電容式觸摸傳感器觸摸屏實現

摘 要：傳統機械按鍵存在變形、易損壞、使用壽命短等缺點，針對這種情況，采用電容式觸摸傳感器賽普拉斯芯片實現電容式傳感和串行通信。描述了電容按鍵的PCB布局方法，介紹了電容式傳感系統，并進行了性能測試。

關鍵詞：電容式感應；觸摸屏；賽普拉斯

中圖分類號：TN873

電容式感應是一種以觸摸操作為基礎的感應形式，具有耐用、成本低等特點而逐漸成為觸摸控制的首選技術。此外，由于具有可擴展性，該技術易于實現友好人機界面，節省空間，顯示屏就是用戶接口。且操作性能流暢，設計美觀。

1 電容式觸摸屏的結構組成

電容式觸摸屏由四層復合屏構成。最內導電層是屏蔽層，起到屏蔽內部電氣信號的作用，最外層是玻璃保護層，中間的導電層是整個觸控屏的關鍵部分，四個角或四條邊上有直接的引線，負責觸控點位置的檢測。TP結構如圖1所示。

電容屏的四周即為電極。在手指接觸導體層時，兩者之間形成電容。此時四周的電極發出的電流流向觸點，通過電流的強弱準確算出觸摸點的位置。電容觸摸原理如圖2所示。Cp是寄生電容，Cp=Cp//Cfinger手指觸摸時Cp增加。根據Cp的變化量確定手指觸摸的位置。

2 電容式觸摸傳感器觸摸屏的實現

所有電容式觸摸傳感系統的核心部分都是一組與電場相互作用的導體。在皮膚下面，人體組織中充滿了傳導電解質。正是手指的這種導電特性，使得電容式觸摸傳感成為可能。

2.1 傳感器的PCB布局

圖3顯示了一塊電容式觸摸傳感器PCB的覆蓋層截面圖，金屬感應墊和地之間有一個均勻的隔離間隙，該間隙尺寸為0.5mm。

S-TouchTM觸摸控制器布設在PCB底層，可以用來測量觸摸按鍵感應電極的電容。觸摸按鍵的形狀有如圖4所示的種類。如果手指接觸觸摸按鍵，引起電容變化超過一定的預設量，即檢測到觸摸的發生。

觸摸滑動條的就是用來檢測手指在某一方向的滑動位置。我們平時用的音量控制就是觸摸滑動條的應用。如圖5所示，把多個方形觸摸按鍵按順序緊密排列在一起，即可以設計成觸摸狀態滑動條。

2.2 電容式傳感系統

電容式傳感系統包括可編程電流源、精密模擬比較器和一根用來按順序傳輸一組電容式傳感器信號的多路復用總線。在這個電容式傳感系統中一個弛張振蕩器起著電容傳感器的作用。比較器的輸出信號送入脈沖寬度調制器（PWM）電路。該脈沖寬度調制器負責對一個24MHz的16位計數器進行門控。傳感器上面的手指使電容增大，然后計數值增加，根據增加的計數值檢測手指的存在。電路采用賽普拉斯芯片實現電容式傳感和串行通信。用PSoC的ISSP接頭的編程引腳SCL和SDA，來實現編程，并通過一個DB9連接器將電腦與電容式傳感電路板相連。

2.3 性能測試

電容式傳感系統的性能測試結果如圖6所示。通過仿真程序進行計數，然后借助電子制表軟件加以繪制。將手指放置在玻璃覆蓋層上，按鍵的開關狀態被疊加在原始計數上。當檢測到手指的觸壓動作時，基線值將鎖定，直到手指移開為止。

電容式觸摸傳感器的耐用性好，不易損壞，可以長期使用?；旌闲盘柤夹g的近期發展，不僅使得觸摸式傳感器的成本在各種消費類產品中降到了具有成本效益的水平，而且還提高了檢測電路的靈敏度和可靠性。本項目成功通過一個10mm的玻璃來檢測手指的按鍵觸壓和滑條的設計。

3 電容屏觸摸的缺陷

電容式觸摸屏的優勢很多，但也有一些缺陷。與電阻式觸摸屏比較，電容式觸摸屏成本相對較高。并且根據電容屏的定位原理，可以用手指頭進行操作，不能用普通的筆、指甲等非生物的東西進行操作。還有電容式觸摸屏在有導體靠近使得有足夠的電容耦合到時容易引起誤動作。在潮濕的天氣，誤動作的情況相對嚴重。并且當環境溫度、濕度改變時，環境電場發生改變時，都會引起電容屏的漂移，造成不準確。

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作者簡介：吳紅梅（1981-），女，浙江金華人，講師，從事應用電子技術。

作者單位：杭州職業技術學院 信息工程學院，杭州 310018

基金項目：2013年浙江省大學生科技創新活動計劃暨新苗人才計劃“按鈕與滑條的電容性觸摸感測設計”（項目編號：2013R450002）研究成果之一。