第4章(A-2)电场传感器

触摸感应传感器---电场传感器概述1、电容性触摸感应检测原理2、简单触摸开关的应用2、简单触摸开关的应用2、简单触摸开关的应用利用555定时电路，在这里接成单稳态电路。平时，由于触摸片P端无感应电压，电容C1通过555第7脚放电完毕，第3脚输出为低电平，继电器KS释放，电灯不亮。当需要开灯时，用手触碰一下金属片P，人体感应的杂波信号电压由C2加至555的触发端，使555的输出由低变成高电平，继电器KS吸合，电灯点亮。同时，555第7脚内部截止，电源便通过R1给C1充电，这就是定时的开始。当电容C1上电压上升至电源电压的2/3时，555第7脚导通使C1放电，使第3脚输出由高电平变回到低电平，继电器释放，电灯熄灭，定时结束。3、电场传感器芯片的应用3、电场传感器芯片的应用随着触摸按键技术的不断发展，触摸式按键已经在电器、移动电话、厨房设备、家电产品、工控开关等方面大量应用。触摸式按键与传统的机械按钮、塑料薄膜开关相比具有很多优势，如不存在机械磨损，耐用性好，可靠性较高，而且触摸式按键界面更直观、更易于操作。3-1、电场传感器芯片MC33794电场传感器MC33794是Freeseale公司推出的一种新型传感器产品，适用于需要对物体非触摸式感应的应用。该触摸按键系统通过电场传感器的电极，可以非接触感知手指的按键情况。3-1、电场传感器芯片MC337943-2、芯片MC33794性能MC33794内部能够产生低电平电场，所有功能均集成于单芯片中，可测量由于物体在电场中移动而造成的电场负载。该器件产生的低频正弦波的频率可通过外部电阻调节，最优频率为120kHz。此正弦波含有极少的的谐波分量，可以避免产生谐波干扰。它是行业内少有的可产生及检测低电平电场并支持微控制器的集成电路。3-3、MC33794适用领域(1)家用电器可轻松植入自动开关功能。如果在某些电器的控制端中嵌入几个电极，这些电器被移动时就会自动启动，而放回原处时又会自动断电关闭。另外还可嵌入更多的电极，并定义这些电极的功能，从而能让使用者通过轻微触动这些电极控制家用电器3-3、MC33794适用领域(2)能够方便地实现包括液位检测、溢出检测和湿度检测等应用。例如，可对炉火进行编程控制，当炉上的液体被加热至沸腾溢出时，炉火能够自动减小或关闭3-3、MC33794适用领域(3)应用在触摸屏输入中，而无需薄膜开关或昂贵的多层电阻式触摸板，也无需接触式的机械装置就可以感应到输入情况，因而能消除接触式机械装置常碰到的磨损、灰尘和腐蚀等问题，尤其适合在恶劣环境下工作。3-3、MC33794适用领域(4)在汽车安全中的应用。Elesys公司在其SeatSentry乘客保护系统中采用了飞思卡尔的MC33794电场式成像器件来探测乘客的身型和位置，以决定是否需要弹出安全气囊，避免乘客因气囊弹出而受伤3-4、MC33794工作原理由其产生的低频正弦波用以驱动电极，当电极的电场发生变化时，相应的电容值发生改变，测得的电压与1/C成正比，即电容增加则检测的电压减少。图1中的检波器和低通滤波器均在MC33794片内，使用时只需接10nF电容4、触摸按键设计系统设计中，触摸按键系统通过电场传感器的电极，可以非接触感知手指的按键情况。用一个微控制器和MC33794实现对按键的触摸检测和控制，电路相对简单，适用于许多家用电器。4-1、触摸按键的设计原理电场传感器能感知电场中物体在三维空间内的移动。当手掌进入电极产生的电场区域后。电极上的电流会有相应的变化，从而感知手掌距电极的距离。4-1、触摸按键的设计原理采用玻璃的介电常数εr为7．8，玻璃厚度为4mm，电极面积为2cm2，使用单个电极为1个按键，则可有9个按键，如果需要更多的按键，则可用2个或2个以上电极组合构成1个按键，比如用2个电极构成1个组合按键，最多可达45个按键。一般构成1个按键的电极不要超过4个，因为电极越多，电场越弱，不好检测。