基于電場(chǎng)傳感器MC33794的觸摸按鍵設計

2 電場(chǎng)傳感器MC33794簡(jiǎn)介
MC33794內部能夠產(chǎn)生低電平電場(chǎng)，所有功能均集成于單芯片中，可測量由于物體在電場(chǎng)中移動(dòng)而造成的電場(chǎng)負載。該器件產(chǎn)生的低頻正弦波的頻率可通過(guò)外部電阻調節，最優(yōu)頻率為120 kHz。此正弦波含有極少的的諧波分量，可以避免產(chǎn)生諧波干擾。它是行業(yè)內唯一可產(chǎn)生及檢測低電平電場(chǎng)并支持微控制器的集成電路。MC33794適用領(lǐng)域：
(1)家用電器可輕松植入自動(dòng)開(kāi)關(guān)功能。如果在某些電器的控制端中嵌入幾個(gè)電極，這些電器被移動(dòng)時(shí)就會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)，而放回原處時(shí)又會(huì )自動(dòng)斷電關(guān)閉。另外還可嵌入更多的電極，并定義這些電極的功能，從而能讓使用者通過(guò)輕微觸動(dòng)這些電極控制家用電器。
(2)能夠方便地實(shí)現包括液位檢測、溢出檢測和濕度檢測等應用。例如，可對爐火進(jìn)行編程控制，當爐上的液體被加熱至沸騰溢出時(shí)，爐火能夠自動(dòng)減小或關(guān)閉。
(3)應用在觸摸屏輸入中，而無(wú)需薄膜開(kāi)關(guān)或昂貴的多層電阻式觸摸板，也無(wú)需接觸式的機械裝置就可以感應到輸入情況，因而能消除接觸式機械裝置常碰到的磨損、灰塵和腐蝕等問(wèn)題，尤其適合在惡劣環(huán)境下工作。
(4)在汽車(chē)安全中的應用。Elesys公司在其SeatSentry乘客保護系統中采用了飛思卡爾的MC33794電場(chǎng)式成像器件來(lái)探測乘客的身型和位置，以決定是否需要彈出安全氣囊，避免乘客因氣囊彈出而受傷。
由此可見(jiàn)，飛思卡爾公司推出的這款電場(chǎng)傳感器集成電路，擴展了該傳感技術(shù)的應用范圍，可用于消費品、電器和工業(yè)等領(lǐng)域，提高了這些領(lǐng)域設備的可靠性和易用性。

3 MC33794工作原理
MC33794工作原理如圖l所示。由其產(chǎn)生的低頻正弦波用以驅動(dòng)電極，當電極的電場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，相應的電容值發(fā)生改變，測得的電壓與1/C成正比，即電容增加則檢測的電壓減少。圖1中的檢波器和低通濾波器均在MC33794片內，使用時(shí)只需接10 nF電容。

4 觸摸按鍵系統設計
4．1 觸摸按鍵的設計原理
電場(chǎng)傳感器能感知電場(chǎng)中物體在三維空間內的移動(dòng)，如圖2所示。當手掌進(jìn)入電極產(chǎn)生的電場(chǎng)區域后。電極上的電流會(huì )有相應的變化，從而感知手掌距電極的距離。

采用玻璃的介電常數εr為7．8，玻璃厚度為4 mm，電極面積為2 cm2，使用單個(gè)電極為1個(gè)按鍵，則可有9個(gè)按鍵，如果需要更多的按鍵，則可用2個(gè)或2個(gè)以上電極組合構成1個(gè)按鍵，比如用2個(gè)電極構成1個(gè)組合按鍵，最多可達45個(gè)按鍵。一般構成1個(gè)按鍵的電極不要超過(guò)4個(gè)，因為電極越多，電場(chǎng)越弱，不好檢測。
當手指觸摸玻璃表面時(shí)，電極間的電容值發(fā)生變化，MC33794的引腳LEVEL輸出電壓發(fā)生變化，就可知道手指是否觸摸玻璃。