概述

不久的將來，智能音箱和家庭助手將隨處可見。根據朱尼普研究公司的數據顯示，在2022年前，將有超過7000萬的美國家庭安裝至少一臺智能音箱。

自從2015年首次推出以來，智能音箱的功能已經有了顯著提升。音箱可向用戶傳遞音頻內容，這仍是消費者為他們的家庭添置一臺（或多臺）音箱的主要原因。這些音箱配有聲控數字助手，可與用戶保持“通信”。音箱上的其他物理控制裝置必須既保持簡單的特性，同時仍可以啟用所需的功能。這些控制裝置包括簡單的電源ON/OFF按鈕，音量控制滑塊/滾輪，跳過或重復音軌的按鈕，麥克風靜音按鈕等。

感謝“Alexa”、“Hey Siri”和“OK Google”等語音喚醒指令，語音作為與設備互動的手段變得十分流行。智能音箱之所以能迅速受到消費者的追捧，主要原因之一就是它可以從根本上簡化與其互動的過程。基本功能的按鈕非常少，大部分都是通過語音指令進行互動。

萊昂納多·達芬奇曾經說過“至繁歸于至簡。”在21世紀運用這種設計理念，即意味著應該盡可能簡化人機界面，并且需要保持直觀的設計風格。此外，由于語音是首選界面，因此設計人員必須在界面設計過程中凸顯出明顯的差異性。圖1是傳統的智能揚聲器HMI。

電容觸控功能可使設計人員在產品設計中采用獨特的功能并使產品充滿競爭激烈的市場中脫穎而出。本文將介紹如何使用帶CapTIvate?觸控技術的德州儀器（TI）MSP430?微控制器（MCU）實現差異化功能。

圖1.具有基本HMI的典型智能音箱。

采用CapTIvate技術的MSP430?電容觸控傳感MCU

TI MSP430 MCU采用CapTIvate 技術，使得觸控設計具有一個集成的功能豐富的電容傳感外設。該外設采用高度可靠的超低功耗設計，且不會影響觸控功能，使其成為具有流暢HMI的電池供電應用的理想選擇。可配置的CapTIvate 外設同樣也支持自電容和交互電容的測量拓撲結構，使設計人員可在帶單一MCU的同一個獨特界面的設計中利用每種拓撲的優點。可耐高分貝噪音的全功能可編程MCU和全面的生態系統使得帶CapTIvate技術的MSP430 MCU從眾多電容觸控控制器中脫穎而出。

MSP430 CapTIvate MCU可通過以下方式顯著提高智能揚聲器中的潛在功能：

l 機械按鈕替換。隨著消費者越來越適應產品上的電容觸控按鈕，嵌入式系統設計人員開始意識到使用電容觸控按鈕代替機械按鈕的好處。例如，你可以使用電容觸控按鈕代替智能揚聲器上的四個按鈕，使用單個MSP430 CapTIvate MCU可感知每個電容觸控按鈕。這可以大大節省按鈕成本，制造剪切按鈕的頂部表面的成本，及簡化裝配流程的成本。

l 高級輸入，例如滑塊和滾輪MSP430 CapTIvate MCU使系統設計人員能夠采用先進的輸入機制，如滑塊和滾輪，控制設備上的不同功能。例如，敲擊可以打開和關閉麥克風，滑動滑塊可以跳過或倒回音軌，輪式傳感器上的旋轉觸控動作可以增加或減小音量。如果沒有電容感應控制器，則無法為這些手勢機制提供支持。該培訓視頻介紹了MSP430 CapTIvate MCU上一些3-D手勢。

l 近距離檢測。MSP430 CapTIvate MCU還具有近距離檢測功能，使得只要用戶將手放在設備附近，LED環就可以開啟和/或問候用戶。這項技術為智能音箱設計提供了一個令人驚嘆的增強功能。

l 提升美學效果。無需切割頂面上的按鈕孔是另一項顯著的優點：設計人員可以靈活設計，使得表面呈現出更加美觀的效果。它甚至不需要保持表面完全平坦；富有創意的設計人員可以嘗試不同的形狀和材料，從而采取可提升功能和吸引力的設計，以最大程度獲得市場的青睞。MSP430 CapTIvate MCU可實現金屬觸控、玻璃觸控、木材觸控和塑料觸控。

