[触摸板语音遥控器的设计] 索尼触摸板遥控器配对
时间：2020-03-11 07:32:43 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：文章介绍了一种可应用于电视机的触摸板语音遥控器的设计。该设计采用红外技术、电容触摸技术和RF 2.4GHZ无线传输技术，可实现普通电视遥控、光标移动、触摸按键和语音传输功能，特别适合应用于智能电视。
关键词：电容触摸技术；RF 2.4GHZ无线技术；红外技术；触摸板语音遥控器；智能电视机；语音识别
中图分类号：TN912 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）34-0032-03
智能电视机中也用到类似个人电脑上的光标移动控制，这是一个重要的人机交互手段；另外，随着电视功能的日益增多，语音识别也逐渐成为一种重要的人机交互方式。虽然有类似的设备可以实现这些功能，但使用麻烦、不方便。
一、触摸板语音遥控器的功能特点
此遥控器主要应用在智能电视上，有如下功能：
（一）采用红外技术的普通按键（机械按键）
传统电视的控制都是通过红外传输技术进行控制的，当前的电视机还不能脱离红外控制，所以遥控器上保留常用电视功能的红外遥控按键。
（二）触摸板上的触摸按键
同上，区别只是此按键是做在触摸板上的触摸式按键。这样做的目的是，触摸板上实现一些电视的按键功能，使做出来的遥控器体积不至于太大，方便使用。
（三）使用触摸板用于光标输入
现在的网络电视、智能电视很多都用到上网功能，有越来越多个性化应用比如游戏也会用到光标控制，为此遥控器上设计了触摸板区域，在触摸板上用手指触摸移动可以控制电视机光标的移动。同时，因为触摸板支持多点输入，也可以在触摸板上做一些手势识别，实现类似放大缩小这样的一些功能。
（四）触摸板上的标准键盘
现在的电视机上使用到文字输入的地方越来越多，所以遥控器上的触摸板可同时做成触摸式的标准键盘，兼而使用。
（五）双向语音功能
遥控器上带有一个麦克风，可以进行语音采集输入；同时带有语音输出口，比如3.5mm的耳机口，可以实现耳机输出自动识别，即有耳机插入时，电视机远端的声音从遥控器的耳机输出；没有耳机插入时，电视机的声音从本机的扬声器输出。
需要说明的是，因为触摸板不能同时实现以上2、3、4所列的几种使用情况，所以遥控器上需设置一个切换开关来切换不同的模式。
二、触摸板语音遥控器的组成原理
所设计的遥控器包括一个遥控器和一个USB接收器，其中遥控器带有触摸板和普通的按键，可以实现对触摸移动控制、标准键盘输出和常用的电视红外遥控功能；采用RF 2.4GHz无线传输技术进行数据传输，实现对触摸板输出数据的传输，和对语音信号进行收集、编码，并调制于2.4GHz基带信号上进行发送。USB接收器则可以对接收到的触摸板数据和语音信号进行解调、解码，生成符合USB规范的数据，通过USB接口传输给电视机进行相关的控制和处理。
整个遥控器系统主要包括如下几个部分：主控模块、触摸板模块、电源模块、RF语音信号处理模块、红外发射模块、USB接收器，以下分别介绍各个组成的模块：
（一）主控模块
主控模块选用Pointchips公司带触摸功能的控制芯片PP8373，组成整个遥控器的主控中心，可以实现：触摸板触摸检测、触摸数据输出、按键输入检测、红外信号输出、LED灯显示输出、系统控制等功能.PP8373有如下特点：
1．快速反应功能，每秒扫描速度最快可达20000次/秒。
2．40路GPIO口/电容感应输入口，模式自由
切换。
3．电容感应口可实现：按键、滑条、触摸板和触摸屏等功能，支持多点触摸。
4．自电容和互电容混合感应方式，检测精度更精准。
5．低待机功耗（3V电池供电时待机电流为30uA）。
6．支持多种唤醒方式：按键、触摸或者接近
唤醒。
（二）触摸板模块
触摸板模块是利用电容触摸原理而设计的具有一定面积的PCB板，其背面一般是一些元器件和电路走线，正面设计成矩阵式的焊盘，用来感应触摸电容的变化，触摸芯片检测这些变化来判断触摸的位置，然后将此信息进行相关处理，比如可以输出光标移动信息、触摸按键信息、滑条移动信息等。下面简单介绍电容式触摸板的工作原理：
电容式触摸板的感应电极，通常由PCB上的排列成矩阵的一系列金属图案组成，一般为菱形和三角形组成。感应电极PCB表面要保证平整，不能有其他器件，平整的PCB表面一般允许有一定厚度的非金属介质，比如遥控器塑胶外壳，PCB表面与外壳一般用双面胶无缝粘牢。
当没有触摸板感应时，感应电极与外围的地或者其他信号走线之间存在固定的寄生电容；而当有触摸感应时（比如用手指触摸触摸板），人体具有导电性，作为另外一个电极与感应电极之间产生一定的电容，此电容与原来存在的寄生电容并联，增大了感应电极上的电容值，以这个电容的变化值，触摸芯片可以判断出手指的存在，如图1所示：
在触摸板上触摸时，触摸芯片按一定顺序扫描纵横方向的每个电容感应电极，记录每一个感应电极的电容值，根据电容值变化判断手指所在的控制输入口，从而计算手指的坐标。根据不同时刻的坐标，还可以判断手指的移动方向、移动速度等。
在本设计中，触摸板可以实现光标移动、标准键盘输入和普通红外按键输入。实现这几种功能时，需用一个触摸板模式转换开关来切换不同功能。其中在光标模式下，支持多点触摸，可实现放大、缩小、翻页、左右移动、鼠标单击、双击等功能。
（三）电源模块
