邁瑞特汽車電子在上海展展示出來的柱向組合開關中使用了無觸點技術，這引起很多人的興趣。      

無觸點開關是汽車機電一體化中一個最令人困惑的名字。 當人們第一次聽到這個名詞時都會問：“開關怎么可以不接觸，開關的工作原理就是進行接觸”為了理解機電一體化中什么是非接觸，首先必須了解接觸開關的含義

圖1 （ 上）接觸開關的簡化示例

滑塊如箭頭所示移動，并根據(jù)其位置短路或斷開印刷電路板（PCB）上的接觸區(qū)域。 在兩個區(qū)塊之間存在的電接觸是開關的編碼位置，因此這類型的開關通常被稱為接觸開關。 這種開關是當前最通用的開關技術。 它造價便宜，簡單并可靠。 但它真的可靠嘛？它很難有很長的使用壽命。當觸點磨損，PCB表面腐蝕，又或者彈簧失去彈性。當然，這些情況是在長時間使用后發(fā)生的損壞。接觸式開關當然也可以制造得更加堅固，但這需要更多的成本也可能使得PCB板尺寸變大，而開 關的外殼傾向于變得越來越小。

這就是無觸點技術的起源，它實現(xiàn)了在不使用電觸點的情況下對旋鈕、撥桿或者按鈕發(fā)現(xiàn)位置的信號這樣的操作。這種類型的開關有很多種， 每種都有其優(yōu)點和缺點。這里主要呈述兩種類型：光學和電磁無觸點開關。

光學開關依靠光信號來確定他們的位置。簡單的形式中，它們由光源（LED），光敏元件和移動屏幕或反射器制成（請參考圖２）當這個屏幕位于相對光源和光敏元件之間時，起到阻擋光源的作用?！∈忻嫔弦呀?jīng)有現(xiàn)成的光學屏障探測器，作為光學開關的組件。但是，有的時候無法使用屏障，此時反射器可能是更好的解決方案。光源和光敏元件相鄰放置在PCB板上，在這上面使用反射器，能檢測到狀態(tài)變化的存在。

圖2.處于關閉（a）和開啟（b）狀態(tài)的無觸點光學開關的示例。屏障在光源和光敏元件之間移動，阻擋光線。

光學開關與接觸式開關相比有一些比較突出的優(yōu)點。他們使用壽命更長，更不容易受到損害，而且相對便宜，哪怕是與接觸式開關相比較。它們磨損得更慢，不會出現(xiàn)類似PCB觸點的腐蝕情況。價格方面，有些光學開關也許與接觸式開關類似。這也許與我我們的直覺不一樣，但接觸開關通常需要多個精確制造的元件，這會增加整體的價格。

當然，與接觸式開關相比，光學開關也有一些明顯的缺點。LEDS光源需要比接觸開關的滑塊更多的電力。當需要喚醒功能時，光學開關可能不適用。 眾所周知，光學開關容易受到隨時間推移其元件被污洉和灰塵進覆蓋而受到影響，這迫使產(chǎn)品的外殼設計成防塵并進行長時間的驗證，這兩者都增加最終產(chǎn)品的造價。

接近無觸點開關的另外一種解決方案是磁性開關。這種開關由一個作為磁場源的永磁體及一個檢測磁體位置的磁場傳感器。（請見圖3示例）

圖3. 磁性無觸點開關的示例。 圓柱形磁鐵在磁場傳感器上方移動。

請注意磁鐵可以在兩個方向上移動。

IC供應商已經(jīng)在過去多年中已經(jīng)開發(fā)出來多種用于于無觸點開關的傳感器，磁性無觸點開關有兩種可能的操作方式 ：第一種情況，傳感器對磁能量的某個閾值作出反應, 以此單個傳感器構(gòu)造簡單的通斷開關。 閾值傳感器輸出通常是開路集電極輸出，允許輸出直接通過線束連接到ECU。第二種類型的磁性開關使用傳感器來報告一個或多個軸中的磁通量的連續(xù)值。這種開關通常需要微控制器來處理傳感數(shù)據(jù)并確定磁體位置，然后通過數(shù)字總線傳輸。這種方式增加了開關的復雜性，但允許它校正溫度并實現(xiàn)更復雜的磁鐵運動（如X-Y 操縱桿）。

磁性開關具有優(yōu)于接觸式和光學式開關的特點，第一個優(yōu)點是顯而易見的：磁鐵不受灰塵和環(huán)境污染的影響。磁性開關可以在較臟的環(huán)境中使用，例如：浸泡于液體中。 另外一個不那么明顯的優(yōu)點就是能耗。磁傳感器通常比光學開關的LED使用更少的電流。這使得磁性開關成為需要喚醒時的首選設備。磁性開關的另一個優(yōu)點來自其機械簡單性。它無需在PCB上精確定位滑塊，也無需通過探測器縫隙中精確移動的光學屏障。磁體的安裝不需要很高的精確性，可以在校正過程中進行校準。

當然磁性開關也具有某些缺點，其中之一是可能通過外部磁場干擾其工作。這種類型的開關需要徹底的EMC/ESC設計驗證，并且可能需要額外的電路/屏蔽，以便在存在外部磁場的情況下使其保持運行。此外，其附近任何磁性材料，無論是金屬、塑料甚至油脂，都可能干擾其正常操作。 最后一個缺點是價格，磁性傳感器比光學屏障或者接觸開關更貴，并且可能需要微型控制器。

總體來說，無觸點開關對比接觸式開關，雖然具有明顯的優(yōu)勢但可能不適合所有的應用場景。 邁瑞特汽車電子作為汽車機電一體化的供應商，可以為客戶提供無觸點和接觸式兩種開關，以滿足客戶的可能出現(xiàn)的任何需求。

本文作者： 

邁瑞特高級軟件工程師 Andrzej Wetula