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電容式觸摸感應按鍵解決方案

文章來(lái)源：更新時(shí)間：2015/8/17 12:47:00

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方案簡(jiǎn)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(lái)越多的電子產(chǎn)品開(kāi)始從傳統的機械按鍵轉向觸摸式按鍵。
基于LPC1100系列Cortex-M0微控制器的電容式觸摸感應按鍵方案，采用LPC1100的GPIO口和兩個(gè)內部定時(shí)器，即可實(shí)現多達24個(gè)獨立按鍵或滑條式電容觸摸按鍵的應用。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(guò)EFT（脈沖群抗干擾度測試）4KV的指標，非常適合由交流電驅動(dòng)的電子設備。

原理概述
電容式觸摸感應按鍵的基本原理如圖1 所示，當人體（手指）接觸金屬感應片的時(shí)候，由于人體相當于一個(gè)接大地的電容，因此會(huì )在感應片和大地之間形成一個(gè)電容，感應電容量通常有幾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，就可以根據這個(gè)電容量的變化，檢測是否有人體接觸金屬感應片。

圖1 電容式觸摸感應原理
基于LPC1100系列Cortex-M0微控制器電容式觸摸感應按鍵原理如圖2 所示，利用LPC1100的GPIO中斷功能加上內部定時(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設置為輸出，并輸出低電平，此時(shí)電容放電；
開(kāi)啟定時(shí)器，將KEY n配置為輸入，并開(kāi)啟高電平中斷，此時(shí)電容開(kāi)始充電，在KEY n的中斷服務(wù)函數中讀取定時(shí)器的時(shí)間；
根據這個(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)獨立按鍵連接方案，利用LPC1100內部的GPIO輸入可以連接多達24個(gè)獨立按鍵或滑條。
RC電路充放電在有無(wú)人體觸摸時(shí)的充放電波形圖如圖3所示。當使用GPIO配置為輸入時(shí)電容Cx充電，如果沒(méi)有人體觸摸的時(shí)候電容的充放電曲線(xiàn)如圖3綠線(xiàn)所示；當有人體觸摸的時(shí)候，由于人體帶來(lái)一個(gè)感應電容量，這時(shí)電容充放電速度變緩，如圖3紅線(xiàn)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(wú)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，制造過(guò)程簡(jiǎn)單；
靈敏度可調節，具有很高的調節性。

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

實(shí)物圖片

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