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一设计经验总结 总结下最近做的设计过程中-电容触摸按键，传统的机械式按键输入方式易磨损、寿命短、安装问题，外观设计也也比较复杂，结构工程师在外观设计也留出按键安装孔，安装过程也是问题百出，产品出去返修率也是偏高，结构部与电子设计部也是相互推责任。经决定将电容式触摸取代原有普通点动按键。 1 解决结构设计中，按键部位安装孔的设计问题。 2 与传统机械式按键相比，电容式触摸感应按键更加稳定。 3 与传统机械式按键相比，电容式触摸感应按键为用户提供舒适、便捷、具有创意的人机交互面。 4 与传统机械式按键相比，电容式触摸感应按键具有耐用、寿命长、隔热、防尘和防水等优点。 二 电容触摸按键的原理
电容式触摸按键电路的原理构成下如图l所示，按键即是一个焊盘，与地构成一个感应电容，在周围环境不变的情况下电容值固定为微小值，具有同定的充放电时间，而当有一个导体向电极靠近时，会形成耦合电容．这样就会改变固有的充放电时问，而手指就是这样的导体。 通过测量充放电时间的改变即可检测是否有按键被按下。 充放电时间的计算公式如下： 式巾，t，R，C分别为充放电时间，电阻值，电容值，V1为充放电终止电压值，V2为充放电起始电压值;Vt为充放电t时刻电容上的电压值。
首先，开关在断开的状态下该按键被下拉电阻拉低，电势为0V．这时开关闭合开始对按键充电．等充满电稳定后再断开开关，这时按键开始放电，并用定时器记录这段放电时间为T1，反复该过程。当有手指触碰按键时，放电时间会改变为T2，由此即可判断出手指是否触摸到该按键 三 硬件设计 此方案设计上图的开关就用单片机的管脚的输入状态与输出状态切换实现，实现方法为：开始管脚置为输出高电平，给电路板中按键检测KeyPad与周围覆铜构成的电容充电（基准电容），等到稳定后将管脚置为输入，并使能中断功能，且设为下降沿触发，这时KeyPad上的电荷会通过R，对地放电。多次测量放电时问，作为基准放电时问。当手指触碰时，放电时间会改变．反复实验测出合理的阈值。以后检测到放电时间超过这一阀值，则说明有按键按下。为精确测量充放电时间，要使免放电电流很小，放电的电阻存兆数量级，这里选用6.1M的电阻。（需要考虑管脚设为输入时的漏电流为，对此放电回路的影响，适当调整电阻）。 如果产品需要的按键个数需求量比较大，可以设计成键盘的方式。设计方法与上面类似。 四 软件设计 软件设计最主要的是基于以上步骤不断对键盘进行扫描．除此之外由于触摸按键的电容值会受环境的影响而变
化，尤其是温度和湿度的影响，因此能跟踪环境变化及时校正基本充放电时基准时间很必要。 如果控制器发现很长时间内没有按键被按下(这里设为60 s)，就开始启动校正功能，重新扫描键盘，获取新的充放电时间，并作为基准值，这样可以克服环境变化带来的影响。 五 PCB 设计与布局 电容触摸按键检测PCB设计与布局好坏基本决定了，设计是否能成功，因此下面我会专题介绍具体的设计方法与注意事项。 六 总结 本方案中设计简单，只需要一个放电电阻与一个单片机管脚就能实现，成本低廉，相对容易收到干扰，但是对布局与设计者的软件要求比较高。
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发表于 2014-2-24 14:27:27
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