CN202957802U - 基于ad的电容触摸按键电路 - Google Patents

Abstract

一种基于AD的电容触摸按键电路，其特征是包括窄脉冲波信号发生电路、按键感应采样电路以及整形升压电路，所述窄脉冲波信号发生电路的信号输出端与整形升压电路的输入端连接，整形升压电路的信号输出端与按键感应采样电路的信号输入端连接，按键感应采样电路的信号输出端与A/D电路的信号输入端连接。本实用新型利用MCU产生高低电平不相等的脉冲波，来降低触摸电路功耗，并通过降低工作频率和升压方式来提高触摸的灵敏度和可靠性。其能应用于PVC等塑胶材料面板上，有利于设计出更好的外观，并可降低整体产品成本。

Description

基于AD的电容触摸按键电路

技术领域

本实用新型涉及一种基于AD的电容触摸按键电路。

背景技术

随着人们对家电要求的提高，电容式触摸按键，以其长寿命、防水防污、易清洁及美观在家电领域应用越来越广，并成为其一个卖点。一般家电类产品的按键数量都在8个以下，虽然目前市面上有很多专用的电容触摸芯片，但是成本高，应用灵活性较差、不利于产品性价比的提升、在这种成本要求高的产品上应用较为困难；现有的基于AD的电容触摸方案，虽然其自身有成本低、应用灵活，能实现触摸功能，但是此种方案在家电应用上的局限性非常大，这是基于它的原理造成的（现有触摸方案请参考宁波大学学报（理工版）2010年7月第3期第23卷）。目前基于AD的电容触摸方案，大多是利用单片机的PWM口产生100KHz～1GHz之间某个频点的方波，通过电平转换电路（单片机工作电压一般为5V），变换成12V左右的方波，然后供给触摸按键电路，由于电平转换开关电路的存在，其功耗大，仅按键部分需0.2W以上，应用在大部分家电上，都不能满足欧盟Erp指令要求；由于其频率较高、幅度大，在电磁兼容性方面表现性能非常差，需在电源输入端加吸收电路，成本较高，而且EMC测试的注入电流项目通过十分困难；实际应用方面，采用目前这种方案的，在市电干扰较大或是由变频电源供电时，按键会变得非常迟钝或失效。传统方案适用于玻璃、陶瓷等高密度材料面板。因此，有必要作进一步改进。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在提供一种低功耗高性能、触摸效果好、抗干扰强、成本低的基于AD的电容触摸按键电路，以克服现有技术的不足之处。

按此目的设计的一种基于AD的电容触摸按键电路，其特征是包括窄脉冲波信号发生电路、按键感应采样电路以及整形升压电路，所述窄脉冲波信号发生电路的信号输出端与整形升压电路的输入端连接，整形升压电路的信号输出端与按键感应采样电路的信号输入端连接，按键感应采样电路的信号输出端与A/D电路的信号输入端连接。

所述整形升压电路包括三极管，第一电阻、第二电阻，第一电容、第二电容、第三电容，第一二极管、第四二极管以及电感；第二电阻的一端作为整形升压电路的信号输入端，另一端与三极管的基极连接，第一二极管与第二电阻并联连接，第一二极管的阳极与三极管的基极连接。

所述第一电阻、电感依次连接，第一电阻的另一端与电源连接，电源与第一电阻之间还并联有串联连接的第一电容和第二电容，第一电容和第二电容的连接端接地；电感的另一端与三极管的集电极连接。

所述电感和集电极之间还并联有串联连接的第三电容和第四二极管，第三电容的一端和第四二极管的阳极连接并接地，第三电容的另一端和第四二极管的阴极与三极管的集电极连接；三极管的发射极接地。

所述按键感应采样电路包括感应按键，第二二极管，第三电阻、第五电阻R5、第七电阻，第一外电容、第三外电容；第三电阻、第一外电容、第五电阻依次连接，第一外电容的一端、第五电阻的一端以及第二二极管的阴极与感应按键的感应电极连接，第三电阻的另一端作为按键感应采样电路的信号输入端与三极管的集电极连接。

所述第二二极管的阳极与第七电阻连接并联在第五电阻上，第三外电容的一端连接在第二二极管和第七电阻之间，第三外电容的另一端、第五电阻的另一端以及第七电阻的另一端作为按键感应采样电路的信号输出端与A/D电路的信号输入端连接。

所述按键感应采样电路为一个，或为并联连接在三极管集电极上的多个。所述窄脉冲波信号发生电路由单片机组成，其输出窄脉冲波信号的PWM端口作为信号输出端连接到整形升压电路的信号输入端，PWM端口产生的频率为100KHz以下；单片机的AD端口作为信号输入端与按键感应采样电路的信号输出端连接，单片机的AD端口数与按键感应采样电路的数量一致。

所述窄脉冲波信号的脉冲电平为高的持续时间少于脉冲电平为低的持续时间；脉冲电平为高时，电感储存能量，第三外电容充电；脉冲电平为低时，电感释放能量，按键感应采样电路接收到集电极的升压脉冲后第三外电容放电；所述第三外电容在感应按键无外物触碰时保持某个电压,其幅值变化很小。

