基于電容式觸摸按鍵技術(shù)的七彩燈設計

摘要：隨著(zhù)電子科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電容式觸摸按鍵已經(jīng)越來(lái)越多地應用于各種電子產(chǎn)品設計中。傳統機械按鍵輸入方式的電路復雜，并且容易磨損、使用壽命短。而電容式觸摸按鍵技術(shù)電路簡(jiǎn)單、操作方便，并且靈敏準確，很好的彌補了機械按鍵的缺點(diǎn)和不足。文章采用BF6911AS10電容式觸摸按鍵控制芯片，利用電池供電，通過(guò)GPIO口模擬PWM輸出控制RGB三色LED燈頭實(shí)現七彩燈功能。利用不同的觸摸按鍵結合軟件設計完成開(kāi)關(guān)機、顏色循環(huán)、顏色改變等功能。研究結果表明，所設計的電容式觸摸按鍵響應速度快、抗干擾能力強、檢測精度準確，具有很大的應用價(jià)值與市場(chǎng)前景。
關(guān)鍵詞：電容式；觸摸按鍵；靈敏度；脈沖寬帶調制

0 引言
隨著(zhù)電子科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，觸摸輸入方式已經(jīng)在眾多領(lǐng)域得到了應用。傳統的普通機械按鍵使用壽命只有十幾萬(wàn)次，相比之下，由于觸摸輸入方式采用非接觸式按鍵技術(shù)，其使用壽命遠遠超過(guò)機械按鍵，可靠性也不會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的增加而降低。另外，觸摸按鍵的外觀(guān)簡(jiǎn)潔、操作方便、靈敏準確等優(yōu)點(diǎn)，也使得觸摸按鍵輸入方式具有很高的實(shí)用性和操控性，以及很好的發(fā)展前景。
觸摸輸入方式可以根據選用的觸摸傳感器類(lèi)型的不同而分為電阻式、電波式、電磁式、光學(xué)式、電感式和電容式。以上每種觸摸方式都有著(zhù)其獨特的性能優(yōu)點(diǎn)，從而可以適用于不同場(chǎng)合。而電容式觸摸輸入方式的制造工藝成本低廉、檢測便捷準確，并且硬件免維護，因此作為最主要的觸摸輸入方式。本文利用芯片的GPIO口模擬PWM輸出控制RGB三色LED燈頭配比出七種顏色的燈光效果，并采用電容式觸摸按鍵技術(shù)實(shí)現開(kāi)關(guān)機、顏色循環(huán)和顏色改變的功能，很好地將電容式觸摸按鍵技術(shù)與實(shí)際應用結合為一體。

1 硬件電路設計
1．1 主控模塊
按照本設計的特點(diǎn)及需求，選用BF6911AS10電容式觸摸按鍵控制芯片。該芯片共有16個(gè)引腳，內含10個(gè)電容式觸摸感應通道，每個(gè)觸摸按鍵都能獨立運行，通過(guò)芯片內置的升壓電路，可方便地調節觸摸按鍵靈敏度，其中有8個(gè)通道可復用為GPIO口。該芯片內置主頻為24MHz的單片機內核以及用于使外部的輸入信號與內部的振蕩信號同步的PLL(鎖相環(huán))模塊；并帶有LDO(低壓差線(xiàn)性穩壓器)模塊，可提高電源的信噪比。
電容式觸摸是利用人體電流感應進(jìn)行工作的。當給觸摸工作面通上很低電壓時(shí)，由于人是零電勢體，手指在觸摸工作面時(shí)，手指的電場(chǎng)會(huì )和工作面形成耦合電容，而電容在高頻電流中變?yōu)閷?，因此手指?huì )從接觸點(diǎn)吸走很小的電流，電容式觸摸控制電路則可檢測到微弱的電流變化，從而實(shí)現按鍵檢測。該芯片內置防水和基線(xiàn)更新算法，可以很好地適應環(huán)境變化，從而使得耦合電容較為穩定。因此BF6911AS10是一款適用于需準確而穩定地檢測按鍵信息的芯片。其芯片結構及功能原理框圖如圖1所示。

1．2 外圍硬件模塊
系統以BF6911AS10電容式觸摸按鍵控制芯片作為主控，外接6個(gè)觸摸按鍵、RGB三色LED燈模塊、5V鋰電池以及帶鋰電池充電保護功能的充電電路。
1．2．1 電源模塊
電源模塊包括鋰電池充電電路及鋰電池保護電路。充電電路采用QX4054鋰電池充電管理控制芯片。該芯片內含高精度比較器、恒流控制電路、充電狀態(tài)指示電路以及過(guò)充過(guò)熱保護電路。QX4054具有電路集成度高、功能齊全、外接元件少、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合便攜式設備使用。鋰電池保護電路采用DW01芯片，該芯片內置高精度的電壓檢測與時(shí)間延遲電路，可以避免鋰電池因過(guò)度充放電、電流過(guò)大導致電池壽命縮短或電池被破壞。系統采用5V鋰電池供電，由于系統整體功耗非常低，因此可保持長(cháng)時(shí)間工作。當電池電壓不足時(shí)，便可通過(guò)DC座插孔對電池進(jìn)行充電，并配有LED作為充電指示燈。