CN200947594Y - 一种电容感应式触摸电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种电容感应式触摸电路，包括人体感应电路，在所述人体感应电路中包含有触摸感应区和耦合电容，所述耦合电容连接信号发生电路的振荡信号输出端，根据人体的触摸状态向信号处理电路输出相应的电平信号，进而经所述的信号处理电路进行整流滤波处理后，输出给模拟信号输出电路进行信号放大，并将放大后的电压信号输出给单片机，以对触摸状态进行响应。本实用新型的电容感应式触摸电路采用单片机和分离元件组成新的电路结构，有效降低了控制电路的成本，并且解决了以往集成电路在电压不稳定或遇到高频辐射干扰情况时出现的控制失灵问题以及集成电路初次上电时的误判问题，有效提高了系统工作的可靠性和稳健性。

Description

一种电容感应式触摸电路
技术领域
本实用新型属于消费类电子产品的控制系统领域，具体地说，是涉及一种电容感应式触摸电路，可广泛应用于家用电器、音视频设备、医疗器械、汽车电子、工业控制等控制系统领域。
背景技术
触摸控制技术是近几年来兴起的一种新技术，其原理是通过人体的电容感应来实现的一种新型按键控制方式。LG、海尔、帅康、康佳等国内外著名厂家纷纷在自己的家电产品上推出了包含此种控制方式的产品。由于采用此种技术的产品没有机械动作，所以无磨损、寿命长、易清洁、整体美观大方，已逐渐成为高档家电产品的象征之一。
目前，实现触摸控制技术的方案都是采用美国、日本、韩国、台湾等公司专用的集成芯片配合外围辅助电路实现。其缺点是成本高、采购周期长，并且在遇到电压不稳定或高频辐射干扰的情况下会出现控制失灵现象。存在此问题的主要原因是由于专用芯片由单纯的硬件电路实现，对于高频辐射干扰往往是通过内部的自动调整振荡频率来减少失灵现象，但不能避免强干扰下的失灵问题，而且对于电压不稳定情况产生的失灵更是无能为力。
发明内容
本实用新型为了解决现有技术中采用专用集成芯片实现触摸控制技术所带来的成本高、在电压不稳或高频辐射干扰的情况下易出现失灵的问题，提供了一种新型的电容感应式触摸电路，采用单片机和分离元件组合实现，不仅有效降低了成本，而且提高了触摸电路的抗干扰能力，增强了系统工作的稳健性。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种电容感应式触摸电路，包括人体感应电路，在所述人体感应电路中包含有触摸感应区和耦合电容，所述耦合电容连接信号发生电路的振荡信号输出端，根据人体的触摸状态向信号处理电路输出相应的电平信号，进而经所述的信号处理电路进行整流滤波处理后输出给模拟信号输出电路进行信号放大，进而输出给单片机对触摸状态进行响应。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述信号处理电路的输出端经信号选通电路连接所述的模拟信号输出电路；所述信号选通电路接收单片机发出的选通指令，将选择的一路电压信号输出给所述的模拟信号输出电路。所述模拟信号输出电路经模数转换电路连接所述的MCU，向其输出数字信号。
作为上述技术方案的具体实现电路，所述耦合电容一端连接信号发生电路的输出端，另一端一方面连接所述的触摸感应区，另一方面连接阻抗匹配电阻，在所述阻抗匹配电阻上产生的电压变化经信号处理电路进行整流滤波处理。所述阻抗匹配电阻一端接地，另一端一路连接所述的耦合电容，另一路经隔直电容连接半波整流电路，对波形信号进行整流后连接电阻分压网络，进而经滤波电容进行滤波处理后向所述的信号选通电路输出电压信号。
所述的人体感应电路和信号处理电路包含有多路，输出的电压信号分别与信号选通电路的不同输入端对应连接；所述信号选通电路采用一个或多个多路开关芯片实现，其输入端与信号处理电路的输出端对应连接，选通端连接所述的MCU，接收MCU发出的选通指令，通过多路开关芯片的输出端输出选通的电压信号，进而经所述模拟信号输出电路中的运算放大电路进行电压放大处理后，向MCU输出电压模拟信号；所述电压模拟信号同时经模数转换电路连接MCU。在所述模数转换电路中包含有一由运算放大器和分压电阻组成的比较电路，所述运算放大器的同相输入端接收所述的电压模拟信号，反相输入端经其中一分压电阻连接直流电源，经另一分压电阻接地，输出端连接可直接连接MCU的数字信号输入端，亦可通过一NPN型三极管将TTL电平转换为CMOS电平在输入到所述的MCU中。其具体实现方式是：所述比较电路的输出端连接NPN型三极管的基极，所述三极管的发射极接地，集电极一方面经电阻连接直流电源，另一方面连接所述MCU的数字信号输入端。