本实用新型增加了一个升压电路,即将单片机的5V升为18V以上的电压，同时将原来的方波改为窄脉冲波，使得整体功耗降低时，保证灵敏度不变；在EMC方面原有方案由于频率较高，在传导、辐射、注入电流几个项目都难于通过，现将频率降低100KHz以下，典型值32KHz；为解决灵敏度问题，将取样电路做了改进，使得EMC性能大为提高，尤其是在注入电流项目上，改善非常明显；使得该触摸产品在变频电源供电时，也能正常操作。该触摸方案利用MCU产生高低电平不相等的脉冲波，来降低触摸电路功耗，并通过降低工作频率和升压方式来提高触摸的灵敏度和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的触摸按键电路原理图；

图2为一实施例中测试的按键波形图；

图3为软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。

参见图1-图2，一种基于AD的电容触摸按键电路，包括窄脉冲波信号发生电路、按键感应采样电路以及整形升压电路，窄脉冲波信号发生电路的信号输出端与整形升压电路的输入端连接，整形升压电路的信号输出端与按键感应采样电路的信号输入端连接，按键感应采样电路的信号输出端与A/D电路的信号输入端连接。窄脉冲波信号发生电路由单片机组成，其输出窄脉冲波信号的PWM端口作为信号输出端连接到整形升压电路的信号输入端，PWM端口产生的频率为100KHz以下；单片机的AD端口作为信号输入端与按键感应采样电路的信号输出端连接，单片机的AD端口数与按键感应采样电路的数量一致。

整形升压电路包括三极管Q1，第一电阻R1、第二电阻R2，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3，第一二极管D1、第四二极管D4以及电感L1；第二电阻R2的一端作为整形升压电路的信号输入端与单片机的PWM端口连接，另一端与三极管Q1的基极连接，第一二极管D1与第二电阻R2并联连接，第一二极管D1的阳极与三极管Q1的基极连接；第一电阻R1、电感L1依次连接，第一电阻R1的另一端与电源连接，电源与第一电阻R1之间还并联有串联连接的第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1和第二电容C2的连接端接地；电感L1的另一端与三极管Q1的集电极连接，电感L1和集电极之间还并联有串联连接的第三电容C3和第四二极管D4，第三电容C3的一端和第四二极管D4的阳极连接并接地，第三电容C3的另一端和第四二极管D4的阴极与三极管Q1的集电极连接；三极管Q1的发射极接地。

按键感应采样电路包括感应按键K1，第二二极管D2，第三电阻R3、第五电阻R5、第七电阻R7，第一外电容CX1、第三外电容CX3；第三电阻R3、第一外电容CX1、第五电阻R5依次连接，第一外电容CX1的一端、第五电阻R5的一端以及第二二极管D2的阴极与感应按键K1的感应电极连接，第三电阻R3的另一端作为按键感应采样电路的信号输入端与三极管Q1的集电极连接，第二二极管D2的阳极与第七电阻R7连接并联在第五电阻R5上，第三外电容CX3的一端连接在第二二极管D2和第七电阻R7之间，第三外电容CX3的另一端、第五电阻R5的另一端以及第七电阻R7的另一端作为按键感应采样电路的信号输出端与A/D电路的信号输入端AD端口1连接。

按键感应采样电路还包括感应按键K2，第三二极管D3，第四电阻R4、第六电阻R6、第八电阻R8，第二外电容CX2、第四外电容CX4；第四电阻R4、第二外电容CX2、第六电阻R6依次连接，第二外电容CX2的一端、第六电阻R6的一端以及第三二极管D3的阴极与感应按键K2的感应电极连接，第四电阻R4的另一端作为按键感应采样电路的信号输入端与三极管Q1的集电极连接，第三二极管D3的阳极与第八电阻R8连接并联在第六电阻R6上，第四外电容CX4的一端连接在第三二极管D3和第八电阻R8之间，第四外电容CX4的另一端、第六电阻R6的另一端以及第八电阻R8的另一端作为按键感应采样电路的信号输出端与A/D电路的信号输入端AD端口2连接。

工作原理：

具体以单片机AD端口1，感应按键K1为例。由单片机PWM端口产生频率为32KHz脉冲波（脉冲宽度约3.5微秒），当脉冲电平为高时，三极管Q1导通，电源经第一电阻R1、电感L1、三极管Q1到地，电感L1存储能量。当脉冲电平为低时，电感L1释放能量，在三极管Q1的集电极产生一个幅度约18V宽度约1.5微秒的脉冲，此脉冲供给后级的按键感应采样电路，此电路中第一二极管D1加速三极管Q1截止、第四二极管D4是为了防止电感电容形成自激。按键感应采样电路是通过单片机AD端口1，读取第三外电容CX3电压值变化，来判断是否有手指靠近感应按键K1，具体原理如下：当脉冲电平为高时，经第三电阻R3、第一外电容CX1、第五电阻R5给第三外电容CX3充电，当脉冲电平为低时，第一外电容CX1、第三电阻R3、第二二极管D2放电；第三外电容CX3经第七电阻R7放电。由于第三外电容CX3充放电时间常数差异，使得第三外电容CX3会保持一个幅值变化很小电压,当人体接近感应按键K1时，会消耗一部分能量，使得第三外电容CX3上充得的电压降低。

