E297S开发板：电容感应系统的快速开发利器

在电子工程师的日常工作中，快速开发和编程电容感应系统是一项常见且重要的任务。E297S开发板就是为满足这一需求而设计的，它为QTM2000模块的电容感应系统开发提供了便捷、高效的解决方案。

文件下载：E297S.pdf

一、E297S开发板概述

E297S开发板专为QTM2000模块的快速开发和编程而设计，适用于电容感应系统。它包含了构建完整功能传感器系统所需的所有电路，并支持对QTM2000模块进行编程。该开发板具备全双工串行接口，可连接到PC进行功能控制和数据查看，并且与QTWinview软件完全兼容。QTM2000模块基于QT9701B2 IC，其数据手册可从Quantum的网站获取。

二、快速启动步骤

硬件连接

1. 插入QTM2000模块：将QTM2000模块插入ZIF插座，确保模块的1号引脚缺口朝向ZIF杠杆臂。
2. 连接电源：将+8至+20VDC的可切换电源连接到螺丝端子块，电源可以是9V碱性电池或台式电源，但此时先不要开启电源。
3. 连接RS232串口：使用“直通”扩展型DB9串口电缆将RS232串口连接器连接到PC。
4. 连接信号电缆：将细同轴电缆插入开发板上标记为“SIGNAL”的连接器，将电缆另一端的中心导体连接到一片金属箔或其他浮动金属物体。

软件设置

1. 运行QTWinview软件：在PC上运行QTWinview软件，点击“FILE | LOAD GRID”，打开文件“QT9701B2.qdf”。
2. 设置串口参数：点击“COMM | SETUP”，确保PC串口与实际使用的串口匹配，并将波特率设置为9600。
3. 开启电源：给开发板供电，此时一个或两个LED灯会亮起或闪烁。
4. 联机操作：点击QTWinView窗口底部的“GO ONLINE”。
5. 获取当前数据：点击QTWinView窗口底部的“GRAB CURRENT”，设置表中的单元格将高亮显示，以反映QTM2000中加载的设置。
6. 查看实际信号：点击QTWinView窗口底部的“POLL QPROX”，查看来自开发板的实际信号。
7. 校准操作：按下E297S上的BG按钮，校准QTM2000并在屏幕上显示信号。

如果开发板无法与PC通信，需要检查波特率和通信端口设置、电缆连接以及开发板的电源。若问题仍然存在，请参考文档中的故障排除部分。当手靠近电极时，信号电平会上升，以反映电容的增加。

三、开发板接口与功能

电源连接器

螺丝端子条用于为开发板供电，电压应在+8至+20VDC之间。为获得最佳性能，电源应无开关噪声和短期波动。

感应连接器

这是一个2针极化插头，提供与感应电极的接口。其中一个引脚是开发板接地，应连接到电缆的屏蔽层（如果有屏蔽）；另一个是信号线，应直接连接到感应电极。

RS232连接器

该连接器实现了E297S与外部主机（如PC）之间的双向通信，可对设备进行全面控制，包括校准和设置，还支持实时下载信号和参考信息。QTWinview软件会使用此连接器。

增益跳线

2位置跳线控制运算放大器电路的增益，“Hi”位置的增益比“Lo”位置高16倍。更多详细信息可参考原理图和QT9701B2数据手册。

采样模拟输出

标记为“ANA OUT”的2针插头连接器提供QTM2000模块的采样模拟输出信号，该信号可输入到ADC进行进一步处理。需要注意的是，此连接的长线长度可能会导致QTM2000的运算放大器进入高频振荡，有时仅在某些输出电压水平下出现。如果发生这种情况，可在连接线路中与ANA串联一个额外的电阻。

克隆连接器

有两个克隆连接器：Clone in和clone out，用于与QTM1001CA克隆适配器配合使用。该适配器可从QTM2000模块获取设置并复制到其他模块，或从另一个E297S、E97S或E2SR开发板复制设置。克隆机制可独立复制存储在eeprom中的设置参数（但不包括校准数据）。Clone out连接器与QTM1001CA的克隆电缆兼容，而Clone in端口与QTM1001CA的“弹簧针”兼容。

SPI端口

这是一个仅输出端口，允许将数据（如信号电平模块状态）传输到能够接收时钟数据的板外外设，如移位寄存器和SPI外设（如DAC）。可用信号与模拟端口连接器上的信号相同，但为时钟数字形式。数据格式和时钟细节可参考QT9701B2数据手册，连接器的引脚排列在原理图中显示。

BG按钮

该按钮控制传感器背景电平的重新校准，是设置参考点和重新校准设备的主要控制按钮。按下此按钮通常会根据本指南设置表中的“Setup 2, Reference Offset”将信号及其参考电平重新定位到所需的参考偏移量。

OBJ按钮

该按钮控制传感器的“Object Learn”点，当设备处于BG/OBJ或OBJ模式时，设置检测物体的触发点。如果未按下此按钮，检测点将设置为“Setups 0, Threshold”确定的电平。

