歡迎進(jìn)入IT技術(shù)社區(qū)論壇，與200萬(wàn)技術(shù)人員互動(dòng)交流 >>進(jìn)入 觸摸感應(yīng)器已經(jīng)在業(yè)界廣泛使用很多年，但直到近期，隨著混合信號(hào)可編程設(shè)備的發(fā)展，電容式觸摸傳感器才在廣泛的消費(fèi)類電子產(chǎn)品中成為傳統(tǒng)機(jī)械式開(kāi)關(guān)的替代品。 電容式感應(yīng)開(kāi)關(guān)是一個(gè)非常有吸引力的

歡迎進(jìn)入IT技術(shù)社區(qū)論壇，與200萬(wàn)技術(shù)人員互動(dòng)交流 >>進(jìn)入

　　觸摸感應(yīng)器已經(jīng)在業(yè)界廣泛使用很多年，但直到近期，隨著混合信號(hào)可編程設(shè)備的發(fā)展，電容式觸摸傳感器才在廣泛的消費(fèi)類電子產(chǎn)品中成為傳統(tǒng)機(jī)械式開(kāi)關(guān)的替代品。

　　電容式感應(yīng)開(kāi)關(guān)是一個(gè)非常有吸引力的開(kāi)關(guān)，但它需要適當(dāng)?shù)奈锢沓叽?，以及在典型的電容式傳感器設(shè)計(jì)中使用一個(gè)3毫米或更薄的薄膜疊層。隨著薄膜疊層厚度的增加。通過(guò)薄膜疊層來(lái)感應(yīng)手指會(huì)而變得越來(lái)越困難。換言之，薄膜疊層厚度的增加，調(diào)諧系統(tǒng)的處理過(guò)程就從”科學(xué)技術(shù)”轉(zhuǎn)到了”設(shè)計(jì)技巧”上了。為了演示如何使一個(gè)電容式傳感器突破當(dāng)今技術(shù)的限制，在此示例系統(tǒng)中使用的玻璃覆蓋的厚度定為10毫米。玻璃具有易于使用、容易獲得和透明的特點(diǎn)，你可以看到在玻璃下面的傳感器的電路焊盤(pán)。玻璃覆蓋層也在所謂的“白色家電”(家用電器)中直接應(yīng)用。

　　1．手指電容

　　任何電容傳感系統(tǒng)的核心都是一組與電場(chǎng)相互作用的導(dǎo)電體。人體的組織充滿導(dǎo)電電解質(zhì)，這些電解質(zhì)被人體表皮所覆蓋，人體表皮是有損耗的絕緣體。這種手指導(dǎo)電性使得電容式觸摸感應(yīng)成為可能。

　　一個(gè)簡(jiǎn)單的平行板電容器有兩個(gè)被介質(zhì)層分開(kāi)的導(dǎo)體。在這個(gè)系統(tǒng)的大部分能量都集中在兩個(gè)平行板塊之間，但還是會(huì)有部分能源溢出到電容器兩個(gè)板之外，與這種效應(yīng)相關(guān)的電場(chǎng)線被稱為電場(chǎng)邊緣場(chǎng)。生產(chǎn)出實(shí)用的電容式傳感器面臨的挑戰(zhàn)之一就是要設(shè)計(jì)出一組印刷電路的走線。這種走線方法能使用戶獲取到一個(gè)有效的感應(yīng)區(qū)域。對(duì)于這種傳感器模式。平行板電容器并不是很好的選擇。

　　在邊緣電場(chǎng)附近放置一個(gè)手指會(huì)增加電容系統(tǒng)的導(dǎo)電表面面積。由手指引起的額外電荷存儲(chǔ)容量通常被稱為手指電容(Cf)。沒(méi)有手指放在表面時(shí)傳感器的電容在本文中用Cp表示。它代表寄生電容。

　　有一個(gè)有關(guān)電容式傳感器常見(jiàn)的誤解是，為了能讓系統(tǒng)工作，手指需要與地連接。手指之所以可以被系統(tǒng)感覺(jué)，因?yàn)槭种甘菐щ姷模?dāng)手指浮動(dòng)或接地時(shí)。系統(tǒng)都能感受到。

