วิธีตรวจจับปุ่มอย่างชาญฉลาด (ใช้พลังงานน้อยลง)

ในระหว่างการประชุมสำหรับโครงการเฉพาะฉันถูกขอให้คิดเกี่ยวกับวิธีการตรวจจับการกดปุ่มด้วย MCU การตรวจจับควรใช้พลังงานน้อยที่สุด เมื่อแรกเห็นฉันคิดว่าวงจรทั่วไปมีการดึงขึ้นหรือเลื่อนลง:

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ฉันไม่ได้พิจารณาคุณสมบัติการต่อต้านการตีกลับที่นี่เนื่องจากอยู่นอกเหนือขอบเขตของคำถามนี้ ในกรณีใดกรณีหนึ่งเมื่อกดปุ่มค่าปัจจุบันทั้งหมดที่ไหลขึ้นอยู่กับค่าตัวต้านทาน เพื่อลดให้น้อยที่สุด (กระแส) ฉันสามารถเพิ่มค่าตัวต้านทาน แต่ไม่มากนักเนื่องจากถ้าฉันถูกมันก็ขึ้นอยู่กับค่าการรั่วไหลของขาอินพุต นอกจากนี้ตัวต้านทานขนาดใหญ่จะฟื้นตัวช้า

คำถามของฉันคือคำถามต่อไปนี้: วิธีตรวจสอบปุ่มที่กดอย่างชาญฉลาดซึ่งไม่ใช้พลังงาน (โดยทั่วไปจะเป็นแอปพลิเคชันที่ใช้พลังงานสูง) มีวิธีการใดที่ใช้พลังงานน้อยมากเมื่อกดปุ่ม?

วิธีการที่กระแสต่ำที่ฉันใช้ครั้งเดียวคือการเชื่อมต่อสวิตช์ระหว่างสองขาของ I / O ไมโครคอนโทรลเลอร์

I / O หนึ่งตัวถูกกำหนดค่าเป็นเอาท์พุท (SWO) วินาทีถูกกำหนดค่าเป็นอินพุต (SWI) โดยเปิดใช้การดึงขึ้นภายในที่ตั้งโปรแกรมได้

สถานะสวิตช์ถูกสุ่มตัวอย่างไม่บ่อยนัก (ทุกๆ 10 ms) โดยชุดคำสั่งอินเทอร์รัปต์ของซอฟต์แวร์ ลำดับการอ่านคือ: ขับ SWO ต่ำ, อ่าน SWI, ขับ SWO สูง

นั่นหมายความว่าสวิตช์แบบกดจะดึงกระแสเลื่อนลง SWI ผ่านตัวมันเองและ SWO น้อยกว่า 1 เราในระหว่างการสแกนในขณะที่สวิตช์ที่ไม่ได้กดก็ไม่ดึงกระแส การวาดในปัจจุบันสำหรับ <1 เราทุก ๆ 10 มิลลิวินาทีส่งผลให้สิ้นเปลืองค่าเฉลี่ยโดยเฉลี่ยเล็กน้อย

SPDT ( Sแหล่งไฟP OLE D ouble T hrow) ปุ่มจะเป็นปุ่มที่มีประสิทธิภาพของคุณเป็นพิเศษ

ที่มา: http://www.ni.com/white-paper/3960/th/

ในกรณีของคุณ 1P จะไปที่ MCU, 1T ถึง VCC, 2T ถึง GND

ปุ่มจะถูกกดนานเท่าไหร่? ถ้ามันไม่ใช่สวิตช์สลับ (ซึ่งรักษาสถานะไว้) แต่เป็นการสลับชั่วขณะกระแสที่ไหลเมื่อปุ่มถูกกดส่วนใหญ่จะไม่เกี่ยวข้องเนื่องจากช่วงเวลาสั้น ๆ ที่ปุ่มถูกปิดจริง

ทั้งสองวงจรที่คุณแสดงนั้นโอเคไม่สำคัญ

คุณสามารถสรุปได้ว่าการรั่วไหลของการป้อนข้อมูลและ / หรือในปัจจุบันการป้อนข้อมูล MCU เป็นเล็กน้อย MCUs ทั้งหมดอยู่ในเทคโนโลยี CMOS ในปัจจุบันและมีกระแสอินพุตไม่เป็นศูนย์ ดังนั้นหยุดพิจารณามันไม่ได้มี