参见图3，本实用新型所采用的软件处理方法包括以下步骤：

1）上电初始化，输出PWM信号，待按键感应采样电路稳定后，读取当前按键AD值作为参考值VREF；2）当触摸到感应按键后，读取按键AD值VA，求出变化量ΔV=VREF-VA；3）ΔV大于0时，判断ΔV是否大于灵敏度值VS；ΔV不大于0时，判断|ΔV|是否大于灵敏度值VS/2；4）若ΔV大于灵敏度值VS，则置位有键按下，执行键处理程式后返回步骤2；若ΔV不大于灵敏度值VS，则继续判断ΔV连续250次是否都少于2，是则在更新基准值VREF=(VREF+VA)/2后返回步骤2，否则直接返回步骤2；若|ΔV|不大于灵敏度值VS/2，则返回步骤2；若|ΔV|大于灵敏度值VS/2，则继续判断是否有键按下，是则置位按键释放后返回步骤2，否则直接返回步骤2。

Claims (9)

1.一种基于AD的电容触摸按键电路，其特征是包括窄脉冲波信号发生电路、按键感应采样电路以及整形升压电路，所述窄脉冲波信号发生电路的信号输出端与整形升压电路的输入端连接，整形升压电路的信号输出端与按键感应采样电路的信号输入端连接，按键感应采样电路的信号输出端与A/D电路的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述基于AD的电容触摸按键电路，其特征是所述整形升压电路包括三极管（Q1），第一电阻（R1）、第二电阻（R2），第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3），第一二极管（D1）、第四二极管（D4）以及电感（L1）；第二电阻（R2）的一端作为整形升压电路的信号输入端，另一端与三极管(Q1)的基极连接，第一二极管(D1)与第二电阻并联连接，第一二极管的阳极与三极管的基极连接。

3.根据权利要求2所述基于AD的电容触摸按键电路，其特征是所述第一电阻(R1)、电感(L1)依次连接，第一电阻的另一端与电源连接，电源与第一电阻之间还并联有串联连接的第一电容(C1)和第二电容(C2)，第一电容和第二电容的连接端接地；电感的另一端与三极管(Q1)的集电极连接。

4.根据权利要求3所述基于AD的电容触摸按键电路，其特征是所述电感(L1)和三极管(Q1)的集电极之间还并联有串联连接的第三电容（C3）和第四二极管（D4），第三电容的一端和第四二极管的阳极连接并接地，第三电容的另一端和第四二极管的阴极与三极管的集电极连接；三极管的发射极接地。

5.根据权利要求1-4任一项所述基于AD的电容触摸按键电路，其特征是所述按键感应采样电路包括感应按键（K1），第二二极管（D2），第三电阻（R3）、第五电阻（R5）、第七电阻（R7），第一外电容（CX1）、第三外电容（CX3）；第三电阻（R3）、第一外电容（CX1）、第五电阻（R5）依次连接，第一外电容的一端、第五电阻的一端以及第二二极管（D2）的阴极与感应按键（K1）的感应电极连接，第三电阻的另一端作为按键感应采样电路的信号输入端与三极管（Q1）的集电极连接。

6.根据权利要求5所述基于AD的电容触摸按键电路，其特征是所述第二二极管（D2）的阳极与第七电阻（R7）连接并联在第五电阻上，第三外电容（CX3）的一端连接在第二二极管和第七电阻之间，第三外电容的另一端、第五电阻的另一端以及第七电阻的另一端作为按键感应采样电路的信号输出端与A/D电路的信号输入端连接。

7.根据权利要求5所述基于AD的电容触摸按键电路，其特征是所述按键感应采样电路为一个，或为并联连接在三极管（Q1）集电极上的多个。

8.根据权利要求5所述基于AD的电容触摸按键电路，其特征是所述窄脉冲波信号发生电路由单片机组成，其输出窄脉冲波信号的PWM端口作为信号输出端连接到整形升压电路的信号输入端，PWM端口产生的频率为100KHz以下；单片机的AD端口作为信号输入端与按键感应采样电路的信号输出端连接，单片机的AD端口数与按键感应采样电路的数量一致。

9.根据权利要求8所述基于AD的电容触摸按键电路，其特征是所述窄脉冲波信号的脉冲电平为高的持续时间少于脉冲电平为低的持续时间；脉冲电平为高时，电感（L1）储存能量，第三外电容（CX3）充电；脉冲电平为低时，电感释放能量，按键感应采样电路接收到集电极的升压脉冲后第三外电容放电；所述第三外电容在感应按键（K1）无外物触碰时保持某个电压,其幅值变化很小。

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