電容觸摸傳感的理論框架

　　硬件概述

　　用于捕捉傳感器數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)值(讀數(shù))的硬件可采用許多方式開發(fā)。在電容觸摸傳感設(shè)計中，用硬件區(qū)分不同單片機(jī)供應(yīng)商針對此應(yīng)用推出的產(chǎn)品。根據(jù)公式2，可以測量和電流與電壓關(guān)系有關(guān)的3個基本量：

　　1. 充電至固定電壓需要的時間變化量(Δt，固定V);

　　2. 固定充電時間內(nèi)的電壓變化量(ΔV，固定t);

　　3. 固定時間周期中的頻率變化量(Δf，固定T) 。

　　頻率測量方案基于充電速率公式(重復(fù)許多次)，但它對應(yīng)于較長的周期T，而不是單個充電周期t。所以，充電至固定電壓需要的時間變化量(Δt，固定V)和固定充電時間內(nèi)的電壓變化量(ΔV，固定t)，定義了檢測電容變化的基本方法。根據(jù)需要，可以基于這些基本方法來構(gòu)造新的測量方案。

　　對于測量充電至固定電壓需要的時間變化量這種方法，手指產(chǎn)生的附加電容會增加充電時間(C上升)，所以時間讀數(shù)會相應(yīng)地上升。對于測量固定充電時間內(nèi)的電平變化量這種方法，附加電容會降低相同時間量內(nèi)所能達(dá)到的電壓，所以電壓讀數(shù)會下降。最后，對于測量固定時間周期中的頻率這種方法，頻率會隨振蕩器RC常數(shù)的上升而下降。因此，頻率讀數(shù)會下降。

　　本文以頻率測量方案為例進(jìn)行說明，但每個系統(tǒng)都會應(yīng)用后處理方案。使用一種方案時，電容讀數(shù)可能會上升，而使用另一種方案時，電容讀數(shù)可能會下降，但這可以在軟件中調(diào)整。選擇了硬件方案之后，讀數(shù)將根據(jù)請求輸入單片機(jī)，或按照軟件配置指定的其他時間間隔輸入單片機(jī)。

　　單片機(jī)軟件與后處理

　　單片機(jī)中的軟件負(fù)責(zé)處理電容觸摸傳感應(yīng)用中的許多工作，前提是硬件和傳感器均正常工作。傳感器和整個系統(tǒng)的質(zhì)量越好，軟件的實現(xiàn)就越簡單。開發(fā)軟件之前，需要記住每個傳感器都具有一定的固有寄生電容：Cp(或公式3中的C1)。因此，每個傳感器都可以檢測到某個標(biāo)稱值。通過觀察傳感器的輸出，可以直觀方便地確定它，但必須先在軟件中設(shè)定該標(biāo)稱值，然后才能以此為基準(zhǔn)計算相對于它的偏差。實現(xiàn)它的最好方式是創(chuàng)建一個滑動平均值——即，16點平均值。通過存儲先前16個值來計算平均值的效率很低，所以改為使用一種看起來較復(fù)雜，但計算較簡單、可節(jié)省存儲空間的求均值方法。

　　與具有極強(qiáng)計算能力的較大的計算機(jī)處理器相比，單片機(jī)通常在這方面受到限制。與實際執(zhí)行除法相比，使用移位、加法和減法可以降低性能損失。此外，這個求均值程序并不僅限用于電容觸摸傳感——它對于8位單片機(jī)的很多應(yīng)用都非常有用。