แทนที่จะใช้ตัวต้านทานภายนอกคุณสามารถใช้ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นภายในในอินพุตของ MCU หลายตัวได้ ตัวต้านทานนี้อาจมีค่าค่อนข้างต่ำ (อาจจะ 50 kohm) ดังนั้นกระแสขนาดเล็กจะไหลเมื่อกดปุ่ม

คุณสามารถใช้ตัวต้านทาน Mohm 1 ตัวได้อย่างปลอดภัยสำหรับการดึง / ดึงลง เฉพาะในสภาพแวดล้อม "สกปรก" (พูดด้วยไฟฟ้า) เท่านั้นคุณอาจต้องใช้ค่าที่ต่ำกว่า คุณยังสามารถวางตัวเก็บประจุ 100 nF ควบคู่กับสวิตช์เพื่อหยุดการรบกวนจากวงจรอื่น ๆ ในบริเวณใกล้เคียง

เคล็ดลับสำหรับมืออาชีพ: สงวนสถานที่ไว้สำหรับตัวเก็บประจุบน PCB แต่อย่าติดตั้งฝาปิด ยัง ในกรณีที่เกิดปัญหา: วางไว้และดูว่าจะช่วยได้

ในการตรวจสอบสถานะของสวิทช์ที่ใช้ทั้งการลงคะแนนเลือกตั้ง (ในขณะที่คำตอบของ TonyM) หรือใช้การขัดจังหวะ ขึ้นอยู่กับแอพพลิเคชั่นที่ดีกว่าสำหรับการใช้พลังงาน (ของ MCU)

วิธีการหนึ่งที่ฉันใช้ใช้ประโยชน์จากธรรมชาติของ capacitive ของอินพุต CMOS

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ในวงจรด้านบนสวิตช์เมื่อปิดจะช่วยให้ตัวต้านทานแบบดึงลงเพื่อชาร์จ / คายประจุความจุอินพุตของ GPIO ลงไปที่ระดับพื้นดิน

เคล็ดลับที่มีวงจรนี้คือการใช้ลักษณะสองทิศทางของ GPIO เพื่อให้การป้อนข้อมูลค่าใช้จ่ายในระดับสูงตรรกะเมื่อสวิตช์เปิด

รูทีนการควบคุมจะเปิดพินออกเป็นระยะ ๆ เป็นระดับสูงหรือเปิดใช้งานการดึงในเวลาสั้น ๆ นานพอที่จะรักษาประจุของแคป จากนั้นขาอินพุตจะทำหน้าที่เหมือนบิตหน่วยความจำแบบไดนามิกซึ่งอุปกรณ์ส่วนใหญ่จะเก็บประจุนั้นไว้เป็นระยะเวลานานพอสมควร

เมื่อกำหนดค่าอย่างเหมาะสมหากกดปุ่มการชาร์จบนพินจะคายประจุเร็วกว่าอัตราการรีเฟรช เงื่อนไขนั้นสามารถตรวจพบได้ในฐานะเป็นส่วนหนึ่งของอัลกอริทึมการรีเฟรชเหมือนอ่านก่อนการดำเนินการรีเฟรชหรือใช้เพื่อผลักดันการขัดจังหวะ

พลังงานจะใช้ช่วงสั้น ๆ ระหว่างพัลส์รีเฟรชทั้งเพื่อชาร์จตัวเก็บประจุและผ่านตัวต้านทานและสวิตช์หากปิด อย่างไรก็ตามความยาวของพัลส์รีเฟรชนั้นสั้นและความถี่ในการทำโพลจะส่งผลให้กระแสรีเฟรชนั้นไม่มีนัยสำคัญ

เห็นได้ชัดว่าวิธีนี้เป็นวิธีการที่ใช้งานอยู่ หากไมโครถูกสลีปโหมดสวิทช์จะไม่สามารถทำงานได้ รอบการรีเฟรชครั้งแรกหลังจากตื่นขึ้นต้องละเว้นการอ่านพิน นอกจากนี้วิธีนี้ไม่ควรใช้ในการปลุกไมโคร ก่อนเข้านอนก็ควรที่จะเปิดใช้งานพินเป็นเอาต์พุตต่ำเพื่อจอดไว้ในสถานะศูนย์เป็นศูนย์

