觸摸傳感應用的近接電容式傳感器技術(08-100)

　　簡介

　　1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應。他發(fā)現(xiàn)，導體在穿過磁場時產(chǎn)生與移動速度直接成正比的電壓：導體移動速度越快，電壓就越高?，F(xiàn)在，感應式近接傳感器使用法拉第的電磁感應定律，無需實際接觸傳導材料就能檢測到它們的距離。然而，這些傳感器的最大不足之處是它們只能檢測金屬導體，并且不同類型的金屬對檢測范圍也會帶來一定影響。

　　另一方面，近接電容式傳感器遵守同一原理，但是能夠檢測具有傳導性的任何事物或不同于傳感器電極環(huán)境介電性能的任何事物。隨著人機界面設計更多地采用觸摸面板來可靠地響應命令，近接電容式傳感器變得越來越普及?，F(xiàn)在在大量不同的控制面板應用中，飛思卡爾的先進的MPR083和MPR084近接電容式觸摸傳感器控制器能夠取代開關和按鈕。MPR083 器件支持8方向旋轉界面，而MPR084 器件則能夠控制多達8個觸摸板。

　　近接電容式傳感器概述

　　近接電容式傳感是一項支持觸摸檢測的技術，它通過測量電容和展示電容變化來反映周圍材料的變化。某些傳感器通過生成電場并測量該電場所遭受的衰減，進而測出變化。與感應式傳感器不同的是，近接電容式傳感器能夠檢測具有傳導性的任何事物或不同于傳感器電極環(huán)境介電性能的任何事物。它們是出色的觸摸板支持工具，由于我們?nèi)梭w的主要成分是水，具有很高的介電常數(shù);并且我們體內(nèi)包含離子物質，這使得人體成為很好的電導體。

　　在近接電容式傳感器中，飛思卡爾使用了多種技術。MC33794、MC33941和MC34940產(chǎn)品系列在傳感器集成電路(IC)中包含振蕩器電路，以生成高純度、低頻率5V正弦波，并由39000歐姆負載電阻器進行調節(jié)。這個AC信號被饋入復用器里，復用器然后將信號定向傳輸?shù)竭x定的電極/參考管腳或內(nèi)部測量節(jié)點上。IC自動把未選的節(jié)點連接到電路接地中，充當創(chuàng)建電場電流所需的返回路徑。

　　當物體(例如我們高度絕緣和導電的身體上的一個手指)靠近金屬電極時，就形成了一條電路徑，從而導致電場電流發(fā)生變化。正常情況下，傳感器測量產(chǎn)生電的電場中的AC阻抗，并且將將測量轉化成DC輸出電壓。帶有模數(shù)控制器(ADC)的外部微控制器然后會處理這個信息，以執(zhí)行任意數(shù)量的功能，例如與觸摸板控制面板相關的功能。但是，我們更先進的MPR083和MPR084近接電容式觸摸傳感器控制器則通過帶定制尋址的內(nèi)置集成電路(I2C)生成數(shù)字輸出，因此不需要外部ADC。

　　圖1 接近電容式傳感器電場原理圖

　　這種測量方法涉及RC振蕩器技術，該技術采用GPIO檢測準確電壓變化。GPIO在0.5x Vdd時完成從低到高的過渡，并通過測量延遲實現(xiàn)觸摸檢測。MPR08X系列的優(yōu)勢包括功耗更低、智能增加，并對特定微控制器優(yōu)化了傳感器算法。器件和軟件都具有很高的可配置性，而且針對專用傳感器版面設計還優(yōu)化了控制器。時鐘由寄存器控制，以便實現(xiàn)精確的電源模式控制，降低功耗。

　　由于可靠性的提高(無移動部件)、更大的設計自由和更時尚的外觀，近接電容式觸摸傳感正快速受到設計人員的歡迎。

　　觸摸傳感應用中的電容式傳感器

　　近接電容式傳感技術可廣泛應用于各種工業(yè)和消費產(chǎn)品應用。MPR083和MPR084器件為設計人員的控制面板應用提供了一種經(jīng)濟高效的機械按鈕和開關選擇。雖然這兩款器件的外形各不相同，但它們都采用了觸摸板技術。