觸立停風扇上使用的人體接觸檢測傳感技術

簡稱:觸立停

說明：如何何護你的孩子？是方案的最佳創意，集“人性化”及對孩童呵護與設想，只要人體靠近風扇50CM以內,風扇電機立即停止工作，當人體移出安全距離風扇自動啟動。

特點:全安距離可按要求調式,最高有效檢測距離可達50CM

1.摘要

本方案主要用于風扇類電器產品，傳統風扇的電機在高速運轉的時候，由于缺乏感應檢測機制，人手或其它金屬物插入風扇罩里時，電機繼續運轉，及其危險，由此設計一套傳感檢測方案就非常有意義了，當人手或其它金屬物插入或接觸到風扇罩時，風扇電機要立即停止轉動，將危險降到最低。

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，將感應器直接和產品外殼相連或安裝在人容易接觸的地方。觸控傳感芯片時刻檢測感應器的情況，當人手接觸或靠近感應器時，觸控傳感芯片發一個信號給主控MCU，主控MCU收到信號后立即操作電機控制器，讓電機立即停止轉動。

★2.本技術方案的詳細描述

1) 通過專用的電容觸控芯片，采用它固定時間充放電的技術，在單位時間內獲取電容充放電的Ａ／Ｄ量化信號，實現電容容值變化的檢測。通過判斷感應器容值的變化，來判斷有無人手接觸。這里的感應器選擇風扇的金屬罩（可以上漆），將觸控傳感芯片的一個檢測引腳直接連接到風扇罩上。

2) 人手接觸或靠近風扇罩時，電容觸控傳感芯片給MCU發送一信號，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出的信號，進行邏輯處理，然后對電機控制器進行操作，讓電機立即停止轉動。

★3.1本方案所要解決的技術問題

1）產品的靈敏度要高，不能是整個手掌都貼到風扇罩上，才觸發感應器，必須是當一個手指接觸到風扇罩，也能觸發觸控傳感芯片。 

2）產品的環境適應性要強，不能誤操作。產品必須能夠自動適應環境的變化，包括溫度、濕度的變化。

★3.2本方案的關鍵技術點

1）感應器的選擇

       由于風扇網罩是金屬的，適合做觸控傳感芯片的感應器，而且是人們最容易接觸的地方，所以本方案采用電風扇的金屬罩當做感應器的，直接連接到觸控傳感芯片的檢測引腳上。

2）信息的采集

   觸控傳感芯片實時對感應器進行采樣，人手或金屬物沒有接觸網罩時的采樣值為C1（量化單位），接觸時的采樣值為C2。實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罩時，采樣值很穩定，在很小的范圍內波動。當人手或金屬物逐漸靠近網罩時，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大于設定的閾值則認為人手或金屬物接觸到網罩，否則沒有接觸。觸控傳感芯片不是一檢測到Δ大于設定的閾值就給MCU發信號，必須是連續幾個采樣，Δ都大于設定的閾值才通知MCU有人手或金屬物已經接觸到網罩，以防外界的瞬間干擾，造成誤觸發。

關于C1和C2的差值Δ有一點需要注意的是：由于風扇網罩的直徑一般在40CM左右，比較大，它上面的寄生電容比較大，當人手或金屬物靠近或接觸時，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系）變化量會比較小，得到的Δ會比較小，所以觸發閾值不宜設置的過大，以防出現靈敏度過低的情況。

3）信息的傳送

觸控傳感芯片檢測到人手或金屬物接觸時，將信息發送給主MCU。通信方式可以是IO口通信方式，IO口平時為高電平，當人手或金屬物接觸風扇罩的時候，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議實時跟觸控傳感芯片保持聯系，一檢測到觸發信息（觸控傳感芯片發的人手或金屬物接觸風扇罩的信息），立即操作電機控制設備，讓電機停止轉動。

★3.3本方案產生的有益效果

  1）成功防止人手或金屬物插入到風扇罩里時導致的危險發生，起到安全保護的作用。

  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扇罩時，都可以觸發檢測設備,能夠滿足不同類型的風扇應用需求，提升智能檢測科技產品的商業實用價值。

從上圖可以看出，人手或金屬物沒有接觸網罩時，采樣值很穩定，在很小的范圍內波動。當人手或金屬物逐漸靠近網罩時，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大于設定的閾值則認為人手或金屬物接觸到網罩，否則沒有接觸。觸控傳感芯片不是一檢測到Δ大于設定的閾值就給MCU發信號，必須是連續幾個采樣，Δ都大于設定的閾值才通知MCU有人手或金屬物已經接觸到網罩，以防外界的瞬間干擾，造成誤觸發。

關于C1和C2的差值Δ有一點需要注意的是：由于風扇網罩的直徑一般在40CM左右，比較大，它上面的寄生電容比較大，當人手或金屬物靠近或接觸時，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系）變化量會比較小，得到的Δ會比較小，所以觸發閾值不宜設置的過大，以防出現靈敏度過低的情況。

3）信息的傳送

觸控傳感芯片檢測到人手或金屬物接觸時，將信息發送給主MCU。通信方式可以是IO口通信方式，IO口平時為高電平，當人手或金屬物接觸風扇罩的時候，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議實時跟觸控傳感芯片保持聯系，一檢測到觸發信息（觸控傳感芯片發的人手或金屬物接觸風扇罩的信息），立即操作電機控制設備，讓電機停止轉動。

★3.3本方案產生的有益效果

  1）成功防止人手或金屬物插入到風扇罩里時導致的危險發生，起到安全保護的作用。

  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扇罩時，都可以觸發檢測設備,能夠滿足不同類型的風扇應用需求，提升智能檢測科技產品的商業實用價值。