E297S開發(fā)板：電容感應(yīng)系統(tǒng)的快速開發(fā)利器

在電子工程師的日常工作中，快速開發(fā)和編程電容感應(yīng)系統(tǒng)是一項(xiàng)常見且重要的任務(wù)。E297S開發(fā)板就是為滿足這一需求而設(shè)計(jì)的，它為QTM2000模塊的電容感應(yīng)系統(tǒng)開發(fā)提供了便捷、高效的解決方案。

文件下載：E297S.pdf

一、E297S開發(fā)板概述

E297S開發(fā)板專為QTM2000模塊的快速開發(fā)和編程而設(shè)計(jì)，適用于電容感應(yīng)系統(tǒng)。它包含了構(gòu)建完整功能傳感器系統(tǒng)所需的所有電路，并支持對QTM2000模塊進(jìn)行編程。該開發(fā)板具備全雙工串行接口，可連接到PC進(jìn)行功能控制和數(shù)據(jù)查看，并且與QTWinview軟件完全兼容。QTM2000模塊基于QT9701B2 IC，其數(shù)據(jù)手冊可從Quantum的網(wǎng)站獲取。

二、快速啟動(dòng)步驟

硬件連接

1. 插入QTM2000模塊：將QTM2000模塊插入ZIF插座，確保模塊的1號引腳缺口朝向ZIF杠桿臂。
2. 連接電源：將+8至+20VDC的可切換電源連接到螺絲端子塊，電源可以是9V堿性電池或臺(tái)式電源，但此時(shí)先不要開啟電源。
3. 連接RS232串口：使用“直通”擴(kuò)展型DB9串口電纜將RS232串口連接器連接到PC。
4. 連接信號電纜：將細(xì)同軸電纜插入開發(fā)板上標(biāo)記為“SIGNAL”的連接器，將電纜另一端的中心導(dǎo)體連接到一片金屬箔或其他浮動(dòng)金屬物體。

軟件設(shè)置

1. 運(yùn)行QTWinview軟件：在PC上運(yùn)行QTWinview軟件，點(diǎn)擊“FILE | LOAD GRID”，打開文件“QT9701B2.qdf”。
2. 設(shè)置串口參數(shù)：點(diǎn)擊“COMM | SETUP”，確保PC串口與實(shí)際使用的串口匹配，并將波特率設(shè)置為9600。
3. 開啟電源：給開發(fā)板供電，此時(shí)一個(gè)或兩個(gè)LED燈會(huì)亮起或閃爍。
4. 聯(lián)機(jī)操作：點(diǎn)擊QTWinView窗口底部的“GO ONLINE”。
5. 獲取當(dāng)前數(shù)據(jù)：點(diǎn)擊QTWinView窗口底部的“GRAB CURRENT”，設(shè)置表中的單元格將高亮顯示，以反映QTM2000中加載的設(shè)置。
6. 查看實(shí)際信號：點(diǎn)擊QTWinView窗口底部的“POLL QPROX”，查看來自開發(fā)板的實(shí)際信號。
7. 校準(zhǔn)操作：按下E297S上的BG按鈕，校準(zhǔn)QTM2000并在屏幕上顯示信號。

如果開發(fā)板無法與PC通信，需要檢查波特率和通信端口設(shè)置、電纜連接以及開發(fā)板的電源。若問題仍然存在，請參考文檔中的故障排除部分。當(dāng)手靠近電極時(shí)，信號電平會(huì)上升，以反映電容的增加。

三、開發(fā)板接口與功能

電源連接器

螺絲端子條用于為開發(fā)板供電，電壓應(yīng)在+8至+20VDC之間。為獲得最佳性能，電源應(yīng)無開關(guān)噪聲和短期波動(dòng)。

感應(yīng)連接器

這是一個(gè)2針極化插頭，提供與感應(yīng)電極的接口。其中一個(gè)引腳是開發(fā)板接地，應(yīng)連接到電纜的屏蔽層（如果有屏蔽）；另一個(gè)是信號線，應(yīng)直接連接到感應(yīng)電極。

RS232連接器

該連接器實(shí)現(xiàn)了E297S與外部主機(jī)（如PC）之間的雙向通信，可對設(shè)備進(jìn)行全面控制，包括校準(zhǔn)和設(shè)置，還支持實(shí)時(shí)下載信號和參考信息。QTWinview軟件會(huì)使用此連接器。

增益跳線

2位置跳線控制運(yùn)算放大器電路的增益，“Hi”位置的增益比“Lo”位置高16倍。更多詳細(xì)信息可參考原理圖和QT9701B2數(shù)據(jù)手冊。

采樣模擬輸出

標(biāo)記為“ANA OUT”的2針插頭連接器提供QTM2000模塊的采樣模擬輸出信號，該信號可輸入到ADC進(jìn)行進(jìn)一步處理。需要注意的是，此連接的長線長度可能會(huì)導(dǎo)致QTM2000的運(yùn)算放大器進(jìn)入高頻振蕩，有時(shí)僅在某些輸出電壓水平下出現(xiàn)。如果發(fā)生這種情況，可在連接線路中與ANA串聯(lián)一個(gè)額外的電阻。

