E97S 开发板使用指南：电容检测系统的快速评估与原型搭建利器

在电子设计领域，快速评估和原型搭建是推动产品创新的关键环节。E97S 开发板专为基于电容检测系统的 QT9701B2 IC 而设计，为工程师们提供了一个便捷、高效的解决方案。本文将详细介绍 E97S 开发板的功能、使用方法、注意事项以及故障排查等方面，希望能帮助各位工程师更好地使用这款开发板。

文件下载：E97S.pdf

一、E97S 开发板概述

E97S 开发板集成了所有构建完整传感器系统所需的电路，借助 QT9701B2 QProx IC，具备全双工串行接口，可连接到 PC 进行功能控制、数据查看和记录，并且与 QTWinview 软件完全兼容。若需了解该产品的更多详细信息，可参考 QT9701B2 数据手册。

二、快速启动步骤

1. 电源连接

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。

2. 串口连接

使用“直通扩展型 DB9 串口电缆”将 RS232 串口连接器连接到 PC。

3. 信号连接

将细同轴电缆插入开发板上标有“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。

4. 运行软件

在 PC 上运行 QTWinview 软件，点击“FILE | LOAD GRID”并打开“QT9701B2.qdf”文件。

5. 串口设置

点击“COMM | SETUP”，确保 PC 串口与使用的串口匹配，波特率设置为 9600。

6. 开启电源

给开发板供电，一个或两个 LED 会亮起或闪烁。

7. 联机操作

点击 QTWinView 窗口底部的“GO ONLINE”。

8. 抓取数据

点击 QTWinView 窗口底部的“GRAB CURRENT”，设置表中的单元格会高亮显示，以反映 E97S 中加载的设置。

9. 查看信号

点击 QTWinView 窗口底部的“POLL QPROX”，查看来自开发板的实际信号。

若开发板无法与 PC 通信，需检查波特率、通信端口设置、电缆连接以及 E97S 的电源。若仍无法通信，请参考本文的故障排查部分。当手靠近电极时，信号电平会上升，反映电容的增加。

三、开发板接口与功能

1. 电源连接器

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

2. 主连接器

位于 RS232 和电源条之间，包含 BG 和 OBJ 信号线，用于外部硬件校准控制，以及 Out 和 Stat 线。还设有 V + 连接器，可通过同一插头提供外部电源。

3. RS232 连接器

提供 E97S 与外部主机（如 PC 或微控制器）之间的双向通信，可对设备进行全面控制，包括校准和设置，还允许以高达 115K 波特的速率实时下载信号和参考信息。

4. 感应连接器

2 针插头提供与感应电极的接口，一个引脚是开发板接地，应连接到电缆屏蔽层（如果有屏蔽），另一个是信号线，应直接连接到感应电极。

5. 采样模拟插头

标有“AIN SMP GND”的 3 个焊盘可与采样保持电路配合使用，创建未处理且动态范围很宽的“原始”模拟信号。SMP 线包含一个脉冲，可用于采样 E97S 运算放大器电路输出，所得信号可直接用于模拟系统或输入高性能 ADC 进行进一步处理。

6. 增益开关

2 位置开关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，具体细节可参考原理图。

7. 模拟端口

提供反映电容水平的模拟输出信号，该模拟信号是“合成”的，即由 QT9701B2 处理后输出，输出类型由设置 U 确定。与“采样模拟连接器”上的信号不同，该信号先通过 QT9701B2 处理，分辨率为 8 位，可通过选择适当的设置选项进行滤波、重新归零、反转或取“绝对值”。

8. SPI 端口

仅输出端口，允许将数据（如信号电平、开发板状态）传输到可接收时钟数据的板外外设，可能的目标包括移位寄存器和 DAC 等 SPI 外设。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。

9. Eeprom

93LC46A eeprom（插座式）包含 E97S 的设置和校准数据，数据是非易失性的，可通过串口或克隆过程更改。若移除 eeprom，E97S 开发板将无法正常工作，eeprom 中的设置数据可恢复为“工厂默认值”。

10. BG 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设置 2 中的参考偏移将信号及其参考电平重新居中。该按钮的控制线也出现在主连接器上。

11. OBJ 按钮

控制传感器的“对象学习”点，在设备处于 BG/OBJ 或 OBJ 模式时设置检测对象的触发点。若未按下此按钮，检测点将由设置 0 中的阈值确定。该按钮的控制线也出现在主连接器上。

12. 克隆输入端口

用于连接“克隆适配器”，可将一个 E97S 开发板的功能设置克隆到另一个开发板、外部 eeprom 或 E2SR 板。QT9701B2 可通过此端口读取设置信息并将数据编程到板载 eeprom 中。

