電容式觸摸傳感器設計竅門(mén)

該設備的實(shí)現原理圖如圖5所示。

圖5：電容式傳感電路原理圖。

為了實(shí)現電容式傳感和串行通信，該電路采用了賽普拉斯的CY8C21x34系列中的PSoC IC芯片。該芯片包含一組模擬和數字功能塊，這些功能塊可由存儲于板上閃存中的固件來(lái)配置。另一顆芯片負責處理RS232的電平移位，以便建立到主機的通信鏈接，并實(shí)現波特率為115,200的電容式傳感數據記錄。四個(gè)電容傳感按鍵的引腳分配在圖5的表中給出。PSoC是通過(guò)一個(gè)包含電源、地以及編程引腳SCL和SDA的ISSP接頭來(lái)實(shí)現編程的。而通過(guò)一個(gè)DB9連接器將電腦與電容式傳感電路板相連。

調整傳感器

每次調用上列程序中的調用函數CSR_1_Start()時(shí)，均對Button1的電容進(jìn)行測量。原始計數值被存儲于CSR_1_iaSwResult[ ]陣列中。用戶(hù)模塊還跟蹤一個(gè)用于原始計數的基線(xiàn)。每個(gè)按鍵的基線(xiàn)值均為一個(gè)由軟件中的IIR濾波器進(jìn)行周期性計算的平均原始計數值。IIR濾波器的更新速率是可編程的?；€(xiàn)使得系統能夠適應于由于溫度和其它環(huán)境影響而引起的系統中的漂移。開(kāi)關(guān)差分陣列CSR_1_iaSwDiff[ ]包含消除了基線(xiàn)偏移的原始計數值。利用開(kāi)關(guān)差值來(lái)決定按鍵目前的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)。這可使系統的性能保持恒定，即便在基線(xiàn)有可能隨著(zhù)時(shí)間的推移而發(fā)生漂移的情況下也是如此。圖6顯示了固件中實(shí)現的差分計數與按鍵狀態(tài)之間的轉移函數。

圖6：差分計數與按鍵狀態(tài)之間的轉移函數。

該轉移函數中的延滯帶來(lái)了開(kāi)關(guān)狀態(tài)之間的快速轉換，即使計數是有噪聲的情況下也不例外。同時(shí)這還給按鍵帶來(lái)了一種反跳功能。低門(mén)限被稱(chēng)為“噪聲門(mén)限”，而高門(mén)限則被稱(chēng)為“手指門(mén)限”。門(mén)限水平的設定決定了系統的性能。當覆蓋層非常厚時(shí)，信噪比很低。在此類(lèi)系統中設定門(mén)限水平是一項具有挑戰性的工作，而這恰好是電容式傳感設計技巧的一部分。

圖7展示了一個(gè)持續時(shí)間為3秒的按鍵觸壓操作的理想原始計數波形。

圖7：將門(mén)限水平繪制在一個(gè)去除了基線(xiàn)的原始計數圖上。

噪聲門(mén)限被設定的計數值為10，而手指門(mén)限設定的計數值則為60。實(shí)際上，在實(shí)際計數數據中噪聲分量是始終存在，圖中沒(méi)有顯示是為了能清晰地顯示門(mén)限水平。

部分調整過(guò)程還包括選擇電流源DAC的電平以及設置用于計數累加的振蕩器周期數。在固件中，函數CSR_1_SetDacCurrent(200, 0)把電流源設定在其低電流范圍內，數值為200(最高255)，大約對應于14μA。函數CSR_1_SetScanSpeed(255)把振蕩器周期數設定為253(255－2)。原始計數和差分計數的分析表明：該系統的寄生引線(xiàn)電容CP約為15pF而手指電容CF約為0.5pF?？梢?jiàn)，手指電容使總電容產(chǎn)生了約3%的變化。對于每個(gè)按鍵，每個(gè)原始計數值的采集所需要的時(shí)間僅為500μs。