遥控器电源部分很简单，采用两节7号干电池供电，再通过一个LDO输出1.8V直流电供给PP8373，LDO选用T0REX公司的低损耗XC6206系列；红外发射模块、显示输出模块和RF语音信号处理模块，都直接用电池电压供电，这样可整体上降低电源损耗。
（四）RF语音信号处理模块
RF语音信号处理模块采用SYNIC公司的模块化电路方案IA2S4，模块中包含WM8988音频编解码芯片。有如下特点：
1．音频信噪比93dB。
2．支持多种音频采用率，最高达到96kHz。
3．工作电压2～3.6V，符合电池的供电。
4．最大2MBPS数据率。
IA2S4的方框图如图2所示：
5．红外发射模块。因为红外技术的稳定可靠性，电视机一般都保留红外控制功能，用来控制电视机的常用功能。
6．USB接收器。USB接收器采用SYNIC公司的与IA2S4搭配的接收器，主要负责RF语音数据和触摸板数据接收处理，同时也可以发射电视输出的语音和状态信息。一般而言，触摸板的数据是符合HID协议的，通过USB口与电视机通信。
三、触摸板语音遥控器设计的关键
本设计中，考虑的关键点主要是遥控器的待机机制和触摸板的工艺要求。
（一）待机机制
对于遥控器来说，因为使用电池供电，所以待机的机制是否人性化关系到电池寿命和客户的使用体验，很关键。总的来说，需要考虑如下情况：
1．控制芯片PP8373不断电，有两种模式：工作模式和待机模式。
2．RF语音信号处理模块需要做电源切断、连通的控制，也有两种模式：通电模式和关电模式。PP8373通过IO口来控制RF语音信号处理模块的电源VRF。
3．PP8373进入工作模式的条件：
（1）按任何独立按键。
（2）在触摸板上触摸。
（3）遥控器断电状态下上电。
（4）以上三种情况使PP8373进入工作模式后，RF语音信号处理模块为默认的关电模式。
（5）PP8373在工作模式时，要定时检查，RF语音信号处理模块是否空闲，由此决定是否关闭其
电源。
4．PP8373进入待机模式的条件：
（1）按键无操作超过10秒钟；
（2）触摸板无操作超过10秒钟；
（3）进入待机前，需检查RF语音信号处理模块是在使用状态（包括对码状态）还是空闲状态（无音频传输，无连接）。空闲则关闭其电源，其他情况则不关。
（4）PP8373在待机模式下如果RF语音信号处理模块电源关闭，要重新开启RF语音信号处理模块，必须手动使PP8373进入工作模式，然后按下述5-（1）和5-（2）进行。
（5）PP8373在待机模式下，RF语音信号处理模块正在使用，则在进入待机模式后，可以这样处理：PP8373定期（比如5秒钟一次）检查RF语音信号处理模块是否被使用，如果检查到已经空闲，则PP8373自动唤醒进入工作模式，然后关闭其电源。
5．RF语音信号处理模块进入通电模式的条件：
（1）触摸板在光标模式下，触摸板上触摸；
（2）触摸板在按键模式下，按“切换”键使其进入光标模式时；
（3）MIC打开；
（4）有音频输入；
（5）进入对码状态时；
（6）在以上条件下，PP8373在须在工作模式下通过IO控制使RF语音信号处理模块进入通电模式。
6．RF语音信号处理模块进入关电模式的条件：
（1）MIC关闭；
（2）无音频输入；
（3）触摸板不使用超过10秒钟；
（4）RF语音信号处理模块不在对码状态而且无连接时。
用如上的待机机制，遥控器的待机电流可以低至40uA,满足使用一般电池供电。
（二）触摸板的工艺要求
遥控器所使用的触摸板，属于电容感应方式，生产与设计时，有一些工艺要求，以保证电容感应的灵敏度符合要求：
1．要避免在触摸板表面使用金属导电类材料，而且其表面覆盖介质尽量不要太厚，对触摸板而言，最好在0.5mm以内。
2．另外，因为空气中的湿度会影响到触摸板上的感应电荷，所以触摸板上的PCB焊盘要与覆盖其上的介质材料紧密集合，中间不要留有空气空隙。
3．两层PCB而言，厚度为1.0mm比较合适。
4．为确保电容感应本身的寄生电容小，PCB上感应焊盘至感应芯片之间的走线尽量短。
5．增大感应焊盘能增加感应灵敏度，但相同面积下，太大的感应焊盘会导致感应的精度降低，所以要在这两者之间平衡，一般而言，对于40mm×50mm面积的触摸板，其感应焊盘大概分布为6×8或者8×10的矩阵比较合适，表面覆盖物较厚时，感应焊盘稍微做大一点。
6．在有感应焊盘的PCB面，使用40%的铺地（网格状），而其他层面，可以有80%的铺地（网格状），这样可以使感应的寄生电容最小化。
四、结语
因为传统的遥控器已经不能满足功能越来越多元化的电视机，特别是智能电视机的需求，本文提出一种触摸板语音遥控器的设计，在传统遥控器上集成触摸板和语音功能，满足当前电视功能的需求。
参考文献
[1] Application Note AN2233a, “Capacitive Switch Scan,” Cypress Semiconductor．
[2] Application Note AN2292, “Layout Guidelines for PSoC CapSense,”Cypress Semiconductor．
作者简介：张志宏（1978-），男，广东梅州人，深圳创维-RGB电子有限公司创维集团研究院助理工程师，研究方向：电视显示和人机交互技术。
（责任编辑：陈 倩）
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