扫地机器人智能HMI参考设计(电路图+BOM表)

人机界面(HMI)是用户与设备交互的电子设备，常常与接口终端一起集成到自动化系统。本方案是一个具有接近传感和LED动画效果的电容式触控HMI，采用了MSP430FR2522 MCU和LP5569 LED驱动器，可通过LED引擎控制实现极低的待机功耗并减少MCU的负载资源，可应用于需要具有出色EMI性能和抗湿性能的低功耗HMI的任何应用中，例如扫地机器人、排油烟机、厨房排风罩、冰箱、冷冻柜和电梯等。

图1. 方案原型及性能

在家电及工业系统中，终端设备制造商对产品的可靠性越来越重视，并日益关心产品的外表吸引力。本方案采用带有CapTIvate和先进LED驱动器技术的MSP430 MCU，让方案很容易实现独具特色的个性。

方案原理

该解决方案可应用于需要具有出色EMI性能和抗湿性能的低功耗HMI应用中，可通过LP5569引擎控制实现更低的系统电流消耗，运行预设照明图案时具有最低的MCU负载，待机模式期间具有超低静态电流。

图2. 方案电路图

方案具有全面诊断和保护功能，以及出色的抗湿性，主要特点包括：

(1)利用MSP430FR2522实现玻璃/塑料面板触摸按键，以及接近唤醒。

(2)利用LP5569实现RGB三色灯环的特殊效果(呼吸，闪烁，渐变等)。

(3)利用LP5569配合MSP430FR2522实现LED闪烁与手触摸成随动效果。

(1)MSP430FR2522接近感应MCU

MSP430FR2522采用CapTIvate技术，能为暴露于电磁干扰、油、水和油脂的成本敏感型应用带来电容式感应功能，为工业系统、家庭自动化系统、家电、电动工具、家庭娱乐、个人音频应用等增加多达16个按钮以及接近感应功能。

MSP430FR2522 MCU支持接近感应和透过玻璃、塑料和金属覆盖层触摸，CapTIvate技术将电容式触摸和接近感应的优势性能增加到门禁控制面板、灶具、无线扬声器和电动工具等应用中。

(2)LP5569 9通道I2C LED驱动器

LP5569器件是2.5V–5.5V电源电压的可编程、易于使用的9通道I2C LED驱动器，用于为各种LED应用制造灯光效果。该器件器配备了一个用于存储用户编程的序列的内部SRAM存储器，以及三个允许在无处理器控制的情况下运行的可编程LED Engines。

LP5569器件将处理器置于睡眠模式时，自主运行可以降低系统功耗。高效电荷泵支持通过高VF(甚至通过2.5V输入电压)驱动LED。LP5569 LED驱动器可以根据LED正向电压要求自主选择最佳的电荷泵增益，从而在宽工作电压范围内保持高效率。

当LED未激活时LP5569器件进入省电模式，从而显著降低空闲电流消耗。灵活的数字接口允许连接多达八个LP5569器件，每个器件在同一系统中具有唯一的I2C从器件地址，从而支持所有器件之间的灯光效果同步。

LP5569的可编程LED Engines可实现独立照明控制(无有源MCU控制)，可在多个器件之间实现同步，SRAM存储器中具有多达256条指令，用于存储照明图案序列。器件具有灵活的调光控制模式，包括I2C调光控制、PWM直接输入调光，PWM输入频率为100Hz至20kHz。

(3)无电容器LDO

TLV733P是一款尺寸超小且静态电流较低的无电容器低压降线性稳压器(LDO)，可提供300mA的拉电流和典型值为1%的精度，并且线路和负载瞬态性能出色。

TLV733P采用现代无电容架构设计，输入电压1.4V至5.5V，无需使用输入或输出电容即可确保运行稳定。移除输出电容有助于减小解决方案的尺寸，并且可以消除启动时的浪涌电流。不过，TLV733系列在使用陶瓷输出电容时也可以稳定运行。使用输出电容时，TLV733还可以在器件上电和使能期间提供折返电流控制。此功能对于电池供电类器件尤为重要。

TLV733还提供了有源下拉电路，当被禁用时可以使输出负载快速放电。典型应用包括平板电脑、智能手机、笔记本和台式计算机、便携式工业和消费类产品。

芯齐齐BOM表分析

本方案BOM表共有52个元器件，包括15个MLCC电容器，15个电阻器，12个LED，1个插头，1个插座，1个PCB板，4个9通道RGB LED驱动器(型号LP5569)，以及MCU(型号LP5569)、LDO线性稳压器(型号LP5569)各1个。

图3. 方案BOM表

图4. PCB布线图样

该BOM表LED驱动器、LDO有替代方案。MLCC中，除了C4、C6为20%容差，其他都选择10%的窄容差电容器。

审核编辑：汤梓红