13. 克隆输出端口

可用于将 E97S 中的设置数据复制到其他 E97S 开发板或 QTM1001AS 模块，克隆适配器的电缆插入此端口。

14. Cs（C11）电容

主采样电容 Cs 位于开发板元件面的 C11 处。为满足不同应用需求，在顶部（C11C）和底部（C11A、C11B）还设有并联的额外焊盘区域，可用于安装不同类型和尺寸的电容。

15. RT/CT 传输定时部件

RT 和 CT（位于 eeprom 下方）是插座，可用于缩小 QT 采样时间，适用于存在水膜问题的系统。通过限制水膜中存储电荷返回采样电容 C11 的时间，RT 和 CT 可增强防水能力。“正常”传输时间与充电时间相同，可缩短至 200ns。通过在 RT 插入 470 至 4.7K 电阻，在 CT 插入 20pF 至 100pF 电容，可获得各种传输时间，这些传输时间需借助示波器在 TP1（位于 eeprom 引脚 1 附近）进行调整，该电路可实现远低于 50ns 的传输时间。

16. STAT LED

多功能指示灯，根据传感器状态输出不同信号：

• 运行且未检测到物体时，LED 以 10% 的占空比闪烁。
• 运行且检测到物体时，LED 以 90% 的占空比闪烁（更亮）。
• 按下 BG 或 OBJ 按钮时，LED 在按下期间熄灭。
• 若按下 BG 或 OBJ 按钮超过 2 秒（请求更改校准模式），按钮释放后，LED 将持续点亮 0.5 秒，然后进入新的校准模式。
• 校准期间，LED 熄灭，通常校准时间不到 1 秒。
• 运行时检测到感应线短路，LED 将在短路期间持续点亮。
• 校准错误时，若输出错误代码功能 [E.a] 设置为“on”，LED 将输出重复的错误代码：
  • 单脉冲重复：CHG 接地短路
  • 双脉冲重复：电容负载过大
  • 三脉冲重复：信号不稳定，无法校准 设备会在每组“莫尔斯码”信号之间反复尝试校准。若 [E.a] 关闭，由于不向 LED 输出 STAT 代码，重新校准尝试会更快。

    17. OUT LED

    反映 OUT 线的状态，若“On”，OUT 线为高电平。注意，OUT 线的极性可使用设置“J”反转。若设置为“Active Low”，检测到物体时 LED 将熄灭。OUT 信号可通过配置设置“L”进行拉伸。

四、恢复工厂默认设置

E97S 的工厂默认设置如随附的设置表所示，这些默认设置适用于一种宽松的操作模式，只需按下 BG 按钮即可重新校准，并且可通过低波特率简单连接到 PC。恢复工厂默认设置的步骤如下：

1. 关闭开发板电源。
2. 按住 BG 和 OBJ 按钮。
3. 按住按钮的同时重新接通电源，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 波特与主机 PC 通信。

五、使用提示

1. 利用 QTWinView 软件

使用 QTWinView 观察信号并设置传感器，点击“网格”中的项目可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”功能将自定义设置保存到磁盘上的设置文件中，甚至可在顶部按钮栏创建新按钮。

2. 关注信号关系

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。

3. 大胆尝试设置

不要害怕尝试各种设置组合，即使犯错也不会损坏开发板。若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”方法将开发板恢复到初始状态。

4. 确保机械稳定性

在开发板下方使用橡胶脚或安装在稳定的物体上，保持电极稳定，因为机械稳定性对开发板本身很重要，松动的开发板可能导致难以解释的小信号变化。

5. 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，建议工程师们仔细阅读数据手册。

六、故障排查

1. 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，或使用不同的 PC。
• E97S 波特率设置问题：将 E97S 恢复为工厂默认设置。
• 电源问题：恢复电源至正确范围。

  2. 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 类型或确保 eeprom 已插入。
• 感应线短路：恢复电源至正确范围。

  3. 开发板无法校准

• 电容负载过大：减少突发长度或降低 Cx 负载。
• 感应线短路：检查感应线连接。
• 电源电压过低：恢复电源至正确范围。
• 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 线连接有噪声负载：检查 OUT 线连接。
  • 接地环路干扰：排查接地问题。
  • 来自发射器或相邻数字产品的 RFI：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/或箱形滤波量。

E97S 开发板为电容检测系统的开发提供了丰富的功能和便捷的操作方式。通过本文的介绍，相信各位工程师对 E97S 开发板有了更深入的了解。在实际使用过程中，若遇到问题，可参考本文的故障排查部分，或进一步查阅 QT9701B2 数据手册。大家在使用 E97S 开发板的过程中，有没有遇到过一些独特的问题呢？欢迎在评论区分享交流。