CN216565648U - 一种基于电容式触摸膜片的矩阵式照明装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于电容式触摸膜片的矩阵式照明装置，包括控制电路板、触摸按键和LED阵列电路板，所述控制电路板上设有主控制芯片MCU、多通道控制芯片和触摸芯片，所述触摸按键由触摸膜片组成，所述LED阵列电路板上设有由多个LED灯珠均匀分布形成的LED阵列。通过对触摸膜片各触摸点的碰击分别实现动画播放、灯效切换、亮度调节和物体跟随，其搭配主控制芯片和多通道控制芯片共同实现选择性照明功能。当开启选择性照明时，多通道芯片控制LED阵列的开关/亮暗，实现动画播放、灯效切换、亮度调节和物体跟随等功能。

Description

一种基于电容式触摸膜片的矩阵式照明装置

技术领域

本实用新型涉及汽车照明技术领域，具体涉及一种基于电容式触摸膜片的矩阵式照明装置。

背景技术

随着汽车智能化发展，其内部照明亦朝着多功能、自动化、人性化的方向变化。在此之中，车内娱乐和车内阅读这两种不同的需求正在不同人群中兴起，有的车主为了营造动感时尚的氛围希望有更活泼的灯效，而有的车主则为了能舒适地看书期望有人性化的照明。前者追求灯光效果的实时变化，而后者则更关注车内可能存在的照明暗区和当前亮区是否会影响邻座乘客休息等等。在这样的背景下，市场需要一种能够同时实现灯效/亮度切换并可以改变照明区域的车内照明灯。如果考虑到切换的自动化，最好能够以触摸或自动切换的方式实现，使智能最大化。

触摸技术可分为表面声波触摸、电容触摸、电阻触摸和红外触摸几种，它们分别通过探测人体触摸时对原有声波、电容、电阻和红外线造成的改变来感知触碰信号。其中，电阻式触摸的成本最低，电容式触摸次之，而声波式/红外线式触摸的成本最高，一般仅用于特殊用途。与电容式触摸相比，电阻式触摸的成本虽然低，但无法区分人体触碰和外界杂物触碰，例如，只要能施加压力，衣物、帽子和背包等都可以触发按键。考虑到车内环境本身较复杂，不加区别地被触发会造成异常响应，因此，电容式触摸比电阻式触摸更适合车内按键控制。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供一种基于电容式触摸膜片的矩阵式照明装置，通过触摸芯片检测触摸膜片上的触摸电容变化，并把信号以逻辑电平的形式输入主控制芯片MCU，主控制芯片MCU根据按键的来源把相应的数据信号发送给多通道控制芯片，由其对LED阵列进行同步控制。除来自触摸芯片的逻辑信号外，主控制芯片MCU还能接收来自车身CAN总线的信号，该报文还能包含数据信息，直接控制主控制芯片MCU向多通道控制芯片发送的多通道亮度数据。因此，能够实现选择性区域照明，以及动画播放等手动或自动灯效。

本实用新型的技术思路：为了利用电容式触摸实现灯效切换，采用矩阵式照明，LED阵列能够同时在车内实现动态和静态可调节的灯效，而过于分散的LED阵列又无法实现阅读式照明，因此，采用矩阵式排列的LED。图形化的矩阵式LED编程目前已被应用于诸如信号呈现、路况照明等领域，但在车内的应用尚属罕见。尤其是将物体跟随的阅读灯效与动画播放的娱乐灯效相结合的方法，是一种新应用。

灯效的设计也是一个重要环节，除了在控制芯片中内置一些固定灯效外，根据车身信号调整灯效则能实现灯效的自动切换。自动切换可以分为两种，即切换为固定灯效和切换为随机灯效。前者将车身CAN信号作为一种选择性的控制信号，而后者将其作为数据信号，这可以通过设置控制和数据两种报文ID来区分。报文的数据段有72位，可以包含相当数量的LED状态数据，这就为LED矩阵的规模打下了基础。然而，通常的多通道控制芯片的通道数量有限，例如通道数较多的TLC6C5724也只有24路，考虑到R/G/B混色则只能控制8个LED。此时，将多个控制芯片级联使用可以方便地实现更多通道的同时控制。

