專利名稱：基于mcu的電容感應(yīng)式觸摸按鍵及觸摸按鍵電容的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于MCU的電容感應(yīng)式觸摸按鍵及觸摸按鍵電容的測(cè)量方 法，主要用于電子產(chǎn)品控制，屬觸摸按鍵制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵具有易磨損、安裝復(fù)雜、受溫度、濕度、灰塵等環(huán)境因 素影響變化較大等缺點(diǎn)；而壓電薄磨式觸摸按鍵不僅造價(jià)高昂，而且容易損壞， 并且受溫度和濕度影響，其輸出信號(hào)的值誤差大，易造成誤動(dòng)或不動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
設(shè)計(jì)目的為了避免背景技術(shù)中存在的不足之處，設(shè)計(jì)一種采用PCB印刷電 路作為感應(yīng)電容且靈敏和準(zhǔn)確性高的基于MCU的電容感應(yīng)式觸摸按鍵及觸摸按鍵 電容的測(cè)量方法。
設(shè)計(jì)方案:為了實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)目的。本發(fā)明采用MCU檢測(cè)觸摸按鍵電容的RC 充放電時(shí)間的變化來判斷觸摸按鍵電容的變化，從而判斷觸摸按鍵是否被按下。 當(dāng)手指按在觸摸按鍵上時(shí)，觸摸按鍵的電容值變大，使得RC充放電時(shí)間變長，MCU 檢測(cè)到這種變化，從而感知按鍵。主要由以下幾部分構(gòu)成①M(fèi)CU: MCU是單片機(jī)， 是系統(tǒng)的核心部分，完成對(duì)各個(gè)觸摸按鍵電容的檢測(cè)和按鍵是否被按下的判斷； ②觸摸按鍵設(shè)計(jì)在PCB板上的按鍵觸摸區(qū)域，觸摸按鍵形狀可以是方形、圓形、 條形或其他各種形狀。
技術(shù)方案l:基于MCU的電容感應(yīng)式觸摸按鍵，其特征在是觸摸按鍵分布在PCB印刷電路上且分別與MCU的I/O 口端及電阻R的一端連接，R的另一端 接地。
技術(shù)方案2:基于MCU的電容感應(yīng)式觸摸按鍵，1 n個(gè)觸摸按鍵分布在PCB 印刷電路上且采用導(dǎo)線分別與MCU在的1 n個(gè)I/0 口連接，兩個(gè)觸摸按鍵間設(shè) 有電阻R連接。
技術(shù)方案3:基于MCU的電容感應(yīng)式觸摸按鍵及觸摸按鍵電容的測(cè)量方法， MCU的1 n個(gè)I/O 口對(duì)分布在PCB印刷電路上觸摸按鍵電容充電或放電，當(dāng)沒 有手指按下時(shí)，PCB觸摸按鍵有一個(gè)基本電容，MCU記錄對(duì)基本電容充電或放 電至一定電壓的充放電時(shí)間，當(dāng)手指按在PCB觸摸按鍵上時(shí)，MCU檢測(cè)到充放 電時(shí)間變化到達(dá)一定閾值時(shí)，MCU判斷有按鍵按下，并計(jì)算按鍵值。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比， 一是采用電容觸摸感應(yīng)技術(shù)設(shè)計(jì)觸摸按鍵，成本低， 無需特殊傳感器；二是功耗較低；三是感應(yīng)式輕觸即可實(shí)現(xiàn)其信號(hào)的輸出；四是 實(shí)現(xiàn)方式的可以多樣性，并且可以實(shí)現(xiàn)精度定位；可替代各種機(jī)械按鍵、開關(guān)和 接近探測(cè)器，并且隔著玻璃(或塑料)的按鍵，即能感應(yīng)到你手指的動(dòng)作、執(zhí)行相 應(yīng)的動(dòng)作；六是結(jié)構(gòu)簡單，耐磨損的好；七是由于不使用傳統(tǒng)的按鍵，該觸摸感應(yīng) 按鍵可采用整體無縫面板，其防塵效果極佳，提高了產(chǎn)品的可靠性。


圖1是一種基于MCU的電容感應(yīng)式觸摸按鍵實(shí)施方案的電路示意圖。
圖2是一種基于MCU的電容感應(yīng)式觸摸按鍵的工作系統(tǒng)模擬示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:參照附圖1?；贛CU的電容感應(yīng)式觸摸按鍵，觸摸按鍵分布在 PCB印刷電路上且分別與MCU的I/O 口端及電阻R的一端連接。觸摸按鍵、MCU 的I/O 口端及電阻均為1 n個(gè)且如附圖1所示一一對(duì)應(yīng)。
實(shí)施例2:參照附圖2。 1 n個(gè)觸摸按鍵分布在PCB印刷電路上且釆用導(dǎo)線 分別與MCU在的1 n個(gè)I/0 口連接，兩個(gè)觸摸按鍵間采用電阻R連接。1 n個(gè)I/0口依次為高電平、低電平，高電平、低電平……且成對(duì)匹配。
實(shí)施例3:在實(shí)施例1和2的基礎(chǔ)上，基于MCU的電容感應(yīng)式觸摸按鍵及觸 摸按鍵電容的測(cè)量方法，MCU的1 n個(gè)I/O 口對(duì)分布在PCB印刷電路上觸摸按 鍵電容充電或放電，當(dāng)沒有手指按下時(shí)，PCB觸摸按鍵有一個(gè)基本電容，MCU 記錄對(duì)基本電容充電或放電至一定電壓的充放電時(shí)間，當(dāng)手指按在PCB觸摸按鍵 上時(shí)，MCU檢測(cè)到充放電時(shí)間變化到達(dá)一定閾值時(shí)，MCU判斷有按鍵按下，并 計(jì)算按鍵值。
