电容式触摸感应按键解决方案

    方案简介

    在便携式媒体播放器和移动手持终端等大容量、高可视性产品的应用中，触摸式按键作为一种接口技术已被广泛采用。由于具有方便易用，时尚和低成本的优势，越来越多的电子产品开始从传统的机械按键转向触摸式按键。

    基于LPC1100系列Cortex-M0微控制器的电容式触摸感应按键方案，采用LPC1100的GPIO口和两个内部定时器，即可实现多达24个独立按键或滑条式电容触摸按键的应用。本方案采用外围RC电路加软件检测技术，集成FIR滤波算法，拥有良好的抗干扰性能，可通过EFT（脉冲群抗干扰度测试）4KV的指标，非常适合由交流电驱动的电子设备。

    原理概述

    电容式触摸感应按键的基本原理如图1 所示，当人体（手指）接触金属感应片的时候，由于人体相当于一个接大地的电容，因此会在感应片和大地之间形成一个电容，感应电容量通常有几pF到几十pF。利用这个最基本的原理，在外部搭建相关电路，就可以根据这个电容量的变化，检测是否有人体接触金属感应片。



图1   电容式触摸感应原理

    基于LPC1100系列Cortex-M0微控制器电容式触摸感应按键原理如图2 所示，利用LPC1100的GPIO中断功能加上内部定时器，可很方便的测量外部电容量变化。处理流程如下：

    初始化KEY n为GPIO口，必须关闭内部上拉功能，配置为既不上拉也不下拉的模式；

    使能并配置KEY n的高电平中断；

    将KEY n设置为输出，并输出低电平，此时电容放电；

    开启定时器，将KEY n配置为输入，并开启高电平中断，此时电容开始充电，在KEY n的中断服务函数中读取定时器的时间；

    根据这个充电时间的变化量就可以判断出是否有按键按下。


图2   基于LPC1100触摸按键原理

注：图2中只是示意了2个独立按键连接方案，利用LPC1100内部的GPIO输入可以连接多达24个独立按键或滑条。

    RC电路充放电在有无人体触摸时的充放电波形图如图3所示。当使用GPIO配置为输入时电容Cx充电，如果没有人体触摸的时候电容的充放电曲线如图3绿线所示；当有人体触摸的时候，由于人体带来一个感应电容量，这时电容充放电速度变缓，如图3红线所示。利用这个时间的变化，再加GPIO中断的检测功能，就可以判断是否有按键按下。


图3   有无人体触摸时的RC电路充放电示意图

方案特性

支持按键、滑块和滚轮触摸界面；

硬件资源占用少，占用2个定时器和GPIO口；

外围器件少，每个通道只需两个电阻和一个电容，制造成本低；

MCU上电自动校准，制造过程简单；

灵敏度可调节，具有很高的调节性。

    应用场合

    电容触摸感应式按键具有不怕磨损、不受温湿度影响、防水保护和成本低廉等优点。因此已经被广泛的应用于手机、VCD、DVD、电磁炉、油烟机、热水器、洗衣机、微波炉、咖啡机、电冰箱、MP3、MP4、DPF数码相框和CAR DVD等。


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