因此，根据上述分析，本实用新型解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种基于电容式触摸膜片的矩阵式照明装置，包括控制电路板、触摸按键和LED阵列电路板，所述控制电路板上设有主控制芯片MCU、多通道控制芯片和触摸芯片，所述触摸按键由触摸膜片组成，所述LED阵列电路板上设有由多个LED灯珠均匀分布形成的LED阵列，其中，触摸按键可以做成任意形状；

所述触摸膜片通过具有多路输入的输入转接头连接至触摸芯片的信号输入端，所述触摸芯片的输出信号端连接至主控制芯片MCU，所述主控制芯片MCU通过GCLK、SCK、SDI和SDO信号连接至多通道控制芯片，所述多通道控制芯片的输出信号端连接至输出转接头，所述输出转接头的输出端通过线路连接至LED阵列电路板上；

所述触摸膜片用于接受外部触碰并产生电容变化信号，所述触摸芯片检测触摸膜片上的触碰点位置和电容变化信号，并将触碰点位置和电容变化信号以逻辑电平的形式输入到主控制芯片MCU内，所述主控制芯片MCU根据触碰点位置和电容变化信号输出对应的LED驱动信号，并经过多通道控制芯片控制LED阵列电路板上的LED阵列的点亮。

具体的，每个所述多通道控制芯片包括8组RGB，每组包括3个通道，分别为R、G和B，共24个通道，所述多通道控制芯片通过24个通道与LED阵列连接。

进一步，为了保证能有足够的通道数量，所述多通道控制芯片为多个，通过SDO串接的方式形成菊花链状的多路控制结构。例如：多通道控制芯片为P个，每个多通道控制芯片有24路通道，则采用SDO串接后可以形成p×24通道菊花链状多路控制结构。

进一步，所述多通道控制芯片能够通过改变输出的驱动电流大小控制LED阵列的亮度，能够通过点亮的不同颜色的LED灯珠的数量调节RGB混色。

进一步，还包括安装壳体，所述安装壳体包括底座和顶盖，所述底座为一侧开口的中空结构，所述控制电路板、触摸膜片和LED阵列电路板均设置在底座内，且所述顶盖盖设在底座的开口上。

进一步，还包括CAN总线，所述主控制芯片MCU通过CAN总线与车身CAN信号端连接，用于接收车身输出的LED阵列控制信号。通过CAN总线可以根据车身的信号播放动画或更新照射区域，也可以根据用户的需求切换亮度和灯光效果。

进一步，所述LED灯珠之间设有栅格。通过在LED灯珠之间增加格栅，强化区域照明效果，并且可以通过短按切换照射区域、长按调节灯光亮度的LED驱动方法提升区域性选择照明的效果和个性化使用(如阅读)的体验。

作为优选，所述主控制芯片MCU采用恩智浦(NXP)的S32K144 64-pin车用芯片。

作为优选，所述多通道控制芯片采用德州仪器(TI)的TLC6C5724-Q1 24通道车用芯片。

作为优选，所述触摸芯片采用赛普拉斯(CyPress)PSoC 4000S系列的CY8C4025PVS-S412触摸芯片。

本实用新型的有益效果是：

1.采用矩阵式照明，其可调节的亮度可以良好地实现车上阅读，且照射区域可跟随书本位置的变动而变动。

2.采用级联的多通道控制芯片，可以同时独立地控制多个LED灯的明暗，形成动画效果。

3.采用CAN信号控制，灯光效果可以随车身内外部环境条件的变化而自动变化。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型最佳实施例的结构示意图。

