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How touch Button Work
实现触摸按键的技术往往有三种:电阻触摸按键、电容触摸按键(常用)、电感触摸按键。 一、电阻原理实现touch电阻触摸按键的原理是基于人的组织(皮肤)表面含有大量的盐分和水,使自身带有导电性。 上图中展示了一个基本的电阻触摸按键原理图,其工作原理很简单。图中的晶体管当做开关,RB电阻将晶体管基极(B)下拉到GND,当没有触摸时,不会浮空,影响判断。RP电阻用于保护电路,当电极短路时,防止电流过大,烧坏晶体管。图中展示了红色和蓝色两个电极,当只触摸其中一个时,晶体管Vbe截止,Load不工作。当触摸到两个电极时,电路导通,会有小电流通过晶体管基极,Vbe导通,三极管工作在饱和状态,电流从CE经过,负载工作。 除了用晶体管,用555,741,CMOS等元器件也可,基本思想相同,利用人体本身的导电性,使两个电极导通,最终通过放大器或其他电流敏感元件,放大信号,使开关有效。 优点:电路简单、稳定性高 缺点:灵活性低、需要两个电极(铜片??) 二、交流触摸传感交流触摸传感的基本原理是基于人体的组织和皮肤具有导电性以及交流电会产生磁场。放置在该磁场内的任何导电材料,都会在物品本身和大地之间产生微小的电势。在50HZ交流电中,人体本身就可以产生800mV 50Hz的交流信号。 交流触摸传感器使用一个高增益的放大器将在交流磁场中产生的微弱电势放大,从而达到检测目的。 基本电路图如上。 通过放大器(达灵顿电路)将交流信号放大,然后经过电容C平滑。该电容C充当一个基本频率转电压得转换器。PNP晶体管充当开关,如果对传感器板施加很小的电压(例如,通过手指触摸),则电容器两端的总电压将降低,因为不再用直流电流供电。而通过放大的50(或60)Hz交流电为电容器供电,PNP晶体管会感应到,CE会导通,提供电流给负载。 这个设计的问题就在于你的附近必须要有交流电,交流电产生交流磁场。因此电路要工作,必须要有交流电。在室外很难满足条件。 另外的问题是,如果你赤脚走路,电压会通过你的脚到地,可能没有什么剩余的电势了。 优点:电路简单、单传感电极 缺点:稳定性低、需要交流电在附件 三、电容原理实现touch(最常用)人体携带大量的电解质和水,从而使人体能够储存电荷。电容器也会产生电荷,这个属性叫做“人体电容”。当身体储存的电荷过多,会突然放电到地或者进行电荷转移到其他人导致电击。有两种基于电容的方法实现电容触摸按键。 第一种是基于频率的方法,最常使用。 假设你有一个高频电容振荡器(10-50khz),使用电容器进行振荡。触摸传感器和这个电容并联放置,或者触摸传感器自己充当电容器。当触摸传感器被人体触摸,人体电容就会和电容器并联,从而增大电容值。电容值改变,振荡器的频率也会改变。(一般是电容变大,振荡频率降低)。使用一个数字比较器或者其他方法检测到频率变化,就可以判断是否被触摸。 下图中是一个原理图: RC振荡器以特定频率振荡,频率由R和C决定。当手指触碰触摸传感器,电容值增大(增加量人体电容),RC常数改变,振荡频率改变。人体电容非常小,大概8-15pf。所以RC振荡器中C的容值也必须和人体电容差不多,这样人触摸上去才会带来比较显著的改变。 除了振荡器,还需要频率比较器。有不同的方法可以实现这个电路,这里介绍两种。第一种方法是使用“频率到电压”转换器将频率转换为直流电压,并将其与固定的直流电压进行比较。 此方法广泛用于模拟应用。 数字应用中常用的另一种方法是测量频率并将其与固定值进行比较。 对于此方法,需要一个时基。 以下是这种电路的大致步骤: 1.重置计数器 2.启动时基 3.等待时基结束 4.时基结束后,读取计数器 5.停止时基 5.如果计数器小于预定义的阈值,则按触摸 6.转到步骤1并重复 “计数器”实际上是一个在RC振荡器的每个脉冲上增加一倍的计数器。 为了理解这一点,我将举一个例子。 假设RC在未触摸时以40 KHz振荡,即每秒40.000脉冲。 并且还假设时基为100毫秒。 该计数器通常是16位计数器,但是根据设计而有所不同。 在我们的示例中,它是16位长。 我们的计数器应在一秒钟内增加40.000次,但我们的时基间隔为100毫秒(1/10秒)。 这意味着,我们的计数器每次都会计数,最高可达40000/10 = 4000,然后将重置。 数字比较器检查计数器是否高于预选阈值。 假设它检查计数器是否在3950以上。只要计数器(在每个时基间隔结束时)保持在该值以上,输出就保持低电平。 现在,假设有人触摸了触摸pad,C增大,RC振荡器的振荡频率下降到39.200 Hz(或更低)。 现在,计数器将计数而不是4000,只有3920(39200/10),即3950阈值以下。 数字比较器将注意到这一变化,并将激活输出。 用微控制器很容易实现这种方法,但是用简单的CMOS或TTL芯片很难实现。 这就是为什么将频率电压转换为简单应用的首选。 第二种与电容分压器配合使用的电容式触摸传感器 Touch Pad直接和微控制器的ADC相连。 触摸传感没有直接和金属连接 当传感器被一层橡皮覆盖,或者一层塑料盖住,人体触摸传感器,是否还能带来容值变大的效果呢? 事实上,这就是电容传感器最nice的部分。关键是介电常数,所有绝缘材料都具有此属性。介电常数,是任何材料储存电荷能力的表现。某些材料具有较大的介电常数,因此也具有更大的容值。 当电容传感器上不贴任何东西时,表面上的电介质材料是稀薄的空气,因此电容值极低。当表面覆盖有介电常数较高的材料,介电常数提高,会有更大容值。当手触摸时,也会增大额外的人体电容,改变电路中的总电容值。 参考:http://pcbheaven.com/wikipages/How_a_Touch_Button_works/?p=2 |
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