Розумні способи виявлення кнопки (менше енергоспоживання)

Під час зустрічі щодо конкретного проекту мене попросили подумати над способом виявлення натискання кнопки за допомогою MCU. Виявлення повинно споживати якомога менше енергії. З першого погляду я подумав, що типовий ланцюг із підтягуванням чи пониженням:

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Я не враховую деяких функцій проти відмов, оскільки це виходить за межі цього питання. У будь-якому випадку при натисканні кнопки загальне значення струму, яке тече, залежить від значення резистора. Щоб мінімізувати його (струм), я міг би збільшити значення резистора, але не так сильно, оскільки, якщо я правий, це також залежить від значення витоку вхідного штифта. Плюс великий резистор відновиться повільно.

Моє запитання таке: які розумні способи виявити натиснуту кнопку, яка не споживає енергію (як правило, для додатків, що споживають велику потужність)? Чи існують якісь методи, які ледь не затратні при натисканні кнопки?

Методом низького струму, який я колись використовував, було підключення перемикача між двома контактами вводу / виводу мікроконтролера.

Один I / O був налаштований як вихід (SWO). Другий був налаштований як вхід (SWI) із включеним програмованим внутрішнім підтягуванням.

Стан комутації відбирали вибірки нечасто (кожні 10 мс) програмним забезпеченням переривання програм. Послідовність зчитування була такою: диск SWO низький, SWI читання, диск SWO високий.

Це означало, що натиснутий вимикач тільки підводив струм пониження SWI через себе та SWO менше ніж за 1 нас під час сканування, тоді як нестиснений вимикач не викликав струму. Цей нинішній розрив протягом <1 us кожні 10 мс призводив до невеликого середнього середнього споживання струму.

Кнопка SPDT ( S Ugle P ole D ouble T hrow) була б вашою надзвичайно ефективною кнопкою.

Джерело: http://www.ni.com/white-paper/3960/uk/

У вашому випадку 1P перейде до MCU, 1T до VCC, 2T до GND.

Як довго буде натискати кнопку? Якщо це не тумблер (який підтримує його стан), а миттєвий перемикач, то струм, що протікає при натисканні кнопки, значною мірою не має значення через короткий час, коли кнопка насправді закрита.

Будь-яке з двох схем, які ви показуєте, добре, це не має значення.

Ви можете припустити, що витік входу та / або струм на вхід MCU незначний . Всі MCU в даний час в технології CMOS і мають практично нульовий вхідний струм. Тож перестаньте розглядати це, його там немає.

Замість використання зовнішнього резистора ви також можете використовувати вбудований внутрішній підтягуючий резистор у багато входів MCU. Цей резистор може мати відносно низьке значення (можливо, 50 кілометрів), тому невеликий струм буде текти при натисканні кнопки.

Ви можете сміливо використовувати навіть 1 мом резистор для підтягування / пониження. Тільки в дуже "брудних" (електрично кажучи) середовищах вам може знадобитися нижче значення. Ви також можете розмістити 100 нФ конденсатор паралельно комутатору для придушення перешкод від інших мікросхем поблизу.

Порада: Зарезервуйте місце для такого конденсатора на друкованій платі, але не встановлюйте ковпачок. поки що. У разі проблем: розмістіть його та подивіться, чи це допомагає.

Для виявлення стану вимикача скористайтеся опитування (як у відповіді TonyM) або скористайтеся перериванням . Це залежить від програми, який краще для споживання електроенергії (MCU).

Один із застосованих нами методів використовує ємнісний характер входів CMOS.

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

У ланцюзі над вимикачем, коли він закритий, дозволяє висувний резистор заряджати / розряджати вхідні ємності GPIO до рівня землі.

Хитрість цієї схеми полягає у використанні двонаправленого характеру GPIO, щоб підтримувати вхід заряджений до логічно високого рівня, коли комутатор відкритий.

Контроль розповсюдження періодично повертає штифт як високий рівень або на короткий час дозволяє підтягувати, досить довго, щоб підтримувати заряд кришки. Потім вхідний контакт працює як біт динамічної пам’яті і, як і більшість пристроїв, утримуватиме цей заряд протягом значної та корисної кількості часу.

Якщо правильно налаштовано, якщо натиснути кнопку, заряд на штифті розрядиться швидше, ніж швидкість оновлення. Потім ця умова може бути виявлена ​​як частина алгоритму оновлення як зчитування перед операцією оновлення або використана для наведення переривання.

Живлення коротко використовується під час імпульсу оновлення, як для підзарядки конденсаторів, так і через резистор та комутатор, якщо він закритий. Однак довжина імпульсу оновлення невелика, а частота опитування призводить до того, що струм оновлення є відносно незначним.

Очевидно, що цей метод є активним. Якщо мікрофон буде увімкнути, стан вимикача буде невизначеним при пробудженні. Перший цикл оновлення після пробудження повинен ігнорувати прочитане на штифті. Також цей метод не слід застосовувати для пробудження мікро. Перед сном також розумно включити штифт як низький вихід, щоб припаркувати його до нульового поточного стану.

Для зчитування більше статичних перемикачів, як-от налаштування занурень-перемикачів, може використовуватися спеціальна програма, а не безперервний цикл оновлення. Після зчитування штифти GPIO повинні бути «припарковані» в активному низькому вихідному стані (нульовий струм), щоб уникнути проблеми з плаваючими входами.

ПРИМІТКА. Ця методика трохи страждає від чутливості до шуму, якщо довжина слідів довга і проходить через шумну область. Як така R1 повинна бути близькою до вхідного штифта. Однак я б не рекомендував його підключати комутатор на деякій відстані на передній панелі десь, якщо ви не додасте додаткову ємність, близьку до штифта.

Якщо ваша кнопка - це п'єзо-перемикач, то єдиною необхідною потужністю є потужність, що генерується натисканням кнопки.

Наприклад: R2 / C1 збирають енергію, отриману при натисканні на п'єзо. D1 запобігає надто високій напрузі С1. R1 скидає C1, коли кнопку відпущено. GPU MCU повинен бути вхідним, не витягувати режим. Voilà, кнопка виявляє з нульовим струмом виведення з живлення.

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Якщо пристрій потребує можливості перебувати в будь-якому стані на невизначений термін, використання перемикача SPDT буде підходом з найнижчою потужністю, оскільки статичний ланцюг може бути зроблений таким, що не проводить струму, що виходить за межі його внутрішнього витоку та вимикача комутатора. Додатковою перевагою SPDT-перемикачів є те, що вони можуть бути майже ідеально відокремлені, незалежно від того, наскільки швидко ними керуються або наскільки вони можуть бути розсипчастими, за умови лише того, що один контакт перестає підстрибувати перед тим, як другий спочатку прочитає як закритий.

Є два хороших підходи до підключення таких комутаторів:

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Перший підхід вимагає одного менш резистора, ніж другий, але другий буде більш толерантним до перекриття між двома полюсами (він буде витягувати більше, ніж звичайний струм, але не поставить мертву коротку впоперек живлення). Зауважте, що якщо комутатор може перейти в стан, що має середній опір протягом тривалого періоду часу, це може спалити значно більший струм, ніж зазвичай, але під час звичайного використання жоден резистор не буде проводити жодного значного струму, за винятком короткого моменту між час перемикання змінюється станом, і вихід відповідає.

Скористайтеся внутрішнім підтягуванням мікроконтролера, а при виявленні натискання відключіть підтягування. Потім періодично повторно використовуйте його, щоб перевірити стан кнопки.