在所述的信号发生电路中包含有一非门，其外围连接阻容充放电电路，输出方波振荡信号经二极管整形电路连接所述的耦合电容。在所述耦合电容和阻抗匹配电阻的连接节点处连接有一电压嵌位电路，在所述电压嵌位电路中，开关二极管的负极连接直流电源，正极连接耦合电容与阻抗匹配电阻的连接节点，将电压幅度限制在5.7V以内。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的电容感应式触摸电路采用单片机和分离元件组成新的电路结构，有效降低了控制电路的成本，并且解决了以往集成电路在电压不稳定或遇到高频辐射干扰情况时出现的控制失灵问题以及集成电路初次上电时的误判问题，有效提高了系统工作的可靠性和稳健性，从根本上摆脱了对国外公司产品的依赖，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本实用新型电容感应式触摸电路的原理方框图；
图2是电容感应式触摸电路的具体电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细地说明。
本实用新型的电容感应式触摸电路采用单片机和分离元器件组合实现，包括信号发生电路、人体感应电路、信号处理电路、信号选通电路、模拟信号输出电路、数字信号输出电路和MCU，参见图1所示。信号发生电路向人体感应电路输出振荡信号，人体感应电路对人体的触摸状态进行感应，输出电压信号经信号处理电路进行整流滤波处理后，输出毫伏级电压信号。所述人体感应电路和信号处理电路包含有多路，对应不同的功能按键，响应不同按键的触摸状态，输出不同伏值的电压信号。所述信号选通电路包含多个输入端，分别连接不同信号处理电路输出的电压信号，并在MCU输出的选通信号的控制作用下，将选中的一路电压信号通过其输出端输出到模拟信号输出电路进行电压放大，进而向MCU输出模拟电压信号，并通过数字信号输出电路将模拟信号转换成数字信号输出到所述的MCU中。所述MCU根据接收到的模拟信号的电压不同或数字信号的高低状态，判断哪个按键被触摸，进而根据其内部定义的逻辑协议控制相应的外围处理电路完成被触摸按键对应的功能，进而实现对产品的有效控制，其具体电路原理图参见图2所示。
图2中，非门芯片IC2和外围电阻R101、R102、电容C101组成振荡电路，通过阻容充放电实现振荡信号的输出，所述振荡信号经二极管D101、D102和电阻R103组成的整形电路处理后，生成近似的方波信号输出到人体感应电路中。在所述人体感应电路中包含有耦合电容C201、触摸感应区SW1和由开关二极管D201、+5V直流电源组成的电压嵌位电路。耦合电容C201一端连接信号发生电路的输出端，另一端一方面连接触摸感应区SW1，另一方面经信号处理电路中的阻抗匹配电阻R201接地，电压嵌位电路连接在所述耦合电容C201和阻抗匹配电阻R201的连接节点(A点)处，进而将输出的电压波形幅度限制在5.7V以下。当人体接近触摸感应区SW1时，会引起A点到地的阻抗发生变化，从而导致输出电压的波形发生变化，进而实现对触摸状态的响应。所述电压波形信号通过信号处理电路中的隔直电容C202连接由二极管D202、D203组成的半波整流电路，进而经分压电阻网络R202、R203连接滤波电容C202，整流滤波处理后的电压信号输入到信号选通电路的输入端。所述信号选通电路采用一多路开关芯片IC3实现，其输入端Xn接收不同信号处理电路输出的电压信号1～N，图中仅示出了三路；选通控制端A、B、C接收MCU发出的选通指令，将选中的一路输入信号通过其输出端X输出到模拟信号输出电路中。MCU采用分时扫描的方式选通多路开关芯片IC3的各路输入信号，选中的电压信号经模拟信号输出电路中的运算放大器IC4进行放大处理后一方面以模拟信号方式输出到所述的MCU中，也可以经数字信号输出电路进行模数转换后向MCU输出数字信号。在所述数字信号输出电路中包含有一由运算放大器IC5和分压电阻R505、R506组成的比较电路，其中，运算放大器IC5的同相输入端+连接模拟信号输出电路的输出端，反相输入端-经分压电阻R505连接+5V直流电源，经分压电阻R506接地，输出TTL电平信号通过电阻R507连接一NPN型三极管Q1的基极。所述三极管Q1的发射极接地，集电极一方面经电阻R508连接+5V直流电源，另一方面经电阻R510、滤波电容C502连接所述MCU的数字信号输入端DATA_IN，将比较电路输出的TTL电平信号转换成0-5V的CMOS电平信号输出给所述的MCU。所述MCU根据接收到的电平状态控制相应的外围电路响应用户操作。
