Tôi dự định sử dụng một vi điều khiển có tích hợp chức năng cảm ứng điện dung cho ứng dụng này. Bề mặt cảm ứng có đường kính khoảng 2 cm và khoảng cách phát hiện yêu cầu là khoảng 10 cm khi lòng bàn tay tiếp cận. Thương hiệu vi điều khiển nào có tính năng cảm ứng điện dung cung cấp độ nhạy phát hiện tốt hơn?
Anh bạn, muốn làm cảm ứng không chạm 10cm với PAD 2cm? Về mặt nguyên lý vật lý thì điều này hơi vi phạm quy luật thường lệ. Ở khoảng cách 10cm, sự thay đổi điện dung do ngón tay tạo ra cực kỳ nhỏ (có thể chỉ ở cấp aF), trong khi PAD của bạn chỉ 2cm, trường điện ở mép根本 phát đi xa được đến vậy. Ngay cả khi bạn điều chỉnh độ nhạy lên mức tối đa, chỉ cần nhiệt độ, độ ẩm môi trường thay đổi hoặc có thiết bị công suất lớn đi ngang qua là sẽ kích hoạt nhầm.
Nếu nhất định phải dùng vi điều khiển có sẵn mà không dùng thêm mạch phụ, hãy chọn dòng PSoC của Cypress (hiện đã được Infineon mua lại) một cách không cần suy nghĩ. Công nghệ CapSense của họ (đặc biệt là công nghệ CSX tương hỗ thế hệ thứ năm) được công nhận là chuyên gia hàng đầu trong ngành, kết hợp với công nghệ Driven Shield có khả năng chống nhiễu mạnh nhất. Bên cạnh đó, CapTIvate của TI cũng đáng để xem xét, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) được làm rất tốt. Tuy nhiên, dù chọn hãng nào, tôi khuyên bạn hãy làm lớn hơn phần ăng-ten cảm ứng (PAD), hoặc chuyển sang dùng ăng-ten hình vòng, vì 2cm thực sự quá chật vật.
Hãy nghe tôi khuyên một câu, cảm ứng không dây trên 10cm, đừng dùng phương án điện dung, khi sản xuất hàng loạt các vấn đề về chống nhiễu sẽ làm bạn chết đi sống lại! Đặc biệt khi bạn phải vượt qua kiểm tra EMC, xả tĩnh điện hoặc EFT, độ nhạy cao như vậy sẽ là cơn ác mộng.
Đề xuất thay đổi phương án:
- Dùng cặp hồng ngoại (IR) chủ động, chi phí chỉ vài nghìn đồng, hoặc dùng một IC cảm biến khoảng cách quang.
- Nếu ngân sách đủ, hãy đầu tư ngay cảm biến ToF (Time of Flight) cơ bản dạng VL53L0X của ST, khoảng cách cực kỳ chính xác, muốn đặt 10cm thì đúng 10cm, không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, độ ẩm hay vật liệu kim loại.
Cảm biến nhận diện gần (Proximity Sensor) 10 cm, nhiều nhà máy trong nước có thể sản xuất được, không cần phải dùng chip đắt tiền của nước ngoài.
Gợi ý xem Chipsea (Công nghệ Chipsea), hãng này ban đầu chuyên về ADC độ chính xác cao và cảm ứng điện dung (Touch), các model có Touch trong dòng CS32 có độ nhạy rất cao, thư viện thuật toán gốc đã có cấu hình riêng cho cảm biến nhận diện gần. Ngoài ra còn có Holtek (Hợp Thái), là ông lớn trong lĩnh vực cảm ứng điện dung cho gia dụng, mặc dù dòng BS81 là IC chuyên dụng, nhưng các MCU có Touch của hãng này cũng rất ổn định.
Khuyến nghị liên hệ trực tiếp với đại lý để xin bo mạch phát triển, nhờ kỹ thuật viên hỗ trợ từ hãng giúp bạn điều chỉnh ngưỡng cảm biến. Đối với các cảm biến ở khoảng cách giới hạn như thế này, thuật toán và cách bố trí mạch quan trọng hơn cả chip.
Thật lòng mà nói, việc làm một PAD có kích thước 2 cm đạt được khả năng phát hiện ở khoảng cách 10 cm là một thách thức vật lý rất lớn.
Thông thường, độ nhạy của cảm biến SAR (cảm biến tiếp cận) dùng trên điện thoại thông minh đã đạt đến mức độ aF (aFara), trên một ăng-ten có diện tích 20mm \times 20mm, khoảng cách phát hiện tối đa thường chỉ dao động trong khoảng 30mm \sim 50mm. Nếu bạn muốn đạt 10 cm, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) sẽ trở nên rất kém.
Nếu bạn nhất quyết phải sử dụng giải pháp cảm ứng điện dung, dưới đây là gợi ý:
- Lựa chọn chip: Đừng xem xét các cổng cảm ứng tích hợp sẵn trên MCU thông thường, hãy sử dụng luôn cảm biến SAR chuyên dụng.
- Ngoài nước: Semtech là tiêu chuẩn hàng đầu, thuật toán ổn định nhất; ABOV của Hàn Quốc được sử dụng rất phổ biến trên các sản phẩm đeo.
- Trong nước: Goodix, Awinic, Tianyi Hecore, những công ty này đều cung ứng cho các hãng điện thoại/sản phẩm đeo lớn nên hiệu suất đều rất tốt.
- Lưu ý điểm khó khăn: Ở độ nhạy cực hạn này, sự trôi theo nhiệt độ (Temperature Drift) là kẻ thù lớn nhất, dễ dẫn đến kích hoạt nhầm.
Nói cách khác, ở khoảng cách 10 cm, giải pháp hồng ngoại (IR) hoặc cảm biến ToF thực sự đáng tin cậy hơn nhiều so với giải pháp điện dung, đồng thời chi phí và thời gian phát triển cũng dễ kiểm soát hơn.