利用系統(tǒng)已有資源，添加電容式觸摸按鈕或接近傳感器

　　引言

　　電容觸摸傳感用戶接口已經(jīng)變得廣受歡迎。不過(guò)，與機(jī)械式按鈕不同，電容觸摸并不是純粹的雙位信號(hào)，電容觸摸解析的是模擬信號(hào)。

　　由于電容觸摸技術(shù)不需要直接的電連接，而是通過(guò)材料進(jìn)行檢測(cè)，它還可以用作接近傳感器，用在當(dāng)用戶靠近接口時(shí)(而不是在觸摸接口時(shí))就進(jìn)行反應(yīng)的用戶接口中。

　　由于許多系統(tǒng)和用戶接口控制電路中已經(jīng)有單片機(jī)存在，采用電容觸摸用戶接口可以降低系統(tǒng)成本和元件數(shù)。電容式傳感器可以替代按鈕、滑動(dòng)條和撥號(hào)盤(pán)，電容式傳感器可以簡(jiǎn)單到只是電路板上的導(dǎo)電焊盤(pán)。其成本基本上可忽略不計(jì)，而可靠性卻要大很多。

　　當(dāng)用戶按壓面板表面時(shí)，電容觸摸傳感電路開(kāi)始工作，形成對(duì)地的電容，電容的一個(gè)極板是電路板上的導(dǎo)電焊盤(pán)，另一極板是用戶的手指。導(dǎo)電焊盤(pán)還有寄生電容，把焊盤(pán)連接到單片機(jī)的電路走線同樣也有寄生電容。寄生電容值可隨環(huán)境改變(諸如溫度和濕度)而變化。由于這兩個(gè)電容是并聯(lián)的，如圖1所示，我們不能同時(shí)測(cè)量它們。

　　用戶手指產(chǎn)生的電容取決于極板和手指的面積以及面板材料的厚度和介電常數(shù)，如公式1所示。

　　公式1：平行極板的電容

　　其中：

　　Cf 是用戶手指產(chǎn)生的電容;

　　e0是自由空間的介電常數(shù)為8.85 × 10-12;

　　er 是兩極板間材料的介電常數(shù);

　　A是兩極板重疊區(qū)域的面積;

　　d是兩極板之間的距離。

　　產(chǎn)生的電容越大，檢測(cè)到觸摸或感應(yīng)到接近就越容易。從公式1中，我們可以看出，決定所產(chǎn)生電容的因素是：挑選用于用戶接口面板的材料和材料的厚度。材料的選擇決定了介電常數(shù)，厚度決定了用戶手指和導(dǎo)電焊盤(pán)之間的距離。增大板上導(dǎo)電焊盤(pán)的面積會(huì)產(chǎn)生一定的效果，但面積超過(guò)用戶手指面積后就不再有用，因?yàn)橹匾氖侵丿B區(qū)域的面積。不過(guò)，對(duì)于接近感應(yīng)，導(dǎo)電焊盤(pán)可設(shè)計(jì)得大些，這樣不僅能與用戶的手進(jìn)行耦合，而且多出來(lái)的面積可提高感應(yīng)范圍。

　　出于機(jī)械的原因，比如接口面板上的支撐肋，可能無(wú)法緊貼接口面板安裝電路板。在電路板上安裝彈簧而不是導(dǎo)電焊盤(pán)可以克服這一問(wèn)題。彈簧應(yīng)緊壓接口面板上的按鈕區(qū)域，橋接面板與電路板之間的空隙。用戶手指于是經(jīng)由面板與彈簧進(jìn)行耦合。這一方法最小化了電容極板間距，避免了出現(xiàn)氣隙，氣隙可能顯著減弱響應(yīng)的靈敏度。

　　電容觸摸接口不斷地測(cè)量導(dǎo)電焊盤(pán)的電容，跟蹤由于環(huán)境逐步變化而導(dǎo)致的寄生電容變化，記錄下可用來(lái)判斷觸摸是否發(fā)生的內(nèi)部估計(jì)值(觸摸發(fā)生時(shí)電容頻率改變)。