当手指触摸玻璃表面时，电极间的电容值发生变化，MC33794的引脚LEVEL输出电压发生变化，就可知道手指是否触摸玻璃。4-2、触摸按键的硬件设计主控MCU选用Freescale公司的MC9S12DGl28B单片机。该单片机集成有采样频率为140KS／s的10位A／D转换器、定时器、多达91个I/0端口、SCI等接口。4-2、触摸按键的硬件设计将MC33794的A、B、C、D接到9S12DGl28的PA端口，通过软件控制I/0端口输出，选择需要采样的电极。MC33794共9个电极可以使用，可根据实际情况构成所需的按键。当手指触摸玻璃时，MC33794输出信号大约有0．2V的下降，该信号变化经过放大器放大约1V送入S12的A／D转换器进行检测并加以处理。4-3、软件设计触摸按键系统的软件主要由主程序、初始化模块、触摸灵敏度模块、读电极电压值模块、数字滤波模块以及按键功能子模块等组成，4-3、软件设计4-3、软件设计初始化模块主要初始化定时器、A/D转换器等，以及设置单片机总线速度。要求A／D转换器时钟频率约为1MHz。通过改变灵敏度参数调整所有按键的灵敏度，以适应不同的玻璃面板。当触摸控制器不“工作”时，在软件上将微控制器设定为“低功耗唤醒”模式，同时保持在按键按下时能快速响应，这种模式可用于在人接触时唤醒产品。5、其它ICWTC6508BSI是一种触摸感应按键芯片，该芯片内部集成了自主设计的8通道电容测量电路、自校准电路和RISC处理器，为用户提供8个电容式触摸感应按键的人机界面方案。5-1WTC6508BSI典型应用适用于各种厨房设备，音视频设备，空调器，卫浴电器，灯具开关，安全防卫，仪器仪表，便携式播放器，电子玩具及学习机等产品。5-2WTC6508BSI引脚图5-3WTC6508BSI引脚定义5-4WTC6508BSI触摸感应按键的技术特点通过8个独立的电容传感器输入通道来侦测触摸按键感应盘上电容的变化，通过一系列高效的算法来识别手指的有效触摸，用户可以通过2线串行接口读取按键数据。采用特殊的防水设计：键盘不仅可以防溅水、漫水而且可以在完全被水淹没后正常使用，不同于目前一般的感应按键面板溅水、漫水时容易误动，积水后反应迟钝。或手指按下后出现不准确的误动。优良的抗电磁干扰能力：在家电和一般应用场合的产品上应用时。用户使用单面PCB板即可获得良好的抗射频信号干扰的能力。可以轻松对抗包括GSM手机在内的绝大多数射频干扰源对感应按键的干扰5-5WTC6508BSI触摸感应按键的电路设计5-6电容传感器的材质、形状、面积有一定平面面积的的导电物体，如金属箔、金属片、导电油墨、金属棉、导电橡胶，导电玻璃上的ITO镀膜等，都可以作为按键感应盘。5-6电容传感器的材质、形状、面积在家用电器中一般采用金属弹簧5-6电容传感器的材质、形状、面积在家用电器中也有采用PCB上的铜箔。按键感应盘可以是圆形、椭圆形、多边形或任何有一定面积的几何图形，一般情况下，每个感应盘的面积应尽量保持相同,以确保灵敏度相同。加大感应盘面积有助于提高电容感应的穿透能力,提高灵敏度5-7面板的材质和厚度面板必须采用绝缘材质，如玻璃、塑胶、亚克力等。不同的面板材质具有不同的介电常数，一般情况下，同一厚度的不同材质的面板，介电常数越大，触摸感应灵敏度越高，介电常数越小，灵敏度越低。以下是几种常用面板的介电常数，普通玻璃(或钢化玻璃)：7，亚克力（有机玻璃）：3.5,空气：1，这就是在安装触摸板时，一定要消除空气间隙的原因。对于同一种材质的面板，面板越厚，按键灵敏度降低，面板越薄，灵敏度越高。5-8灵敏度的设定和灵敏度设定电容CSEL在设计好触摸感应按键板，并选定了面板材质和厚度，确定了安装方式以后，只需调节1个电容Csel的值即可改变所有通道的灵敏度以适应不同厚度的面板，达到最佳的触摸感应效果，通过选择适当Csel

的的电容值，可使WTC6508BSI适应0－20mm的不同厚度的绝缘面板。隔离介质越厚使用的Csel

容量越大，一般建议在0.0047UF和0.