CN101499793A - 基于mcu的电容感应式触摸按键及触摸按键电容的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于MCU的电容感应式触摸按键及触摸按键电容的测量方法，触摸按键分布在PCB印刷电路上且分别与MCU的I/O口端及电阻R的一端连接，R的另一端接地。优点：一是采用电容触摸感应技术设计触摸按键，成本低，无需特殊传感器；二是功耗较低；三是感应式轻触即可实现其信号的输出；四是实现方式的可以多样性，并且可以实现精度定位；五是可替代各种机械按键、开关和接近探测器；六是结构简单，耐磨损的好；七是由于不使用传统的按键，该触摸感应按键可采用整体无缝面板，其防尘效果极佳，提高了产品的可靠性。

Description

基于MCU的电容感应式触摸按键及触摸按键电容的测量方法

技术领域

本发明涉及一种基于MCU的电容感应式触摸按键及触摸按键电容的测量方法，主要用于电子产品控制，属触摸按键制造领域。

背景技术

目前传统的机械按键具有易磨损、安装复杂、受温度、湿度、灰尘等环境因素影响变化较大等缺点；而压电薄磨式触摸按键不仅造价高昂，而且容易损坏，并且受温度和湿度影响，其输出信号的值误差大，易造成误动或不动。

发明内容

设计目的：为了避免背景技术中存在的不足之处，设计一种采用PCB印刷电路作为感应电容且灵敏和准确性高的基于MCU的电容感应式触摸按键及触摸按键电容的测量方法。

设计方案：为了实现上述设计目的。本发明采用MCU检测触摸按键电容的RC充放电时间的变化来判断触摸按键电容的变化，从而判断触摸按键是否被按下。当手指按在触摸按键上时，触摸按键的电容值变大，使得RC充放电时间变长，MCU检测到这种变化，从而感知按键。主要由以下几部分构成：①MCU：MCU是单片机，是系统的核心部分，完成对各个触摸按键电容的检测和按键是否被按下的判断；②触摸按键：设计在PCB板上的按键触摸区域，触摸按键形状可以是方形、圆形、条形或其他各种形状。

技术方案1：基于MCU的电容感应式触摸按键，其特征在是：触摸按键分布在PCB印刷电路上且分别与MCU的I/O口端及电阻R的一端连接，R的另一端接地。

技术方案2：基于MCU的电容感应式触摸按键，1～n个触摸按键分布在PCB印刷电路上且采用导线分别与MCU在的1～n个I/O口连接，两个触摸按键间设有电阻R连接。

技术方案3：基于MCU的电容感应式触摸按键及触摸按键电容的测量方法，MCU的1～n个I/O口对分布在PCB印刷电路上触摸按键电容充电或放电，当没有手指按下时，PCB触摸按键有一个基本电容，MCU记录对基本电容充电或放电至一定电压的充放电时间，当手指按在PCB触摸按键上时，MCU检测到充放电时间变化到达一定阈值时，MCU判断有按键按下，并计算按键值。

本发明与背景技术相比，一是采用电容触摸感应技术设计触摸按键，成本低，无需特殊传感器；二是功耗较低；三是感应式轻触即可实现其信号的输出；四是实现方式的可以多样性，并且可以实现精度定位；可替代各种机械按键、开关和接近探测器，并且隔着玻璃(或塑料)的按键，即能感应到你手指的动作、执行相应的动作；六是结构简单，耐磨损的好；七是由于不使用传统的按键，该触摸感应按键可采用整体无缝面板，其防尘效果极佳，提高了产品的可靠性。

附图说明

图1是一种基于MCU的电容感应式触摸按键实施方案的电路示意图。

图2是一种基于MCU的电容感应式触摸按键的工作系统模拟示意图。

具体实施方式

实施例1：参照附图1。基于MCU的电容感应式触摸按键，触摸按键分布在PCB印刷电路上且分别与MCU的I/O口端及电阻R的一端连接。触摸按键、MCU的I/O口端及电阻均为1～n个且如附图1所示一一对应。