图2是电器接口原理图。

图3是矩阵灯安装示意图。

图中：1-触摸芯片，2-主控制芯片MCU，3-多通道控制芯片，4-触摸膜片，5-LED阵列电路板，6-LED灯珠，7-车身，8-顶盖，9-底座，10-输入转接头，11-输出转接头，12-控制电路板，13-线路。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，本实用新型的一种基于电容式触摸膜片4的矩阵式照明装置，包括控制电路板12、触摸按键、LED阵列电路板5和安装壳体，所述控制电路板12上设有主控制芯片MCU 2、多通道控制芯片3和触摸芯片1，所述触摸按键由触摸膜片4组成，所述LED阵列电路板5上设有由多个LED灯珠6均匀分布形成的LED阵列，所述控制电路板12、触摸按键和LED阵列电路板5均设置在安装壳体内。其中，触摸按键可以做成任意形状；可以在LED灯珠6之间设有栅格，强化区域照明效果。可以通过改变LED灯珠6的形状、尺寸和数量，改变照明的精细度和聚光度。可以在车内增加成像装置，以实时更新阅读书本的位置，提高跟随准确度。本实施例中，作为优选，所述主控制芯片MCU 2采用恩智浦(NXP)的S32K144 64-pin车用芯片，所述多通道控制芯片3采用德州仪器(TI)的TLC6C5724-Q1 24通道车用芯片，所述触摸芯片1采用赛普拉斯(CyPress)PSoC4000S系列的CY8C4025PVS-S412触摸芯片。

如图2所示，所述触摸膜片4通过具有多路输入的输入转接头10连接至触摸芯片1的信号输入端，所述触摸芯片1的输出信号端连接至主控制芯片MCU 2，所述主控制芯片MCU2通过GCLK、SCK、SDI和SDO信号连接至多通道控制芯片3，其中，SDI是多通道芯片的数据输入；SCK是串口时钟，用于SDI计数；SDO是主多通道芯片的数据输出，作为从多通道芯片的SDI；GLCK是多通道芯片的通道时钟，用于对OutgG/R/B的PWM进行计数。所述多通道控制芯片3的输出信号端连接至输出转接头11，所述输出转接头11的输出端通过线路13连接至LED阵列电路板5上；所述触摸膜片4用于接受外部触碰并产生电容变化信号，所述触摸芯片1检测触摸膜片4上的触碰点位置和电容变化信号，并将触碰点位置和电容变化信号以逻辑电平的形式输入到主控制芯片MCU 2内，所述主控制芯片MCU 2根据触碰点位置和电容变化信号输出对应的LED驱动信号，并经过多通道控制芯片3控制LED阵列电路板5上的LED阵列的点亮。图2中Input是触摸膜片到触摸芯片的模拟信号输入；Output是触摸芯片到主控制芯片MCU的逻辑电平输出；OutG/R/B是最终流过LED的受控电流。

多通道控制芯片3为1个或多个，根据LED阵列中灯珠的数量进行设计，为了保证能有足够的通道数量，多通道控制芯片3可以为多个，通过SDO串接的方式形成菊花链状的多路控制结构。例如：多通道控制芯片3为P个，每个多通道控制芯片3有24路通道，则采用SDO串接后可以形成p×24通道菊花链状多路控制结构。每个所述多通道控制芯片3包括8组RGB，每组包括3个通道，分别为R、G和B，共24个通道，每个所述多通道控制芯片3通过24个通道与LED阵列连接。多通道控制芯片3能够通过改变输出的驱动电流大小控制LED阵列的亮度，能够通过点亮的不同颜色的LED灯珠6的数量调节RGB混色。

车身7和照明装置之间还可以通过CAN总线连接，所述主控制芯片MCU 2通过CAN总线与车身7的CAN信号端连接，用于接收车身7输出的LED阵列控制信号。通过CAN总线可以根据车身7的信号播放动画或更新照射区域，也可以根据用户的需求切换亮度和灯光效果。

安装时，触摸膜片4和LED阵列电路板5分别通过排线与控制电路板12相连，各个结构的安装位置关系根据实际需求确定，安装壳体包括底座9和顶盖8，所述底座9为一侧开口的中空结构，本实施例给出一种安装方式，触摸膜片4、LED阵列电路板5和控制电路板12被平行叠放，然后一起放入塑料安装壳体的底座9内固定，且顶盖8盖设在底座9的开口上。其中，触摸膜片4紧贴着一片透明的塑料，既不影响LED光路，也能起到保护膜片的作用并实现触碰控制。

