CN101499794A - 电容感应式触摸按键及触摸按键电容的测量方法 - Google Patents

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王鲁克
梁源
贾灵
张其华
祝继华
张冲
赵振东
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Abstract

本发明涉及一种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比较器的负极信号输入端、电阻RC的一端连接，RC的另一端分别与比较器输出端、定时计数模块的信号端及电阻梯形网络中R1的一端连接，R1的另一端接比较器的正极信号输入端。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

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。本申请的设计关键在于如何测量外部触摸按键电容的改变，这是本发明的主要技术特征，其目的在于：由于触摸按键电容的振荡电路的频率是随着触摸按键电容的变化而变化的，通过定时计数单元来检测振荡电路的频率变化，就可以准确地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，使得振荡电路的频率便小，定时计数单元即可检测到这种频率的变化，从而感知按键。电容感应式触摸按键主要由以下几部分构成：①振荡电路：振荡电路主要由比较器和PCB电容触摸按键组成；②PCB电容触摸按键：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；③定时计数模块：检测振荡电路的频率是否变化，从而判断是否有按键按下。
技术方案1：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比较器的负极信号输入端、电阻RC的一端连接，RC的另一端分别与比较器输出端、定时计数模块的信号端及电阻梯形网络中R1的一端连接，R1的另一端接比较器的正极信号输入端。
技术方案2：基于MCU的电容感应式触摸按键电容的测量方法，其特征是：利用PCB触摸按键的电容和MCU内部的资源组成频率能够随着PCB触摸按键电容的改变而改变的振荡电路，系统初始化工作时，在没有按键按下时，每一个触摸按键有其对应的基本电容，MCU记录下每个触摸按键基本电容值对应的振荡频率，当手指按在触摸按键上时，触摸按键的电容值变大，振荡电路的频率变小，MCU检测检测到振荡电路的频率变小时，确认电容触摸按键已被按下。
技术方案3：电容感应式触摸按键电容的测量方法，比较器和PCB电容触摸按键组成振荡电路，该振荡电路的频率随着触摸按键电容的变化而变化，系统初始化工作时，在没有按键按下时，每一个触摸按键有其对应的基本电容，定时计数模块或MCU记录下每个触摸按键基本电容值对应的振荡频率，当手指按在触摸按键上时，触摸按键的电容值变大，振荡电路的频率变小，定时计数单元检测到振荡电路的频率变小时，确认电容触摸按键已被按下。
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是电容感应式触摸按键的第一种方案电路示意图。
图2是电容感应式触摸按键的一种工作系统电路示意图。
图3是电容感应式触摸按键的第二种方案电路示意图。
图4是电容感应式触摸按键的一种工作系统电路示意图。
具体实施方式：
实施例1：参照附图1和2。电容感应式触摸按键，触摸按键形状可以是方形、圆形、条形。触摸按键分布在PCB印刷电路上且分别与比较器的负极信号输入端、电阻RC(电阻RC是指RC1～RCn)的一端连接，RC的另一端分别与比较器输出端、定时计数模块的信号端及电阻R的一端连接，R的另一端接比较器的正极信号输入端。也就是说，1～n个触摸按键分布在PCB印刷电路上且采用导线分别与多路选择模拟开关的信号输入端连接及分别与电阻RC1～RCn的一端连接，RC1～RCn的另一端并接接电阻梯形网络中R1的一端、比较器的信号输出端及定时计数模块的信号端，R1的另一端接比较器的正极信号输入端及R2、R3的一端，R2的另一端接电源，R3的另一端接地，多路选择模拟开关的信号输出端接比较器的负极信号输入端。所述的电阻梯形网络是由R1～R3构成，R1～R3一端并接，其中R1的另一端接比较器的正极信号输入端，R2另一端接电源，R3的另一端接地。
实施例2：参照附图3和4。在实施例1的基础上，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的信号输入端、电阻RC的一端连接，RC的另一端接MCU的信号端及电阻梯形网络中R1的一端连接，R1的另一端接电阻梯形网络中R2和R3一端及MCU的信号端，R2的另一端接MCU的信号端，R3的另一端接地。1～n个触摸按键分布在PCB印刷电路上且采用导线分别与电阻RC1～RCn的一端连接，RC1～RCn的另一端并接接电阻梯形网络中R1的一端、MCU的信号端，R1的另一端接MCU的信号端及R2、R3的一端，R2的另一端接电源，R3的另一端接地。
实施例3：在实施例1或2的基础上，电容感应式触摸按键电容的测量方法，比较器和PCB电容触摸按键组成振荡电路，该振荡电路的频率随着触摸按键电容的变化而变化，系统初始化工作时，在没有按键按下时，每一个触摸按键有其对应的基本电容，定时计数模块或MCU记录下每个触摸按键基本电容值对应的振荡频率，当手指按在触摸按键上时，触摸按键的电容值变大，振荡电路的频率变小，定时计数单元检测到振荡电路的频率变小时，确认电容触摸按键已被按下，也就是说，PCB触摸按键与比较器如图连接，利用PCB触摸按键的电容和比较器，便可以组成频率随着PCB触摸按键的电容改变而改变的振荡电路。并且，该振荡频率与电阻RC和Csensor有关，当电阻RC一定时，振荡的频率只与Csensor有关。系统初始化工作时，在没有按键按下时，每一个触摸按键有其对应的基本电容，定时计数模块记录下每个触摸按键基本电容值对应的振荡频率；由于人体相当于一个接地的电容，当有手指按在PCB触摸按键上时，人体的电容和PCB触摸按键的电容发生耦合，使得该按键的电容变大，从而导致振荡频率变慢。定时计数模块或MCU检测到这种变化，从而感知按键，然后指令后序机构动作，后序机构动作系现有技术，在此不作叙述。
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 (9)

