静電容量方式で小型近接センサを実現 [評価編]


静電容量方式の近接センサではセンサ信号のパターン生成が必要です。CAPSENSE™による近接センサのパターン設計では、大きいループ構造を持つことがセオリーとなりますが、製品の大きさや形状によってはサイズの制約を受けることがあります。今回、PSoC™ 4100S Maxの評価キットに接続可能な小型の近接センサを作成しました。ここでは作成したセンサの評価についてご紹介します。先に 静電容量方式で小型近接センサを実現 [作成編] をご覧ください。また、あくまで評価を目的として作成したものであり、動作を保証するものではないこと、ご注意ください。
ソフトウェア
code example
インフィニオン テクノロジーズのInfineon Developer Communityで提供されるcode example(外部リンク)を使用しました。こちらのソフトウェアは、近接検出をして得られたシグナル値に応じて、パイオニアボードのLED輝度を変化させます。
※動作確認時の輝度変化を分かりやすくするために、ソースコードやPWM設定を変更しています。
チューニング
アクリル板のオーバーレイで挟んだ小型近接センサとパイオニアボードを接続すると、センサの周囲に検出の対象物がない状態でもLEDがちらつき、近接検出の状態を示すことがあります。この問題はCAPSENSE™ Tunerを使用して、ソフトウェアが持つしきい値パラメータを変更することで簡単に調整することができます。
しきい値の設定
CAPSENSE™では静電容量をRawカウントというデジタル値に変換して、Rawカウントの変化と所定のしきい値を比較することで、近接やタッチの検出を行います。今回のしきい値パラメータは
- 近接しきい値 : 80
- タッチしきい値 : 3,000
- ノイズしきい値 : 40
に設定しました。
CAPSENSE™では5:1のSNRが推奨されています。CAPSENSE™ TunerのSNR Measurement機能では約20のノイズが測定されました。つまり、小型近接センサの周囲に検出の対象物がない状態で、Rawカウントが約20のノイズ成分を持つということです。
そこで今回は、この値を5倍したシグナル値100 (=20*5) を持つ場合を近接検出のターゲットと定めました。CAPSENSE™ではシグナル値の40%をノイズしきい値、80%を近接しきい値に設定することが推奨されています。また、指一本で軽くセンサに触れた時のシグナル値3,000をタッチしきい値としました。
評価結果
検出距離
パラメータ調整をしたソフトウェアでは、小型近接センサに手のひらを近づけると、約5cmの高さ (橙矢印の位置が5cm) で反応して、黄四角で囲まれたLEDが点灯しました。センサを挟むアクリル板は上側が2mmで下側が4mmの厚さです。
ステータス確認
CAPSENSE™ Tunerでシグナル値やステータスの確認ができます。手のひらを近づけてSensor Signal (シグナル値) が緑線のProximity threshold (近接しきい値) を超えるとStatus=1になり、LEDが点灯します。さらに近づけて紫線のTouch threshold (タッチしきい値) を超えるとStatus=3になります。
デモ動画
CAPSENSE™ Tunerと小型近接センサを用いたデモをご覧ください。
拡張センサボードとの比較
パイオニアボードとアクティブシールド動作向けに改造した拡張センサボード (オーバーレイ3mm) を接続して、測定されたノイズ成分は約50となりました。同じ条件で各しきい値パラメータを再調整した結果、約6cmでLEDが点灯しました。
まとめ
今回は小型近接センサ向けしきい値パラメータ調整方法と評価結果をご紹介しました。オーバーレイやしきい値が異なるため単純な比較はできませんが、大きなループ構造を持つ拡張センサボードの方が検出距離は長いものの、小型近接センサでもそれに近い検出距離が得られました。静電容量方式で小型の近接センサをご検討される際に、ご参考にしていただければ幸いです。
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