本实用新型的矩阵式照明装置是基于触摸芯片1和多通道芯片的车内照明装置，通过触摸芯片1来识别触摸膜片4上被碰到的触点；然后，通过触摸芯片1的内置算法(芯片本身的功能)来确定其相应输出引脚的逻辑状态，并作为主控制芯片MCU 2的输入；通过多通道控制芯片3的硬件机制自动解析主控制芯片MCU 2的输入信号，并输出相应的PWM信号给LED阵列实现动画、灯效、亮度和跟随。

设计时需要注意：对触摸膜片4的碰击应使膜片产生高于其触发阈值的电容变化，该阈值不能过低以排除环境干扰造成的误操作，触摸芯片1将电容信号转化为可翻转的逻辑信号后输出到主控制芯片MCU 2的采集引脚上，主控制芯片MCU 2根据逻辑信号选择相应的数据和时钟信号并输出给多通道控制芯片3，此时的数据信号可以来自主控制芯片MCU 2的内置数据(如灯效切换和亮度调节)，也可以来自CAN总线发送的报文(如动画播放和物体跟随)。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本实用新型的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种基于电容式触摸膜片的矩阵式照明装置，其特征在于：包括控制电路板、触摸按键和LED阵列电路板，所述控制电路板上设有主控制芯片MCU、多通道控制芯片和触摸芯片，所述触摸按键由触摸膜片组成，所述LED阵列电路板上设有由多个LED灯珠均匀分布形成的LED阵列，其中，

所述触摸膜片通过具有多路输入的输入转接头连接至触摸芯片的信号输入端，所述触摸芯片的输出信号端连接至主控制芯片MCU，所述主控制芯片MCU通过GCLK、SCK、SDI和SDO信号连接至多通道控制芯片，所述多通道控制芯片的输出信号端连接至输出转接头，所述输出转接头的输出端通过线路连接至LED阵列电路板上；

所述触摸膜片用于接受外部触碰并产生电容变化信号，所述触摸芯片检测触摸膜片上的触碰点位置和电容变化信号，并将触碰点位置和电容变化信号以逻辑电平的形式输入到主控制芯片MCU内，所述主控制芯片MCU根据触碰点位置和电容变化信号输出对应的LED驱动信号，并经过多通道控制芯片控制LED阵列电路板上的LED阵列的点亮。

2.如权利要求1所述的基于电容式触摸膜片的矩阵式照明装置，其特征在于：每个所述多通道控制芯片包括8组RGB，每组包括3个通道，分别为R、G和B，共24个通道，所述多通道控制芯片通过24个通道与LED阵列连接。

3.如权利要求1所述的基于电容式触摸膜片的矩阵式照明装置，其特征在于：所述多通道控制芯片为多个，通过SDO串接的方式形成菊花链状的多路控制结构。

4.如权利要求1所述的基于电容式触摸膜片的矩阵式照明装置，其特征在于：所述多通道控制芯片能够通过改变输出的驱动电流大小控制LED阵列的亮度，能够通过控制点亮的不同颜色的LED灯珠的数量调节RGB混色。

5.如权利要求1所述的基于电容式触摸膜片的矩阵式照明装置，其特征在于：还包括安装壳体，所述安装壳体包括底座和顶盖，所述底座为一侧开口的中空结构，所述控制电路板、触摸膜片和LED阵列电路板均设置在底座内，且所述顶盖盖设在底座的开口上。

6.如权利要求1所述的基于电容式触摸膜片的矩阵式照明装置，其特征在于：还包括CAN总线，所述主控制芯片MCU通过CAN总线与车身的CAN信号端连接，用于接收车身输出的LED阵列控制信号。

7.如权利要求1所述的基于电容式触摸膜片的矩阵式照明装置，其特征在于：所述LED灯珠之间设有栅格。

8.如权利要求1所述的基于电容式触摸膜片的矩阵式照明装置，其特征在于：所述主控制芯片MCU采用恩智浦的S32K144 64-pin车用芯片。

9.如权利要求1所述的基于电容式触摸膜片的矩阵式照明装置，其特征在于：所述多通道控制芯片采用德州仪器的TLC6C5724-Q1 24通道车用芯片。

10.如权利要求1所述的基于电容式触摸膜片的矩阵式照明装置，其特征在于：所述触摸芯片采用赛普拉斯PSoC 4000S系列的CY8C4025PVS-S412触摸芯片。

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