　　2．傳感器的PCB布局

　　圖1顯示了印刷電路板(PCB)的頂視圖，在這個(gè)設(shè)計(jì)例子中，此PCB實(shí)現(xiàn)了其中的一個(gè)電容式傳感器按鈕。

　　該按鈕的直徑為10毫米，相當(dāng)于一個(gè)成年人指尖的平均尺寸。此演示電路的PCB板包括中心間距20毫米的4個(gè)上述設(shè)計(jì)方法的按鈕。如圖所示，頂層連接著接地面。該傳感器焊盤(pán)與接地面之間間隔著一個(gè)均勻的空隙。該間隙的大小是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。如果差距設(shè)置太小，太多的場(chǎng)能量會(huì)直接轉(zhuǎn)到地層。如果設(shè)置過(guò)大，場(chǎng)能會(huì)直接穿過(guò)疊層，而失去控制。0.5毫米大小的間隙對(duì)于引導(dǎo)邊緣場(chǎng)通過(guò)10mm玻璃覆蓋層是最佳間距。

　　圖2顯示了同一種樣感應(yīng)模式的一個(gè)截面圖。

　　在PCB上通過(guò)一個(gè)過(guò)孔將感應(yīng)器焊盤(pán)連接到電路板底層的一條走線上，如圖2所示。當(dāng)電場(chǎng)嘗試著尋找回地的最短路徑時(shí)，介電常數(shù)εr會(huì)影響到材料中電場(chǎng)能量的緊密程度。標(biāo)準(zhǔn)窗口玻璃的介電常數(shù)大約為8，而PCB的FR4材料介電常數(shù)大約為4。通常使用在白色家電商品上的高硬度玻璃的介電常數(shù)則約為5。在這個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例中，使用的是標(biāo)準(zhǔn)窗戶玻璃。要注意的是，玻璃板是用3M公司的不導(dǎo)電黏合膠帶468-MP安裝在電路板上的。

　　3．電容式傳感101

　　一個(gè)電容式傳感系統(tǒng)的基本組成元件，是一個(gè)可編程電流源，一個(gè)精確的模擬比較電路，以及一個(gè)模擬多路復(fù)用總線。該總線可通過(guò)一個(gè)電容式傳感器陣列進(jìn)行排序。本文中所介紹的系統(tǒng)中的弛張振蕩器作為電容傳感器。這個(gè)振蕩器的簡(jiǎn)化電路圖如圖3所示。

　　該比較器的輸出被作為一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器(PWM)電路的時(shí)鐘輸入信號(hào)，它負(fù)責(zé)選通一個(gè)頻率為24兆赫茲的16位計(jì)數(shù)器。手指接觸傳感器時(shí)會(huì)增加電容，從而增加計(jì)數(shù)器的總值。這就是一個(gè)手指如何被感覺(jué)到方式。這個(gè)系統(tǒng)的典型波形如圖4所示

　　圖5中顯示了實(shí)現(xiàn)這一項(xiàng)目的電路原理圖。

　　為實(shí)現(xiàn)電容式傳感和串行通信，電路設(shè)計(jì)中采用了賽普拉斯公司的CY8C21x34系列的PSoC芯片，其中包含了一組模擬和數(shù)字功能模塊，它們由存儲(chǔ)在板載閃存中的固件來(lái)設(shè)置。第二個(gè)芯片處理RS232電平移位，以提供與一臺(tái)主機(jī)的通信鏈路，使電容式傳感數(shù)據(jù)記錄通過(guò)串口以115200波特率傳輸給主機(jī)。四個(gè)電容傳感按鍵的引腳分配顯示在圖5中的表中。通過(guò)ISSP接口和編程引腳SCL、SDA對(duì)PSoC進(jìn)行編程。ISSP接口中包含電源和地，而 PC主機(jī)連接到電容式傳感電路板通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的DB9連接器。

[1] [2]

聲明：本網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容旨在傳播知識(shí)，若有侵權(quán)等問(wèn)題請(qǐng)及時(shí)與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將在第一時(shí)間刪除處理。TEL:177 7030 7066 E-MAIL:11247931@qq.com