克隆連接器

有兩個(gè)克隆連接器：Clone in和clone out，用于與QTM1001CA克隆適配器配合使用。該適配器可從QTM2000模塊獲取設(shè)置并復(fù)制到其他模塊，或從另一個(gè)E297S、E97S或E2SR開發(fā)板復(fù)制設(shè)置?？寺C(jī)制可獨(dú)立復(fù)制存儲(chǔ)在eeprom中的設(shè)置參數(shù)（但不包括校準(zhǔn)數(shù)據(jù)）。Clone out連接器與QTM1001CA的克隆電纜兼容，而Clone in端口與QTM1001CA的“彈簧針”兼容。

SPI端口

這是一個(gè)僅輸出端口，允許將數(shù)據(jù)（如信號電平模塊狀態(tài)）傳輸?shù)侥軌蚪邮?a href="http://m.sdkjxy.cn/tags/時(shí)鐘/" target="_blank">時(shí)鐘數(shù)據(jù)的板外外設(shè)，如移位寄存器和SPI外設(shè)（如DAC）?？捎眯盘柵c模擬端口連接器上的信號相同，但為時(shí)鐘數(shù)字形式。數(shù)據(jù)格式和時(shí)鐘細(xì)節(jié)可參考QT9701B2數(shù)據(jù)手冊，連接器的引腳排列在原理圖中顯示。

BG按鈕

該按鈕控制傳感器背景電平的重新校準(zhǔn)，是設(shè)置參考點(diǎn)和重新校準(zhǔn)設(shè)備的主要控制按鈕。按下此按鈕通常會(huì)根據(jù)本指南設(shè)置表中的“Setup 2, Reference Offset”將信號及其參考電平重新定位到所需的參考偏移量。

OBJ按鈕

該按鈕控制傳感器的“Object Learn”點(diǎn)，當(dāng)設(shè)備處于BG/OBJ或OBJ模式時(shí)，設(shè)置檢測物體的觸發(fā)點(diǎn)。如果未按下此按鈕，檢測點(diǎn)將設(shè)置為“Setups 0, Threshold”確定的電平。

RT/CT傳輸定時(shí)選項(xiàng)

RT和CT插座（位于開發(fā)板中間）可用于縮小QT采樣時(shí)間，適用于導(dǎo)電薄膜（如水）存在問題的系統(tǒng)。RT和CT通過限制水膜中存儲(chǔ)電荷返回采樣電容的時(shí)間，增強(qiáng)了防水能力?！罢！眰鬏敃r(shí)間（未使用RT/CT）與充電時(shí)間相同，可縮短至200ns（可在QTWinView的設(shè)置表或QT9701B2數(shù)據(jù)手冊中查看）。通過在RT處插入470至4.7K電阻，并在CT處插入20pF至100pF電容，可獲得各種傳輸時(shí)間。這些傳輸時(shí)間必須借助測試引腳XFR（位于2針信號連接器附近）上的示波器進(jìn)行調(diào)整，使用此電路可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)低于50ns的傳輸時(shí)間。

STAT LED

這是一個(gè)多功能指示燈，顯示輸出狀態(tài)、錯(cuò)誤條件和輸入反饋。根據(jù)傳感器狀態(tài)，STAT LED的輸出如下：

• 運(yùn)行且未檢測到物體：LED以10%的占空比閃爍。
• 運(yùn)行且檢測到物體：LED以90%的占空比閃爍（明亮閃爍）。
• 按下BG或OBJ按鈕時(shí)：在按下期間LED強(qiáng)制熄滅。
• 如果按下BG或OBJ按鈕超過2秒（請求更改校準(zhǔn)模式）：按鈕釋放后，LED將持續(xù)亮起（無閃爍）3/4秒，然后進(jìn)入新的校準(zhǔn)模式。
• 校準(zhǔn)期間：LED熄滅，通常持續(xù)不到1秒。
• 運(yùn)行時(shí)檢測到感應(yīng)線短路：在短路期間LED持續(xù)亮起。
• 校準(zhǔn)錯(cuò)誤時(shí)：如果“Output Error Code”功能[E.a]設(shè)置為“on”，LED將輸出重復(fù)的錯(cuò)誤代碼：
  • 單個(gè)重復(fù)脈沖：CHG接地短路。
  • 雙重復(fù)脈沖：電容負(fù)載過大。
  • 三重復(fù)脈沖：信號不穩(wěn)定，無法校準(zhǔn)。

設(shè)備將在每組閃爍信號之間反復(fù)嘗試校準(zhǔn)。如果[E.a]關(guān)閉，由于不向LED輸出STAT代碼，重新校準(zhǔn)嘗試將更快。