RT/CT传输定时选项

RT和CT插座（位于开发板中间）可用于缩小QT采样时间，适用于导电薄膜（如水）存在问题的系统。RT和CT通过限制水膜中存储电荷返回采样电容的时间，增强了防水能力。“正常”传输时间（未使用RT/CT）与充电时间相同，可缩短至200ns（可在QTWinView的设置表或QT9701B2数据手册中查看）。通过在RT处插入470至4.7K电阻，并在CT处插入20pF至100pF电容，可获得各种传输时间。这些传输时间必须借助测试引脚XFR（位于2针信号连接器附近）上的示波器进行调整，使用此电路可实现远低于50ns的传输时间。

STAT LED

这是一个多功能指示灯，显示输出状态、错误条件和输入反馈。根据传感器状态，STAT LED的输出如下：

• 运行且未检测到物体：LED以10%的占空比闪烁。
• 运行且检测到物体：LED以90%的占空比闪烁（明亮闪烁）。
• 按下BG或OBJ按钮时：在按下期间LED强制熄灭。
• 如果按下BG或OBJ按钮超过2秒（请求更改校准模式）：按钮释放后，LED将持续亮起（无闪烁）3/4秒，然后进入新的校准模式。
• 校准期间：LED熄灭，通常持续不到1秒。
• 运行时检测到感应线短路：在短路期间LED持续亮起。
• 校准错误时：如果“Output Error Code”功能[E.a]设置为“on”，LED将输出重复的错误代码：
  • 单个重复脉冲：CHG接地短路。
  • 双重复脉冲：电容负载过大。
  • 三重复脉冲：信号不稳定，无法校准。

设备将在每组闪烁信号之间反复尝试校准。如果[E.a]关闭，由于不向LED输出STAT代码，重新校准尝试将更快。

OUT LED

该LED反映OUT线的状态。如果“On”，则OUT线为高电平。请注意，可使用设置“J”反转OUT线的极性。如果设置为“Active Low”，检测到物体时LED将熄灭。可通过配置设置“L”拉伸OUT信号。

四、工厂默认设置与恢复

E297S的工厂默认设置显示在随附的设置表中。这些默认设置适用于一种宽容的操作模式，只需按下BG按钮即可进行重新校准，并且适用于与PC的简单、低波特率连接。

恢复工厂默认设置的步骤如下：

1. 关闭开发板电源。
2. 同时按住BG和OBJ按钮。
3. 在按住按钮的同时，给开发板供电，并继续按住按钮3秒钟。
4. 释放两个按钮。

此时开发板将处于工厂默认状态，并以9600波特率与主机PC通信。

五、使用建议

观察与设置

使用QTWinView观察信号并设置传感器。可双击“网格”中的项目，快速更改开发板上的设置。在双击矩阵单元格之前，务必加载“QT9701B2”设备的网格。通过双击单元格更改设置，使用“Save Grid”功能将自己的设置保存到磁盘上的设置文件中，甚至可以在顶部按钮栏上创建一个新按钮。观察信号、参考电平与阈值点之间的关系，这是理解传感器在检测、漂移补偿和校准过程中行为的关键。不要害怕尝试各种设置组合，即使犯错也不会损坏开发板。如果因设置错误导致开发板无法与PC通信，可使用上述“恢复工厂默认设置”方法恢复默认设置。

机械稳定性

在开发板下方使用橡胶脚或安装在其他物体上，确保机械稳定性。开发板本身的松动可能会导致小的信号变化，难以解释。同样，保持电极稳定也很重要。

参考数据手册

QT9701B2数据手册包含大量有助于理解产品的信息，包括电路操作细节。本文仅提取了部分信息，建议参考完整的数据手册。

六、故障排除

无法与PC通信

• 串口连接问题：检查或更换串口电缆。
• PC通信端口问题：关闭可能使用相同通信端口、IRQ或I/O地址的其他任务，或使用另一台PC。
• 波特率设置问题：将QTM2000恢复为工厂默认设置（见“恢复工厂默认设置”部分）。
• 电源问题：恢复电源到正确范围。

LED工作异常

• 设置模式错误：检查或恢复设置，或按住BG按钮3秒钟。
• eeprom问题：检查eeprom类型是否正确或是否插入。

开发板无法校准

• 电容负载过大：减少脉冲长度或降低Cx负载。
• 感应线短路：检查感应线连接。
• 电源电压过低：恢复电源到正确范围。
• 电容负载不稳定：检查电极或布线。

信号噪声问题

• 电源噪声：添加电源滤波电容，使用本地电源调节器。
• 电极与电源线过近：调整电极位置。
• OUT线连接的负载噪声：检查负载连接。
• 接地环路干扰：解决接地问题。
• 射频干扰：在电极引线上添加串联电阻，将开发板屏蔽在金属盒中。
• 信号滤波不足：增加中值和/或箱式滤波的量。

总之，E297S开发板为电容感应系统的开发提供了一个强大而灵活的平台。通过合理使用开发板的各种功能和接口，并注意一些使用细节和故障排除方法，电子工程师可以更高效地完成电容感应系统的开发任务。你在使用E297S开发板过程中遇到过哪些有趣的问题呢？欢迎在评论区分享。