采集到的是模拟量并进行处理后，得到数字化输出波形，与当前储存数据相对应，并将此数字量输入到单片机中，由程序处理后输出低电平。模拟模块处理的是模拟信号，它由若干的可以自由配置的功能部分组成，其中包括以下几块：放大器：提供了放大器最为简单的放大信号功能。模数转换器：由模拟信号转换为数字信号。数模转换器将数字信号转换为模拟信号。比较器：与参考电平进行电压的比较，输出对应信号值。峰值检测器：检测峰值的幅度。乘法数模转换器 分辨率可以是6到9位。调制器：可以自由调制信号。

（三）电容触摸模块软件设计

  电容触摸式系统的软件设计，主要是对输入程序和输出格式进行了编程。在输入程序中，首先要实现的是键盘扫描功能。按键按下时，就可以利用单片机I/O口发送脉冲信号给驱动模块来完成；然后通过串行通信线把数据发送给显示部分，并同时显示相应位置信息；当按键被执行完以后，再继续按照指令的要求去执行下一个循环语句之后，才开始对输出参数进行计算和处理操作等程序，最后在显示屏上选择对应输入值。在程序设计中，采用了模块化的结构，将软件进行分解后分为多个小部分。每个独立功能块都有其相应的函数。其中一个子程序可以完成多种任务。

三、电容触摸中控面板的实验验证

（一）硬件组装

  硬件组装的主要目的是保证各元器件之间能够正常工作。触摸屏和单片机系统焊接完成后，要对整个电路板进行全面检查，看看是否有漏焊、短路等情况；同时也应该注意一下PCB线有没有虚焊或者其他不良现象出现，并及时更正错误；其次，用万用表检测各个引脚的电平变化，以确保不会产生断接或接触不良。在焊接元器件时，应该注意元件极性和正确接地。如果有较多的引脚，则要小心检查是否虚焊，如发现异常情况应及时更正。在焊接过程中，要注意元器件的引脚有可能由于接触了氧化膜而造成损坏。如果出现这些情况应及时更换。在焊接元器件时要注意各引脚的电位，防止发生短路情况。

（二）基本功能调试

  在整个触摸屏的功能调试过程中，首先要检查各个电路之间是否存在短路、断电等情况；其次是需要将所有元器件都焊接于正确位置后进行测试。把液晶显示器和单片机芯片放在一起时，可以正常显示出当前所需数据。如果不成功，则可能出现屏幕上有很多元件由于没有接地或者连接错误导致的问题，所以要检查各个部分是否存在短路断电等情况；在对电容触摸式中控面板的功能进行测试时，首先要检查每个元器件是否都正常工作。如果发现损坏或不能使用，则需要更换或者重新。然后再检测一下电源线与地线之间并排连接处有没有短路现象发生；如有上述问题，立即停止供电后，再次通电，直至无异常之后，继续判断是单片机内部还是PFC外部设备还是由其芯片控制的电路是不是正确工作，最后再检查整个触摸显示板是否正常运行，如果出现了故障就对该部分进行修改最终达到预期效果。

结语

  本论文主要是通过对电容触摸式汽车中控面板的关键技术进行了分析，并提出了一些改进方法，通过这些来改善整个系统的性能。电容触摸式汽车中控面板的设计虽然是一项非常复杂的工作，但是它不仅是简单地实现了几项功能，同时还要达到我们想要完成的工作内容和所要求的效果。

参考文献：

[1]付涛.机器人自动化控制在白车身总拼中的应用分析[J].内燃机与配件，2021（07）：222-223.

[2]王成岩.汽车性能检测中智能检测技术的应用研究[J].时代汽车，2021（01）：169-170.

[3]赵连丰.汽车制造领域中电气自动化系统的应用[J].内燃机与配件，2021（11）：235-236.

个人简介：姓名：胡云霞；出生年月：1985年12月 ；性别：女；籍贯：浙江温州；民族：汉；学历：本科；