本实用新型通过采用上述简单的电路结构，利用软件和硬件的结合，很好地解决了电压不稳和高频辐射干扰对触摸感应电路的影响，提高了控制系统运行的稳定性和可靠性。当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电容感应式触摸电路，包括人体感应电路，其特征在于：在所述人体感应电路中包含有触摸感应区和耦合电容，所述耦合电容连接信号发生电路的振荡信号输出端，根据人体的触摸状态向信号处理电路输出相应的电平信号，进而经所述的信号处理电路进行整流滤波处理后输出给模拟信号输出电路进行信号放大，进而输出给单片机对触摸状态进行响应。
2.根据权利要求1所述的电容感应式触摸电路，其特征在于：所述信号处理电路的输出端经信号选通电路连接所述的模拟信号输出电路；所述信号选通电路接收单片机发出的选通指令，将选择的一路电压信号输出给所述的模拟信号输出电路。
3.根据权利要求2所述的电容感应式触摸电路，其特征在于：所述模拟信号输出电路经模数转换电路连接所述的MCU，向其输出数字信号。
4.根据权利要求1或3所述的电容感应式触摸电路，其特征在于：所述耦合电容(C201)一端连接信号发生电路的输出端，另一端一方面连接所述的触摸感应区(SW1)，另一方面连接阻抗匹配电阻(R201)，在所述阻抗匹配电阻(R201)上产生的电压变化经信号处理电路进行整流滤波处理。
5.根据权利要求4所述的电容感应式触摸电路，其特征在于：所述阻抗匹配电阻(R201)一端接地，另一端一路连接所述的耦合电容(C201)，另一路经隔直电容(C202)连接半波整流电路(D202、D203)，对波形信号进行整流后连接电阻分压网络(R202、R203)，进而经滤波电容(C202)进行滤波处理后向所述的信号选通电路输出电压信号。
6.根据权利要求5所述的电容感应式触摸电路，其特征在于：所述的人体感应电路和信号处理电路包含有多路，输出的电压信号分别与信号选通电路的不同输入端对应连接；所述信号选通电路采用一个或者多个多路开关芯片(IC3)实现，其输入端与信号处理电路的输出端对应连接，选通端连接所述的MCU，接收MCU发出的选通指令，通过多路开关芯片(IC3)的输出端输出选通的电压信号，进而经所述模拟信号输出电路中的运算放大电路进行电压放大处理后，向MCU输出电压模拟信号。
7.根据权利要求6所述的电容感应式触摸电路，其特征在于：在所述模数转换电路中包含有一由运算放大器(IC5)和分压电阻(R505、R506)组成的比较电路，所述运算放大器(IC5)的同相输入端连接模拟信号输出电路的输出端，反相输入端经其中一分压电阻(R505)连接直流电源，经另一分压电阻(R506)接地，输出端连接所述MCU的数字信号输入端。
8.根据权利要求7所述的电容感应式触摸电路，其特征在于：所述比较电路的输出端连接一NPN型三极管(Q1)的基极，所述三极管(Q1)的发射极接地，集电极一方面经电阻连接直流电源，另一方面连接所述MCU的数字信号输入端。
9.根据权利要求7或8所述的电容感应式触摸电路，其特征在于：在所述的信号发生电路中包含有一非门(IC2)，其外围连接阻容充放电电路(R101、R102、C101)，输出方波振荡信号经二极管整形电路(D101、D102)连接所述的耦合电容(C201)。
10.根据权利要求9所述的电容感应式触摸电路，其特征在于：在所述耦合电容(C201)和阻抗匹配电阻(R201)的连接节点处连接有一电压嵌位电路，在所述电压嵌位电路中，开关二极管(D201)的负极连接直流电源，正极连接耦合电容(C201)与阻抗匹配电阻(R201)的连接节点。
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