OUT LED

該LED反映OUT線的狀態(tài)。如果“On”，則OUT線為高電平。請注意，可使用設(shè)置“J”反轉(zhuǎn)OUT線的極性。如果設(shè)置為“Active Low”，檢測到物體時(shí)LED將熄滅?？赏ㄟ^配置設(shè)置“L”拉伸OUT信號。

四、工廠默認(rèn)設(shè)置與恢復(fù)

E297S的工廠默認(rèn)設(shè)置顯示在隨附的設(shè)置表中。這些默認(rèn)設(shè)置適用于一種寬容的操作模式，只需按下BG按鈕即可進(jìn)行重新校準(zhǔn)，并且適用于與PC的簡單、低波特率連接。

恢復(fù)工廠默認(rèn)設(shè)置的步驟如下：

1. 關(guān)閉開發(fā)板電源。
2. 同時(shí)按住BG和OBJ按鈕。
3. 在按住按鈕的同時(shí)，給開發(fā)板供電，并繼續(xù)按住按鈕3秒鐘。
4. 釋放兩個(gè)按鈕。

此時(shí)開發(fā)板將處于工廠默認(rèn)狀態(tài)，并以9600波特率與主機(jī)PC通信。

五、使用建議

觀察與設(shè)置

使用QTWinView觀察信號并設(shè)置傳感器?？呻p擊“網(wǎng)格”中的項(xiàng)目，快速更改開發(fā)板上的設(shè)置。在雙擊矩陣單元格之前，務(wù)必加載“QT9701B2”設(shè)備的網(wǎng)格。通過雙擊單元格更改設(shè)置，使用“Save Grid”功能將自己的設(shè)置保存到磁盤上的設(shè)置文件中，甚至可以在頂部按鈕欄上創(chuàng)建一個(gè)新按鈕。觀察信號、參考電平與閾值點(diǎn)之間的關(guān)系，這是理解傳感器在檢測、漂移補(bǔ)償和校準(zhǔn)過程中行為的關(guān)鍵。不要害怕嘗試各種設(shè)置組合，即使犯錯(cuò)也不會(huì)損壞開發(fā)板。如果因設(shè)置錯(cuò)誤導(dǎo)致開發(fā)板無法與PC通信，可使用上述“恢復(fù)工廠默認(rèn)設(shè)置”方法恢復(fù)默認(rèn)設(shè)置。

機(jī)械穩(wěn)定性

在開發(fā)板下方使用橡膠腳或安裝在其他物體上，確保機(jī)械穩(wěn)定性。開發(fā)板本身的松動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致小的信號變化，難以解釋。同樣，保持電極穩(wěn)定也很重要。

參考數(shù)據(jù)手冊

QT9701B2數(shù)據(jù)手冊包含大量有助于理解產(chǎn)品的信息，包括電路操作細(xì)節(jié)。本文僅提取了部分信息，建議參考完整的數(shù)據(jù)手冊。

六、故障排除

無法與PC通信

• 串口連接問題：檢查或更換串口電纜。
• PC通信端口問題：關(guān)閉可能使用相同通信端口、IRQ或I/O地址的其他任務(wù)，或使用另一臺(tái)PC。
• 波特率設(shè)置問題：將QTM2000恢復(fù)為工廠默認(rèn)設(shè)置（見“恢復(fù)工廠默認(rèn)設(shè)置”部分）。
• 電源問題：恢復(fù)電源到正確范圍。

LED工作異常

• 設(shè)置模式錯(cuò)誤：檢查或恢復(fù)設(shè)置，或按住BG按鈕3秒鐘。
• eeprom問題：檢查eeprom類型是否正確或是否插入。

開發(fā)板無法校準(zhǔn)

• 電容負(fù)載過大：減少脈沖長度或降低Cx負(fù)載。
• 感應(yīng)線短路：檢查感應(yīng)線連接。
• 電源電壓過低：恢復(fù)電源到正確范圍。
• 電容負(fù)載不穩(wěn)定：檢查電極或布線。

信號噪聲問題

• 電源噪聲：添加電源濾波電容，使用本地電源調(diào)節(jié)器。
• 電極與電源線過近：調(diào)整電極位置。
• OUT線連接的負(fù)載噪聲：檢查負(fù)載連接。
• 接地環(huán)路干擾：解決接地問題。
• 射頻干擾：在電極引線上添加串聯(lián)電阻，將開發(fā)板屏蔽在金屬盒中。
• 信號濾波不足：增加中值和/或箱式濾波的量。

總之，E297S開發(fā)板為電容感應(yīng)系統(tǒng)的開發(fā)提供了一個(gè)強(qiáng)大而靈活的平臺(tái)。通過合理使用開發(fā)板的各種功能和接口，并注意一些使用細(xì)節(jié)和故障排除方法，電子工程師可以更高效地完成電容感應(yīng)系統(tǒng)的開發(fā)任務(wù)。你在使用E297S開發(fā)板過程中遇到過哪些有趣的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享。