l 提升可靠性。觸控和接近探測的可靠性是保持智能揚聲器HMI的簡單樸素特性的關鍵要素。

圖2.優雅的HMI可在市場上脫穎而出。

許多噪聲源對可靠地檢測電容觸控構成嚴重挑戰。智能揚聲器通常具有Wi-Fi?和/或藍牙?連接，這會增加電磁噪聲。MSP430 CapTIvate MCU結合信號處理算法，低噪聲硬件設計和噪聲避免技術，確保產品具有出色的抗噪能力。CapTIvate技術采用配備了跳頻振蕩器的基于積分器的電荷轉移引擎，及寄生電容校正和擴頻時鐘調制來提高抗噪能力。CapTIvate軟件庫可提供了幾種信號處理算法，用以提高觸控或接近探測的穩健性。這包括多頻算法，無限脈沖響應（IIR）濾波器，防回跳機制和動態閾值調整。此參考設計展示了一種耐噪聲電容觸摸HMI設計，同時該視頻還介紹了CapTIvate MCU的所有抗噪特性。

l 防潮濕功能。人們在浴室，廚房和泳池邊使用傳統的藍牙揚聲器已經有段時間了。我們期望智能揚聲器能夠效法，但這意味著要增加智能揚聲器的耐濕性。完全密封電容觸控控制器的頂面確實有效，因此帶有機械按鈕的設備必須采取成本高昂的措施才能具有耐濕性。MSP430 CapTIvate MCU可以在有濕氣的環境中可靠地進行觸控探測或接近探測。該酷炫的視頻展示了MSP430 CapTIvate MCU的耐濕性。

l 低功耗。具有Wi-Fi連接的智能揚聲器通常采用墻上插座供電，因此它們通常不滿足低功耗的要求。但是，從用戶的角度來看，這限制了揚聲器的便攜性。智能揚聲器采用電池供電，需要重新設計設備架構，同時采取更復雜的電源管理方案以延長電池壽命。事實上，部分制造商生產的便攜式智能揚聲器，其充電電池的運行時間大約為10到12小時。

這些設備中的電容觸控控制器需要盡可能降低功耗，同時仍能進行觸控探測或近距離探測。采用CapTIvate技術的MSP430 MCU是功耗最低的電容觸控傳感解決方案，每個按鍵電流小于2μA/ avg。MCU還支持喚醒觸控或喚醒近距離探測，因此您可以將大多數耗電處理器設置成深度低功耗模式，直到被觸控或近距離事件激活。查看該參考設計，它展示了玻璃低功耗觸控。

此外，我們新推出的CapTIvate MCU產品線將電容傳感功能引入成本敏感的應用之中。帶有集成電容觸控的全新MSP430FR2522和MSP430FR2512 MCU可為語音激活的家庭自動化系統，音頻應用等提供多達16個按鈕和近距離感應功能。該設備專為對成本敏感的應用而設計。

新型CapTIvate 觸控MCU的主要特點和優勢：

l 經濟實惠的電容觸控MCU：設計人員現在可以使用MSP430FR2522 / MSP430FR2512 MCU將電容觸控和近距離感應的優點添加到成本敏感的應用中。

l 縮短上市的時間：開發人員可以通過在線CapTIvate技術指南和TI E2E?社區支持，借助眾多的MCU，易于使用的工具，軟件，參考設計和文檔，快速評估其應用的電容傳感。頭腦風暴你自己的應用程序。運用自己的創造力，只需5分鐘，就可使用CapTIvate設計中心創建自己的杰作。為了進行快速評估，現在可以使用CAPKEYPAD BoosterPack?插件模塊。BoosterPack模塊可與LaunchPad?開發套件，CapTIvate開發套件（MSP-CAPTFR2633）或CapTIvate編程器板（CAPTIVATE-PGMR）一起使用，從而實現最大程度的靈活性。

集成電容傳感技術是芯片上10位SAR ADC，GPIO，定時器，多個串行接口（I2C，SPI，UART）的完整MCU的一部分，可采用TSSOP和QFN封裝。

結論

具有CapTIvate技術的TI MSP430 MCU采用了目前最具抗噪性的電容傳感技術。MCU將按鈕，滑塊，滾輪和近距離感應接口配置組合在一起，同時具有超低功耗，可打造出引人注目但又簡單的接口。富有創意的設計人員可以使用這項技術，以增強他們即將推出的智能揚聲器的設計，從而在已經取得巨大成功的基礎上進一步提高其在全球的覆蓋范圍。