電容式觸摸感應(yīng)按鍵解決方案

方案簡介

在便攜式媒體播放器和移動(dòng)手持終端等大容量、高可視性產(chǎn)品的應(yīng)用中，觸摸式按鍵作為一種接口技術(shù)已被廣泛采用。由于具有方便易用，時(shí)尚和低成本的優(yōu)勢，越來越多的電子產(chǎn)品開始從傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵轉(zhuǎn)向觸摸式按鍵。

基于LPC1100系列Cortex-M0微控制器的電容式觸摸感應(yīng)按鍵方案，采用LPC1100的GPIO口和兩個(gè)內(nèi)部定時(shí)器，即可實(shí)現(xiàn)多達(dá)24個(gè)獨(dú)立按鍵或滑條式電容觸摸按鍵的應(yīng)用。本方案采用外圍RC電路加軟件檢測技術(shù)，集成FIR濾波算法，擁有良好的抗干擾性能，可通過EFT（脈沖群抗干擾度測試）4KV的指標(biāo)，非常適合由交流電驅(qū)動(dòng)的電子設(shè)備。

原理概述

電容式觸摸感應(yīng)按鍵的基本原理如圖1 所示，當(dāng)人體（手指）接觸金屬感應(yīng)片的時(shí)候，由于人體相當(dāng)于一個(gè)接大地的電容，因此會(huì)在感應(yīng)片和大地之間形成一個(gè)電容，感應(yīng)電容量通常有幾pF到幾十pF。利用這個(gè)最基本的原理，在外部搭建相關(guān)電路，就可以根據(jù)這個(gè)電容量的變化，檢測是否有人體接觸金屬感應(yīng)片。



圖1 電容式觸摸感應(yīng)原理

基于LPC1100系列Cortex-M0微控制器電容式觸摸感應(yīng)按鍵原理如圖2 所示，利用LPC1100的GPIO中斷功能加上內(nèi)部定時(shí)器，可很方便的測量外部電容量變化。處理流程如下：

初始化KEY n為GPIO口，必須關(guān)閉內(nèi)部上拉功能，配置為既不上拉也不下拉的模式；

使能并配置KEY n的高電平中斷；

將KEY n設(shè)置為輸出，并輸出低電平，此時(shí)電容放電；

開啟定時(shí)器，將KEY n配置為輸入，并開啟高電平中斷，此時(shí)電容開始充電，在KEY n的中斷服務(wù)函數(shù)中讀取定時(shí)器的時(shí)間；

根據(jù)這個(gè)充電時(shí)間的變化量就可以判斷出是否有按鍵按下。


圖2 基于LPC1100觸摸按鍵原理

注：圖2中只是示意了2個(gè)獨(dú)立按鍵連接方案，利用LPC1100內(nèi)部的GPIO輸入可以連接多達(dá)24個(gè)獨(dú)立按鍵或滑條。

RC電路充放電在有無人體觸摸時(shí)的充放電波形圖如圖3所示。當(dāng)使用GPIO配置為輸入時(shí)電容Cx充電，如果沒有人體觸摸的時(shí)候電容的充放電曲線如圖3綠線所示；當(dāng)有人體觸摸的時(shí)候，由于人體帶來一個(gè)感應(yīng)電容量，這時(shí)電容充放電速度變緩，如圖3紅線所示。利用這個(gè)時(shí)間的變化，再加GPIO中斷的檢測功能，就可以判斷是否有按鍵按下。


圖3 有無人體觸摸時(shí)的RC電路充放電示意圖

方案特性

支持按鍵、滑塊和滾輪觸摸界面；

硬件資源占用少，占用2個(gè)定時(shí)器和GPIO口；

外圍器件少，每個(gè)通道只需兩個(gè)電阻和一個(gè)電容，制造成本低；

MCU上電自動(dòng)校準(zhǔn)，制造過程簡單；

靈敏度可調(diào)節(jié)，具有很高的調(diào)節(jié)性。

應(yīng)用場合

電容觸摸感應(yīng)式按鍵具有不怕磨損、不受溫濕度影響、防水保護(hù)和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于手機(jī)、VCD、DVD、電磁爐、油煙機(jī)、熱水器、洗衣機(jī)、微波爐、咖啡機(jī)、電冰箱、MP3、MP4、DPF數(shù)碼相框和CAR DVD等。


實(shí)物圖片