实施例2：参照附图2。1～n个触摸按键分布在PCB印刷电路上且采用导线分别与MCU在的1～n个I/O口连接，两个触摸按键间采用电阻R连接。1～n个I/O口依次为高电平、低电平，高电平、低电平……且成对匹配。

实施例3：在实施例1和2的基础上，基于MCU的电容感应式触摸按键及触摸按键电容的测量方法，MCU的1～n个I/O口对分布在PCB印刷电路上触摸按键电容充电或放电，当没有手指按下时，PCB触摸按键有一个基本电容，MCU记录对基本电容充电或放电至一定电压的充放电时间，当手指按在PCB触摸按键上时，MCU检测到充放电时间变化到达一定阈值时，MCU判断有按键按下，并计算按键值。

电容充电的计算公式为：

$U_C=E*(1-\exp (-\frac{t}{\mathrm{RC}}))---\left(1\right)$

电容放电的计算公式为：

$U_C=E*\exp (-\frac{t}{\mathrm{RC}})---\left(2\right)$

设V0为电容上的初始电压值；

V1为电容最终可充到或放到的电压值；

Vt为t时刻电容上的电压值；

则电容上的电压值为：

$\mathrm{Vt}=V0+(V1-V0)*[1-\exp (-\frac{t}{\mathrm{RC}})]---\left(3\right)$

充电时间：

$t=\mathrm{RC}*\mathrm{Ln}\left(\frac{V1-V0}{V1-\mathrm{Vt}}\right)---\left(4\right)$

由公式(4)可以看出，将某一电容充电至一定电压的时间与电容和电阻的值有关，当电阻值一定时，充电时间与电容大小成正比。参照附图1——通过MCU的I/O口可以对外部的PCB触摸按键电容充电。当没有手指按下时，PCB触摸按键有一个基本电容，MCU可以记录对基本电容充电至一定电压的充电时间；由于人体相当于一个接地的电容，当手指按在PCB触摸按键上时，人体的电容会和PCB触摸按键的电容发生耦合，使得PCB触摸按键的电容变大，导致对其充电到达设定电压的时间也变长。同理，也可以通过MCU的I/O口对触摸按键电容进行放电，MCU可以记录对触摸按键放电至一定电压的放电时间来进行对触摸按键电容的测量。MCU检测到充放电时间变化到达一定阈值时，判断有按键按下，并计算按键值。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明作了比较详细的描述，但是这些描述，只是对本发明的发明思路进行文字描述，而不是对本发明进行限制，任何不超出本发明的设计思想的组合、省略或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1、一种基于MCU的电容感应式触摸按键，其特征是：触摸按键分布在PCB印刷电路上且分别与MCU的I/O口端及电阻R的一端连接，R的另一端接地。

2、根据权利要求1所述的基于MCU的电容感应式触摸按键，其特征是：触摸按键、MCU的I/O口端及电阻R均为1～n个。

3、一种基于MCU的电容感应式触摸按键，其特征是：1～n个触摸按键分布在PCB印刷电路上且采用导线分别与MCU在的1～n个I/O口连接，两个触摸按键间设有电阻R连接。

4、根据权利要求3所述的基于MCU的电容感应式触摸按键，其特征是：1～n个I/O口依次为高电平、低电平，高电平、低电平……且成对匹配。

5、一种基于MCU的电容感应式触摸按键及触摸按键电容的测量方法，其特征是：MCU的1～n个I/O口对分布在PCB印刷电路上触摸按键电容充电或放电，当没有手指按下时，PCB触摸按键有一个基本电容，MCU记录对基本电容充电或放电至一定电压的充放电时间，当手指按在PCB触摸按键上时，MCU检测到充放电时间变化到达一定阈值时，MCU判断有按键按下，并计算按键值。

6、根据权利要求1所述的基于MCU的电容感应式触摸按键及触摸按键电容的测量方法，其特征是：触摸按键电容的测量是利用MCU测量电容的充放电时间，包括充电时间、放电时间、充放电平均时间的时间测量方法。

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