发布于：2009/9/18 16:38:40 | 589 次阅读
引言
随着触摸按键技术的不断发展，触摸式按键已经在电器、移动电话、厨房设备、家电产品、工控开关等方面大量应用。触摸式按键与传统的机械按钮、塑料薄膜开关相比具有很多优势，如不存在机械磨损，耐用性好，可靠性较高，而且触摸式按键界面更直观、更易于操作。
电场传感器MC33794是Freeseale公司推出的一种新型传感器产品，适用于需要对物体非触摸式感应的应用。利用MC33794设计了一种新型的触摸按键控制系统。该触摸按键系统通过电场传感器的电极，可以非接触感知手指的按键情况。该系统设计只需一个微控制器和MC33794就可实现对按键的触摸检测和控制，电路相对简单，适用于许多家用电器。
2电场传感器MC33794简介
MC33794内部能够产生低电平电场，所有功能均集成于单芯片中，可测量由于物体在电场中移动而造成的电场负载。该器件产生的低频正弦波的频率可通过外部电阻调节，频率为120kHz。此正弦波含有极少的的谐波分量，可以避免产生谐波干扰。它是行业内可产生及检测低电平电场并支持微控制器的集成电路。MC33794适用领域：
(1)家用电器可轻松植入自动开关功能。如果在某些电器的控制端中嵌入几个电极，这些电器被移动时就会自动启动，而放回原处时又会自动断电关闭。另外还可嵌入更多的电极，并定义这些电极的功能，从而能让使用者通过轻微触动这些电极控制家用电器。
(2)能够方便地实现包括液位检测、溢出检测和湿度检测等应用。例如，可对炉火进行编程控制，当炉上的液体被加热至沸腾溢出时，炉火能够自动减小或关闭。
(3)应用在触摸屏输入中，而无需薄膜开关或昂贵的多层电阻式触摸板，也无需接触式的机械装置就可以感应到输入情况，因而能消除接触式机械装置常碰到的磨损、灰尘和腐蚀等问题，尤其适合在恶劣环境下工作。
(4)在汽车安全中的应用。Elesys公司在其SeatSentry乘客保护系统中采用了飞思卡尔的MC33794电场式成像器件来探测乘客的身型和位置，以决定是否需要弹出安全气囊，避免乘客因气囊弹出而受伤。
由此可见，飞思卡尔公司推出的这款电场传感器集成电路，扩展了该传感技术的应用范围，可用于消费品、电器和工业等领域，提高了这些领域设备的可靠性和易用性。
3MC33794工作原理
MC33794工作原理如图l所示。由其产生的低频正弦波用以驱动电极，当电极的电场发生变化时，相应的电容值发生改变，测得的电压与1/C成正比，即电容增加则检测的电压减少。图1中的检波器和低通滤波器均在MC33794片内，使用时只需接10nF电容。
4触摸按键系统设计
4．1触摸按键的设计原理
电场传感器能感知电场中物体在三维空间内的移动，如图2所示。当手掌进入电极产生的电场区域后。电极上的电流会有相应的变化，从而感知手掌距电极的距离。
采用玻璃的介电常数εr为7．8，玻璃厚度为4mm，电极面积为2cm2，使用单个电极为1个按键，则可有9个按键，如果需要更多的按键，则可用2个或2个以上电极组合构成1个按键，比如用2个电极构成1个组合按键，最多可达45个按键。一般构成1个按键的电极不要超过4个，因为电极越多，电场越弱，不好检测。
当手指触摸玻璃表面时，电极间的电容值发生变化，MC33794的引脚LEVEL输出电压发生变化，就可知道手指是否触摸玻璃。
4．2触摸按键硬件设计
主控MCU选用Freescale公司的MC9S12DGl28B单片机。该单片机集成有采样频率为140KS／s的10位A／D转换器、定时器、多达91个I/0端口、SCI等接口。
系统的硬件电路如图3所示。将MC33794的A、B、C、D接到9S12DGl28的PA端口，通过软件控制I/0端口输出，选择需要采样的电极。MC33794共9个电极可以使用，可根据实际情况构成所需的按键。
当手指触摸玻璃时，MC33794输出信号大约有0．2V的下降，该信号变化经过放大器放大约1V送入S12的A／D转换器进行检测并加以处理。
4．3软件设计
触摸按键系统的软件主要由主程序、初始化模块、触摸灵敏度模块、读电极电压值模块、数字滤波模块以及按键功能子模块等组成，主程序流程如图4所示。
初始化模块主要初始化定时器、A/D转换器等，以及设置单片机总线速度。要求A／D转换器时钟频率约为1MHz。
通过改变灵敏度参数调整所有按键的灵敏度，以适应不同的玻璃面板。
当触摸控制器不“工作”时，在软件上将微控制器设定为“低功耗唤醒”模式，同时保持在按键按下时能快速响应，这种模式可用于在人接触时唤醒产品。
5结语
提出了利用电场传感器MC33794和微控制器MC9S12DGl28B构成的触摸按键系统，对其进行一系列实验，已应用到自动化仪表的人机界面的按键部分，电路简单、可靠，取得了较好的效果。
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