สำหรับการอ่านสวิตช์แบบคงที่มากขึ้นเช่นการตั้งค่าสวิตช์ dip สามารถใช้รูทีนเฉพาะงานแทนวงจรการรีเฟรชอย่างต่อเนื่อง หลังจากอ่านแล้วหมุด GPIO ควร "จอดอยู่" ในสถานะเอาต์พุตต่ำที่ใช้งาน (ปัจจุบันเป็นศูนย์) เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาอินพุตแบบลอยตัว

หมายเหตุ: เทคนิคนี้จะได้รับความไวของเสียงเล็กน้อยหากความยาวการติดตามยาวและเคลื่อนที่ผ่านบริเวณที่มีเสียงดัง เช่น R1 ควรอยู่ใกล้กับขาอินพุต อย่างไรก็ตามฉันไม่แนะนำให้ใช้สวิทช์ในระยะห่างจากแผงด้านหน้าที่ไหนสักแห่งเว้นแต่คุณจะเพิ่มความจุพิเศษใกล้กับพิน

หากปุ่มของคุณเป็นสวิตช์แบบ piezo พลังงานที่จำเป็นเพียงอย่างเดียวคือพลังงานที่สร้างขึ้นโดยการกดปุ่ม

ตัวอย่างเช่น: R2 / C1 รวบรวมพลังงานที่ผลิตโดยการกดปุ่มเพียโซ D1 ป้องกันไม่ให้แรงดัน C1 สูงเกินไป R1 ระบาย C1 เมื่อปล่อยปุ่ม MCU GPIO ต้องอยู่ในอินพุตไม่มีโหมดการดึง ตอนนี้, ตรวจจับปุ่มด้วยการดึงกระแสศูนย์จากแหล่งจ่าย

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

หากอุปกรณ์จำเป็นต้องอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งอย่างไม่ จำกัด การใช้สวิตช์ SPDT จะเป็นวิธีที่ใช้กำลังไฟต่ำที่สุดเนื่องจากวงจรแบบคงที่สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าเกินกว่าการรั่วไหลภายในของตัวเองและสวิตช์ ข้อได้เปรียบเพิ่มเติมของสวิตช์ SPDT ก็คือพวกมันสามารถทำการ debounce ได้อย่างสมบูรณ์แบบไม่ว่าพวกมันจะทำงานเร็วแค่ไหนหรือว่าผู้ติดต่อนั้นจะร่วนรัวเพียงใดโดยที่ผู้ติดต่อเพียงคนเดียวหยุดกระเด้งก่อนที่คนอื่น ๆ

มีสองวิธีที่ดีในการเดินสายสวิตช์ดังกล่าว:

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

วิธีแรกต้องการตัวต้านทานน้อยกว่าตัวที่สอง แต่ตัวที่สองจะทนต่อการทับซ้อนระหว่างขั้วทั้งสองได้มากขึ้น (มันจะดึงกระแสที่สูงกว่ากระแสปกติ แต่จะไม่ทำให้เกิดการลัดวงจรของแหล่งจ่าย) โปรดทราบว่าหากสวิตช์สามารถเข้าสู่สถานะที่มีความต้านทานปานกลางเป็นระยะเวลานานซึ่งสามารถเผาไหม้กระแสได้มากกว่าปกติอย่างมีนัยสำคัญ แต่ในระหว่างการใช้งานตามปกติไม่มีตัวต้านทานใด ๆ ที่จะมีกระแสสำคัญยกเว้นในช่วงเวลาสั้น ๆ ระหว่าง เวลาที่สวิตช์เปลี่ยนสถานะและเอาต์พุตตอบสนอง

ใช้การดึงภายในของไมโครคอนโทรลเลอร์และเมื่อตรวจพบการกดปิดการทำงานการดึงขึ้น จากนั้นเปิดใช้งานอีกครั้งในเวลาสั้น ๆ เพื่อตรวจสอบสถานะปุ่ม