電磁爐應用中的電容式觸摸按鍵解決方案

1 引言

　　相較于機械式按鍵和電阻式觸摸按鍵，電容式觸摸按鍵不僅耐用，造價(jià)低廉，機構簡(jiǎn)單易于安裝，防水防污，而且還能提供如滾輪、滑動(dòng)條的功能。但是電容式觸摸按鍵也存在很多的問(wèn)題，因為沒(méi)有機械構造，所有的檢測都是電量的微小變化，所以對各種干擾敏感得多。ST針對家電應用特別是電磁爐應用，推出了一個(gè)基于STM8系列8位通用微控制器平臺的電容式觸摸感應方案，無(wú)需增加專(zhuān)用觸摸芯片，僅用簡(jiǎn)單的外圍電路即可實(shí)現電容式觸摸感應功能，方便客戶(hù)二次開(kāi)發(fā)。

　　2 方案介紹

　　ST的電容式觸摸按鍵方案通過(guò)一個(gè)電阻和感應電極的電容CX構成的阻容網(wǎng)絡(luò )的充電/放電時(shí)間來(lái)檢測人體觸摸所帶來(lái)的電容變化。如圖1所示，當人手按下時(shí)相當于感應電極上并聯(lián)了一個(gè)電容CT，增加了感應電極上的電容，感應電極進(jìn)行充放電的時(shí)間會(huì )增加，從而檢測到按鍵的狀態(tài)。而感應電極可以直接在PCB板上繪制成按鍵、滾輪或滑動(dòng)條的應用樣式，也可以做成彈簧件插在PCB板上，即使隔著(zhù)絕緣層(玻璃、樹(shù)脂)也不會(huì )對其檢測性能有所影響。

　　圖1 STM8S電容式觸摸按鍵的工作原理

　　電磁爐是采用磁場(chǎng)感應電流的加熱原理對食物進(jìn)行加熱。加熱時(shí)，通過(guò)面板下方的線(xiàn)圈產(chǎn)生強磁場(chǎng)，磁力線(xiàn)穿過(guò)導磁體做的鍋的底部時(shí)，鍋具切割交變磁力線(xiàn)而在鍋具底部產(chǎn)生渦流使鍋底迅速發(fā)熱，達到加熱食物的目的。在本解決方案中采用44pin的STM8S105S4做按鍵顯示板的主控芯片，控制13個(gè)按鍵的掃描、24個(gè)LED及一個(gè)4位數碼管的顯示、I2C與主板的通訊，并留有一個(gè)SWIM接口方便工程師調試之用(如圖2)。

　　STM8S105S4采用的是ST高級STM8內核，具備3級流水線(xiàn)的哈佛結構，3.0~5.5V工作電壓，內部16MHz RC可提供MCU 16MHz工作頻率，提供低功耗模式和外設時(shí)鐘關(guān)閉功能，共有34個(gè)I/O可用。STM8S105S4 具有2KB的RAM和16KB的FLASH，還有可達30萬(wàn)次擦寫(xiě)次數的1KB EEPROM數據存儲器。

　　圖2 電磁爐按鍵板原理

　　3 電磁爐工作環(huán)境中的干擾

　　1.電磁干擾

　　電磁爐在加熱鍋的同時(shí)，也對電路板上感應電極正向或反向的電流，從而會(huì )縮短或增長(cháng)按鍵充放電時(shí)間，會(huì )對按鍵的檢測造成很大影響，甚至產(chǎn)生誤動(dòng)作，常見(jiàn)的方法采用硬件屏蔽和過(guò)零點(diǎn)檢測來(lái)消除電磁輻射對按鍵的影響。

　　硬件屏蔽