電容觸摸傳感的理論框架

　　硬件概述

　　用于捕捉傳感器數據并將其轉換為數值(讀數)的硬件可采用許多方式開(kāi)發(fā)。在電容觸摸傳感設計中，用硬件區分不同單片機供應商針對此應用推出的產(chǎn)品。根據公式2，可以測量和電流與電壓關(guān)系有關(guān)的3個(gè)基本量：

　　1. 充電至固定電壓需要的時(shí)間變化量(Δt，固定V);

　　2. 固定充電時(shí)間內的電壓變化量(ΔV，固定t);

　　3. 固定時(shí)間周期中的頻率變化量(Δf，固定T) 。

　　頻率測量方案基于充電速率公式(重復許多次)，但它對應于較長(cháng)的周期T，而不是單個(gè)充電周期t。所以，充電至固定電壓需要的時(shí)間變化量(Δt，固定V)和固定充電時(shí)間內的電壓變化量(ΔV，固定t)，定義了檢測電容變化的基本方法。根據需要，可以基于這些基本方法來(lái)構造新的測量方案。

　　對于測量充電至固定電壓需要的時(shí)間變化量這種方法，手指產(chǎn)生的附加電容會(huì )增加充電時(shí)間(C上升)，所以時(shí)間讀數會(huì )相應地上升。對于測量固定充電時(shí)間內的電平變化量這種方法，附加電容會(huì )降低相同時(shí)間量?jì)人苓_到的電壓，所以電壓讀數會(huì )下降。最后，對于測量固定時(shí)間周期中的頻率這種方法，頻率會(huì )隨振蕩器RC常數的上升而下降。因此，頻率讀數會(huì )下降。

　　本文以頻率測量方案為例進(jìn)行說(shuō)明，但每個(gè)系統都會(huì )應用后處理方案。使用一種方案時(shí)，電容讀數可能會(huì )上升，而使用另一種方案時(shí)，電容讀數可能會(huì )下降，但這可以在軟件中調整。選擇了硬件方案之后，讀數將根據請求輸入單片機，或按照軟件配置指定的其他時(shí)間間隔輸入單片機。

　　單片機軟件與后處理

　　單片機中的軟件負責處理電容觸摸傳感應用中的許多工作，前提是硬件和傳感器均正常工作。傳感器和整個(gè)系統的質(zhì)量越好，軟件的實(shí)現就越簡(jiǎn)單。開(kāi)發(fā)軟件之前，需要記住每個(gè)傳感器都具有一定的固有寄生電容：Cp(或公式3中的C1)。因此，每個(gè)傳感器都可以檢測到某個(gè)標稱(chēng)值。通過(guò)觀(guān)察傳感器的輸出，可以直觀(guān)方便地確定它，但必須先在軟件中設定該標稱(chēng)值，然后才能以此為基準計算相對于它的偏差。實(shí)現它的最好方式是創(chuàng )建一個(gè)滑動(dòng)平均值——即，16點(diǎn)平均值。通過(guò)存儲先前16個(gè)值來(lái)計算平均值的效率很低，所以改為使用一種看起來(lái)較復雜，但計算較簡(jiǎn)單、可節省存儲空間的求均值方法。

　　與具有極強計算能力的較大的計算機處理器相比，單片機通常在這方面受到限制。與實(shí)際執行除法相比，使用移位、加法和減法可以降低性能損失。此外，這個(gè)求均值程序并不僅限用于電容觸摸傳感——它對于8位單片機的很多應用都非常有用。