一种非接触式电容感应开关设计与实现

摘要：基于电容感应开关特性，采用将被测电容转换成微处理器可直接处理的二进制数字信号，克服了传统易受寄生电容和电源电压稳定性不足的影响，并且通过对电容感应式开关设计中存在的高频噪声、温度、湿度及其他外界因素的分析和处理，大大提高了开关的稳定行和精确性，实现了一种具有功耗低，稳定、结构简单的非接触式电容式感应开关。关键词：非接触；电容式；感应开关；噪声 非接触感应技术已在汽车(无钥匙进入)、消费电子(自动背光、开关的控制)等领域得到广泛的应用，因其具有耐用性、成本低和结构简单等优势，已逐渐替代各种机械按键、开关。本文采用SMSC生产的CAP1166芯片，实现了非接触式、稳定可靠、结构简单的电容式感应开关设计。1 非接触式电容感应工作原理 电容式感应主要原理是当被检测物体靠近接近开关工作面时，回路的电容量发生变化，使得与之相连的振荡器频率发生变化，通过测量频率变化来控制开与关的作用，从而检测物体的有或无。 电容开关是一对相邻电极，在电极之间有很小的电容。当一个导体接近两个电极时，在电极与导体之间会产生一个耦合电容。在这里，手指就是这个导体。通常电容开关的形式是一边接地的电容，导体的存在增加了开关到地之间的电容。检测是否有手指靠近，也就是检测是否有按键按下，通过检测电容的变化来判断。Cp是感应的电容，它的值随着电极材料上所加导体而改变。总电容感应等效回路如图1所示。

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其中，手和电极之间的电容Cfe约为0．1～10 pF；人体本身的电容Ch约为100～300 pF；PCB板本身的电容Cb约为10～20 pF；人体和P板之间的电容Cbh约为1～20pF。 在检测周期开始，通过一个复位开关把Cx上的电荷全部放掉。然后通过单刀双向开关使Cmod工作在非重迭的周期上。在第一半周，Cmod连接到VDD充电。当Cmod上的电荷以由Cmod值决定的速度充到VDD时，开关断开，然后把开关连接到Cx，Cmod上的电荷转移到Cx中。 图2中，因为Cx的电容值比Cmod大得多，所以Cmod上的电压值在充电的每一周期内只有微小的增加。这个Cmod到Cx上的电荷转换周期重复许多次，以使Cx上积累到一个大的信号，当连接到VDD时，电容Cmod上的电荷为： Q=CV (1) 不是Cmod上的所有电荷都转移到Cx中。当Cmod上的电压跌落到Cx上的预存电压时，转换便不再进行。为检测感应的电容值是否有改变，可通过Cmod-Cx的充放电方式，把Cx充到固定的阈值VTR，再计算到达这个阈值时的周期数。在任意采样点n，Cx上的电压值为： 电荷放大器相关文章:电荷放大器原理电容式接近开关相关文章:电容式接近开关原理电容相关文章:电容原理电容传感器相关文章:电容传感器原理接近开关相关文章:接近开关原理

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