電容充電的計(jì)算公式為
Uc=E*(l-eXp( — +))
(1)
電容放電的計(jì)算公式為
Uc:E承exp(-^)
(2)
設(shè)V0為電容上的初始電壓值；
VI為電容最終可充到或放到的電壓值; Vt為t時(shí)刻電容上的電壓值； 則電容上的電壓值為
vt=vo+ (vi-vo) *[i-exp(__L)]
充電時(shí)間
、Vl-Vt
由公式(4)可以看出，將某一電容充電至一定電壓的時(shí)間與電容和電阻的值有 關(guān)，當(dāng)電阻值一定時(shí)，充電時(shí)間與電容大小成正比。參照附圖l— 一通過MCU
5的1/0 口可以對(duì)外部的PCB觸摸按鍵電容充電。當(dāng)沒有手指按下時(shí)，PCB觸摸按 鍵有一個(gè)基本電容，MCU可以記錄對(duì)基本電容充電至一定電壓的充電時(shí)間；由 于人體相當(dāng)于一個(gè)接地的電容，當(dāng)手指按在PCB觸摸按鍵上時(shí)，人體的電容會(huì)和 PCB觸摸按鍵的電容發(fā)生耦合，使得PCB觸摸按鍵的電容變大，導(dǎo)致對(duì)其充電 到達(dá)設(shè)定電壓的時(shí)間也變長。同理，也可以通過MCU的I/0 口對(duì)觸摸按鍵電容 進(jìn)行放電，MCU可以記錄對(duì)觸摸按鍵放電至一定電壓的放電時(shí)間來進(jìn)行對(duì)觸摸 按鍵電容的測(cè)量。MCU檢測(cè)到充放電時(shí)間變化到達(dá)一定閾值時(shí)，判斷有按鍵按 下，并計(jì)算按鍵值。
需要理解到的是上述實(shí)施例雖然對(duì)本發(fā)明作了比較詳細(xì)的描述，但是這 些描述，只是對(duì)本發(fā)明的發(fā)明思路進(jìn)行文字描述，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制， 任何不超出本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想的組合、省略或修改，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種基于MCU的電容感應(yīng)式觸摸按鍵，其特征是觸摸按鍵分布在PCB印刷電路上且分別與MCU的I/O口端及電阻R的一端連接，R的另一端接地。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MCU的電容感應(yīng)式觸摸按鍵，其特征是觸摸按鍵、 MCU的I/O 口端及電阻R均為l n個(gè)。
3、 一種基于MCU的電容感應(yīng)式觸摸按鍵，其特征是l n個(gè)觸摸按鍵分布在PCB 印刷電路上且采用導(dǎo)線分別與MCU在的1 n個(gè)I/0 口連接，兩個(gè)觸摸按鍵間設(shè) 有電阻R連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于MCU的電容感應(yīng)式觸摸按鍵，其特征是1 n個(gè) 1/0口依次為高電平、低電平，高電平、低電平……且成對(duì)匹配。
5、 一種基于MCU的電容感應(yīng)式觸摸按鍵及觸摸按鍵電容的測(cè)量方法，其特征是 MCU的1 n個(gè)I/0 口對(duì)分布在PCB印刷電路上觸摸按鍵電容充電或放電，當(dāng)沒 有手指按下時(shí)，PCB觸摸按鍵有一個(gè)基本電容，MCU記錄對(duì)基本電容充電或放 電至一定電壓的充放電時(shí)間，當(dāng)手指按在PCB觸摸按鍵上時(shí)，MCU檢測(cè)到充放 電時(shí)間變化到達(dá)一定閾值時(shí)，MCU判斷有按鍵按下，并計(jì)算按鍵值。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MCU的電容感應(yīng)式觸摸按鍵及觸摸按鍵電容的測(cè)量 方法，其特征是觸摸按鍵電容的測(cè)量是利用MCU測(cè)量電容的充放電時(shí)間，包括 充電時(shí)間、放電時(shí)間、充放電平均時(shí)間的時(shí)間測(cè)量方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于MCU的電容感應(yīng)式觸摸按鍵及觸摸按鍵電容的測(cè)量方法，觸摸按鍵分布在PCB印刷電路上且分別與MCU的I/O口端及電阻R的一端連接，R的另一端接地。優(yōu)點(diǎn)一是采用電容觸摸感應(yīng)技術(shù)設(shè)計(jì)觸摸按鍵，成本低，無需特殊傳感器；二是功耗較低；三是感應(yīng)式輕觸即可實(shí)現(xiàn)其信號(hào)的輸出；四是實(shí)現(xiàn)方式的可以多樣性，并且可以實(shí)現(xiàn)精度定位；五是可替代各種機(jī)械按鍵、開關(guān)和接近探測(cè)器；六是結(jié)構(gòu)簡單，耐磨損的好；七是由于不使用傳統(tǒng)的按鍵，該觸摸感應(yīng)按鍵可采用整體無縫面板，其防塵效果極佳，提高了產(chǎn)品的可靠性。
文檔編號(hào)H03K17/96GK101499793SQ20081000668
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者佳 何, 沖 張, 張其華, 源 梁, 王魯克, 祝繼華, 靈 賈, 趙振東 申請(qǐng)人:杭州利爾達(dá)科技有限公司