电容式触摸传感器触摸屏实现

摘 要：传统机械按键存在变形、易损坏、使用寿命短等缺点，针对这种情况，采用电容式触摸传感器赛普拉斯芯片实现电容式传感和串行通信。描述了电容按键的PCB布局方法，介绍了电容式传感系统，并进行了性能测试。

关键词：电容式感应；触摸屏；赛普拉斯

中图分类号：TN873

电容式感应是一种以触摸操作为基础的感应形式，具有耐用、成本低等特点而逐渐成为触摸控制的首选技术。此外，由于具有可扩展性，该技术易于实现友好人机界面，节省空间，显示屏就是用户接口。且操作性能流畅，设计美观。

1 电容式触摸屏的结构组成

电容式触摸屏由四层复合屏构成。最内导电层是屏蔽层，起到屏蔽内部电气信号的作用，最外层是玻璃保护层，中间的导电层是整个触控屏的关键部分，四个角或四条边上有直接的引线，负责触控点位置的检测。TP结构如图1所示。

电容屏的四周即为电极。在手指接触导体层时，两者之间形成电容。此时四周的电极发出的电流流向触点，通过电流的强弱准确算出触摸点的位置。电容触摸原理如图2所示。Cp是寄生电容，Cp=Cp//Cfinger手指触摸时Cp增加。根据Cp的变化量确定手指触摸的位置。

2 电容式触摸传感器触摸屏的实现

所有电容式触摸传感系统的核心部分都是一组与电场相互作用的导体。在皮肤下面，人體组织中充满了传导电解质。正是手指的这种导电特性，使得电容式触摸传感成为可能。

2.1 传感器的PCB布局

图3显示了一块电容式触摸传感器PCB的覆盖层截面图，金属感应垫和地之间有一个均匀的隔离间隙，该间隙尺寸为0.5mm。

S-TouchTM触摸控制器布设在PCB底层，可以用来测量触摸按键感应电极的电容。触摸按键的形状有如图4所示的种类。如果手指接触触摸按键，引起电容变化超过一定的预设量，即检测到触摸的发生。

触摸滑动条的就是用来检测手指在某一方向的滑动位置。我们平时用的音量控制就是触摸滑动条的应用。如图5所示，把多个方形触摸按键按顺序紧密排列在一起，即可以设计成触摸状态滑动条。

2.2 电容式传感系统

电容式传感系统包括可编程电流源、精密模拟比较器和一根用来按顺序传输一组电容式传感器信号的多路复用总线。在这个电容式传感系统中一个弛张振荡器起着电容传感器的作用。比较器的输出信号送入脉冲宽度调制器（PWM）电路。该脉冲宽度调制器负责对一个24MHz的16位计数器进行门控。传感器上面的手指使电容增大，然后计数值增加，根据增加的计数值检测手指的存在。电路采用赛普拉斯芯片实现电容式传感和串行通信。用PSoC的ISSP接头的编程引脚SCL和SDA，来实现编程，并通过一个DB9连接器将电脑与电容式传感电路板相连。

2.3 性能测试

电容式传感系统的性能测试结果如图6所示。通过仿真程序进行计数，然后借助电子制表软件加以绘制。将手指放置在玻璃覆盖层上，按键的开关状态被叠加在原始计数上。当检测到手指的触压动作时，基线值将锁定，直到手指移开为止。

电容式触摸传感器的耐用性好，不易损坏，可以长期使用。混合信号技术的近期发展，不仅使得触摸式传感器的成本在各种消费类产品中降到了具有成本效益的水平，而且还提高了检测电路的灵敏度和可靠性。本项目成功通过一个10mm的玻璃来检测手指的按键触压和滑条的设计。

3 电容屏触摸的缺陷

电容式触摸屏的优势很多，但也有一些缺陷。与电阻式触摸屏比较，电容式触摸屏成本相对较高。并且根据电容屏的定位原理，可以用手指头进行操作，不能用普通的笔、指甲等非生物的东西进行操作。还有电容式触摸屏在有导体靠近使得有足够的电容耦合到时容易引起误动作。在潮湿的天气，误动作的情况相对严重。并且当环境温度、湿度改变时，环境电场发生改变时，都会引起电容屏的漂移，造成不准确。

参考文献：

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[2]韩俊，戎蒙恬.低成本电容式触摸控制设计[J].信息技术，2006：42-45.

[3]田野，廖明燕.基于充放电原理的电容式触摸按键设计[J].电子设计工程，2010：142-144.

[4]陈林.轻松实现电容式触摸感应按键开关设计[J].电子产品世界，2009：74-74.

作者简介：吴红梅（1981-），女，浙江金华人，讲师，从事应用电子技术。

作者单位：杭州职业技术学院 信息工程学院，杭州 310018

基金项目：2013年浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划“按钮与滑条的电容性触摸感测设计”（项目编号：2013R450002）研究成果之一。

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