RT-Thread-基于电容+压力的人机交互按键解决方案RT-Thread问答社区

基于电容+压力的人机交互按键解决方案

发布于 2024-09-15 11:45:47 浏览：269 订阅该版

[tocm]

# 背景
随着汽车智能化的普及，我们可以看到电动车内很多传统的机械开关变成了触摸开关。但是电容有易受干扰，怕水等问题，所以使用体验不是很好，容易误触。如果可以再加上压力方案来做二重检测，那就可以防止误触，提高用户的体验。

![1.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240908/84e554f64d93f2bebcc230a2ed4ad92c.png.webp)

# 方案介绍
## 原理
本方案用了UltraSense的CapForce模组，有需要了解的可以看下官网：https://ultrasensesys.com/
压力检测是基于压电材料的正压电效应。

![压电材料.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240908/509fdbd6edf028866c8652bb183efbe5.png.webp)

用压电材料去检测压力，有可以免疫预应力，温度变化的影响等好处，因为压电材料只能检测到瞬态的压力变化。

![工作原理.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240908/1c3267541525e5aba4c16a5097f844c7.png.webp)

## 硬件
FRDM-MCXN947是一款紧凑且可扩展的开发板，可让用户快速基于MCX N94和N54 MCU开展原型设计。它们提供行业标准的接口，可轻松访问MCU的I/O、集成的开放标准串行接口、外部闪存和板载MCU-Link调试器。MCX-N947有两个Arm™ Cortex™-M33内核，每个内核的主频均为150MHz，优化了性能效率，高达2MB的双块Flash存储器，带可选的全ECC RAM，外部闪存 ，神经处理单元、PowerQuad、Smart DMA等。
### 主板+扩展板
此扩展板是之前项目做的Arduino接口板，引出I2C(P4_1,P4_0)接到了Capforce模组，同时用两个IO口（P1_23,P0_29）去控制绿色和蓝色LED。

![EVK.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240908/c2793577d1b36ad5e9077c4e147732d3.jpg.webp)

## 软件
这次RT-Thread Studio没有适配FRDM-MCXN947这款板子，于是只能Keil+env来开发（各有优势，RTT Studio的界面配置更容易操作些，env其实跟Linux很像，上手后也能快速开发）。结果git拉下代码（https://github.com/RT-Thread/rt-thread.git v5.1.x分支），编译竟然报错，最后装配好env后，通过scons --target=mdk5命令更新了工程，并且用Keil 5.40（5.28不行）编译通过。

![S1.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240908/10fc9d3afef9ebcb49b8e4a30aa75a4e.png.webp)

![S2.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240908/6de567d3045df895cb2e5dda3515fdce.png)

![S3.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240908/be72b0fd85771c6668fa219bc39217a9.png)

### env配置
通过env配置模拟I2C，pin序号参考工程内LED的设置，PA_B是（（Ax32）+B），所以P4_1,P4_0是129和128。参考RT-Thread文档中心的设备和驱动编写I2C驱动。https://www.rt-thread.org/document/site/#/rt-thread-version/rt-thread-standard/programming-manual/device/i2c/i2c

![env1.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240908/059641c3df5a110ea25772b0116c3a0a.png.webp)

![env2.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240908/6d932ab9db38907d27a47abb65514dcd.png.webp)

一开始I2C能读到sensor的ID，理论上读寄存器包含写寄存器地址和读操作，所以这个成功了I2C的读写函数应该都没问题，实际上报错了。

![I2C2.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240908/638b07bd26c4d37a8497d6e89e417c14.png)
![I2C3.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240908/90c97aaf661b60bf21da230afcd0a66e.png)

通过打开I2C debug message，定位到我把写函数这个num填成了数据长度，实际应该是1，修改后问题解决。

![I2C1.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240908/216570125f3ab90944c7c34d3086c501.png.webp)

I2C成功后，就是初始化Capforce模组，传感器即可自行工作起来，接着通过I2C读取电容ADC，如果超过阈值则用P0_29控制蓝灯亮。如果I2C读取按键状态发现为2，则表示压力达到阈值了，此时如果电容也超过阈值，则用P1_23控制蓝灯和绿灯都亮起来。具体可参考下面演示的视频。

![solution.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240908/570764986b510abf699414890c47fb49.png.webp)

PS：UltraSense的sensor内部是有MCU的，sensor的spec以及相关的驱动和固件如果需要，可以联系上面的网站。

# 演示视频
首先是基本功能测试，从视频里可以看到，手指按压圆圈以外的地方按键不会触发（因为电容电极只在圆圈区域）。轻触圆圈部分，电容触发，蓝灯亮，再用点力按压，压力传感器达到阈值，同时因为电容触发了，电容+压力都满足了要求，所以按键触发，绿灯亮。
链接：https://www.bilibili.com/video/BV1ad4CeBE6J/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=7e1bfa5af4bbbe357cae20c58802b8d6

然后是验证防水功能，从视频里可以看到，将水滴到圆圈处，电容达到阈值触发蓝灯亮，但是因为压力没触发，绿灯不会亮。只有此时用力按按键，让压力达到阈值，电容+压力都有了，按键才会触发，绿灯亮。
链接：https://www.bilibili.com/video/BV1Xd4CeBEsV/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=7e1bfa5af4bbbe357cae20c58802b8d6

# 进阶
完成了demo后我又买了NXP官方的3.5英寸480x320 IPS TFT LCD模块PAR-LCD-S035，用MCUXpresso IDE可以快速开发，移植到RT-Thread费了一番功夫，参考一些RTT移植LVGL的工程，终于是点亮了屏幕。

![TFT-LCD.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240915/8b1a287cb96116293437eae9165d13ee.jpg.webp)

## 代码
https://gitee.com/charon-chu/frdm-mcxn947
因为屏幕的触摸GT911的I2C也是P4_0和P4_1, 所以我先关闭了上面电容+压力传感器的模拟I2C，注释掉了对应功能。
如下工程文件列表，主要是通过env导入了LVGL库和GT911驱动，从NXP的官方工程移植了lcd_impl_flexio.c/h, st7796_lcd.c/h等文件，创建dispaly.c去初始化屏幕，lv_port_indev.c去初始化GT911， lv_port_disp.c去初始化lvgl的显示，lv_user_gui.c去定位LVGL的初始化。

![code tree.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240915/5c4687c39e91fbbb3791941d80a68a33.png)

GUI显示的内容由NXP官方的GUI Guider的HMI设计软件来生成对应的代码，这个IDE非常方便好用。

![Gui Guider.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240915/67aad5445707a6175e8133f6f9de526c.png.webp)

# 总结
非常感谢RT-Thread和NXP提供的机会，让我可以用这块开发板开发学习。这次活动我收获很多，在完成既定的计划基础上，又学习了display相关的，后面会继续研究RT-Thread在FRDM-MCXN947开发板上的各种应用。