1、一种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比较器的负极信号输入端、电阻RC的一端连接，RC的另一端分别与比较器输出端、定时计数模块的信号端及电阻梯形网络中R1的一端连接，R1的另一端接比较器的正极信号输入端。
2、根据权利要求1所述的电容感应式触摸按键，其特征是：所述的电阻RC是指RC1～RCn。
3、根据权利要求1或2所述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多路选择模拟开关的信号输入端连接及分别与电阻RC1～RCn的一端连接，RC1～RCn的另一端并接接电阻梯形网络中R1的一端、比较器的信号输出端及定时计数模块的信号端，R1的另一端接比较器的正极信号输入端及R2、R3的一端，R2的另一端接电源，R3的另一端接地，多路选择模拟开关的信号输出端接比较器的负极信号输入端。
4、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的信号输入端、电阻RC的一端连接，RC的另一端接MCU的信号端及电阻梯形网络中R1的一端连接，R1的另一端接电阻梯形网络中R2和R3一端及MCU的信号端，R2的另一端接MCU的信号端，R3的另一端接地。
5、根据权利要求4所述的基于MCU的电容感应式触摸按键，其特征是：所述的电阻RC是指RC1～RCn。
6、根据权利要求4或5所述的基于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电阻RC1～RCn的一端连接，RC1～RCn的另一端并接接电阻梯形网络中R1的一端、MCU的信号端，R1的另一端接MCU的信号端及R2、R3的一端，R2的另一端接电源，R3的另一端接地。
7、根据权利要求1或4所述的电容感应式触摸按键，其特征是：所述的电阻梯形网络是由R1～R3构成，R1～R3一端并接，其中R1的另一端接比较器的正极信号输入端，R2另一端接电源，R3的另一端接地。
8、根据权利要求1或4所述的电容感应式触摸按键，其特征是：触摸按键形状可以是方形、圆形、条形。
9、一种电容感应式触摸按键电容的测量方法，其特征是：比较器和PCB电容触摸按键组成振荡电路，该振荡电路的频率随着触摸按键电容的变化而变化，系统初始化工作时，在没有按键按下时，每一个触摸按键有其对应的基本电容，定时计数模块或MCU记录下每个触摸按键基本电容值对应的振荡频率，当手指按在触摸按键上时，触摸按键的电容值变大，振荡电路的频率变小，定时计数单元检测到振荡电路的频率变小时，确认电容触摸按键已被按下。
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