一种电容式触摸按键的检测电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种电容式触摸按键的检测电路，采用纯模拟电路实现方波信号发生、信号自举升压及电容感应采样，并对采样后的信号进行数字化处理，实现电容式触摸按键的信号检测，该电路具有结构简单，成本低、适用范围广的优点。
【专利说明】—种电容式触摸按键的检测电路
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及信号检测技术，尤其涉及一种电容式触摸按键的检测电路。
【背景技术】
[0002]目前，越来越多的电子产品、家用电器都使用电容触摸感应按键替代传统的机械式按键来进行控制，传统的机械式按键尽管价格便宜，但按压易损，故障率较高，返修存在时间与金钱成本；而电容式触摸按键具有灵敏度高，使用寿命长的优点。电子元件产商也因此加大了对电容触摸按键的应用研究，并推出众多电容感应按键类的专业芯片，但这些芯片价格较高，适用范围局限性大，很难应用到一些成本低的应用中。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题在于提供一种电容式触摸按键的检测电路，以解决电容式触摸按键检测设备成本高、应用局限性大的问题。
[0004]本发明是通过以下技术方案来实现的:
[0005]一种电容式触摸按键的检测电路，所述电路包括依次连接的方波信号发生电路单元、整形升压电路单元、电容感应采样电路单元和信号采集处理单元，
[0006]所述方波信号发生电路单兀用于产生方波信号；
[0007]所述整形升压电路单元用于根据所述方波信号对输入的电压信号进行升压处理；
[0008]所述电容感应采样电路单元用于对电容两端电压信号进行采样，
[0009]所述信号采集处理单元用于采样的电容电压进行数字化处理，根据电容两端电压信号的变化量判断按键是否被按下。
[0010]进一步地，所述方波信号发生电路单元包括积分电路和比较电路，所述积分电路用于产生三角波，并将所述三角波信号作为所述比较电路的输入信号，所述比较电路用于输出方波信号，并将所述方波信号作为积分电路的输入信号。
[0011]进一步地，所述方波信号发生电路单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器的负向输入端经第一电阻与第二运算放大器的输出端连接，所述第一运算放大器的输出端经第二电阻与第二运算放大器的正相输入端连接，所述第一电容的一端与第一运算放大器的负向输入端连接，另一端与第一运算放大器的输出端连接，所述第三电阻的一端与第二运算放大器的输入端连接，另一端与第二运算放大器的输出端连接，所述第一运算放大器的正相输入端接入控制信号，所述第二运算放大器的负向输入端接入控制信号。
[0012]进一步地，所述方波信号发生电路单元产生占空比为50%的方波信号。
[0013]进一步地，所述整形升压电路单元包括自举升压电路。
[0014]进一步地，所述整形升压电路单元包括第四电阻、第一电感、三极晶体管和稳压二极管，所述三极晶体管的基极与第二运算放大器的输出端连接，所述三极晶体管的集电极经第一电感与供电电源连接，所述三极晶体管的发射极接地，所述稳压二极管的一端与三极晶体管的发射极连接，另一端与集电极连接，所述第四电阻的一端与稳压二极管与第一电感的公共端连接，另一端与电容感应采样电路单元的输入端连接。
[0015]进一步地，所述电容感应采样电路单元包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二电容、感应按键、第一二极管和与第二二极管，所述第五电阻、第六电阻、第七电阻和第二电容依次连接，所述第一二极管与第五电阻并联，所述第二二极管与第六电阻并联，所述第五电阻的另一端与整形升压电路单元的输出端连接，所述第二电容的另一端接地，所述第二电容与第七电阻的公共端与信号采集处理单元的输入单连接，所述第五电阻和第六电阻的公共端与感应按键连接，其中，所述第一二极管与第二二极管的正极对接，或者第一二极管与第二二极管的负极对接。
[0016]进一步地，所述第五电阻和第六电阻的电阻值相同，所述第一二极管和第二二极管电气参数相同。
[0017]采用本发明的技术方案，采用纯模拟电路实现方波信号发生、信号自举升压及电容感应采样，对采样后的信号进行数字化处理，对电容式触摸按键进行信号检测，该电路具有结构简单，成本低、适用范围广的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0019]图1为本发明电容式触摸按键检测电路的结构框图；
[0020]图2为本发明第一实施例的电容式触摸按键检测电路的原理图。
【具体实施方式】
[0021]电容式触摸感应按键的基本原理:当人体(手指)接触金属感应片的时候，由于人体相当于一个接大地的电容，因此会在感应片和大地之间形成一个电容，感应电容量通常有几PF到几十pF。本发明依据上述原理，在外部搭建相关电路，根据金属感应片电容量的变化，检测是否有人体接触金属感应片。
[0022]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0023]图1为本发明电容式触摸按键检测电路的结构框图。如图1所示，所述电路包括依次连接的方波信号发生电路单元101、整形升压电路单元102、电容感应采样电路单元103，所述电容感应采样电路单元输出的信号经外接的信号采集单元进行数字化处理；
[0024]所述方波信号发生电路单元101用于产生方波信号；
[0025]所述整形升压电路单元102用于根据所述方波信号对输入的电压信号进行升压处理；
[0026]所述电容感应采样电路单元103用于对电容两端电压信号进行采样，
[0027]所述信号采集处理单元104用于采样的电容电压进行数字化处理，根据电容两端电压信号的变化量判断按键是否被按下。
[0028]本实施例中，所述方波信号发生电路单元101包括积分电路和比较电路，所述积分电路用于产生三角波，并将所述三角波信号作为所述比较电路的输入信号，所述比较电路用于输出方波信号，并将所述方波信号作为积分电路的输入信号。
[0029]整形升压电路单元102包括自举升压电路。所述自举升压电路根据方波信号发生电路单元输出的方波信号控制三极管控制的导通或截止，从而控制电感线圈储存能量或释放能量。当电感线圈释放能量时，电感线圈上储存的能量加上整形升压电路的供电电源一起为后续电路提供电能。对输入信号进行整形升压是为了提高信号检测的灵敏度和准确性。
[0030]电容感应采样电路单元103的采样电容进行储存能量和释放能量的更替，当人体手指触摸到感应按键时，电容感应按键由于内在寄生电容发生改变，使得采样电容两端的电荷发生变化，相应的采样电容两端的电压信号也会发生相应的变化。通过对采样电容外围电路的选择，使电容储存能量和释放能量的过程具有相同的电气参数，如时间、电荷量坐寸ο
[0031]信号采集处理单元104对采样电容两端的电压信号进行数字化处理，根据采样电容两端电压信号的变化判断按键是否被按下。所述信号采集处理单元104包括单片机的A/D采样模块，通过单片机的A/D采样接口接入。
[0032]其中，所述方波信号发生电路单元产生占空比为50%的方波信号，使得电容感应采样电路单元中电容的充放电时间参数相同。
[0033]本发明的技术方案中，可以完全采用纯模拟电路实现电容式触摸按键的信号检测，具有结构简单，成本低、适用范围广的优点。
[0034]图2为本发明第一实施例的电容式触摸按键检测电路的原理图。如图2所示，该电路包括依次连接的方波信号发生电路单元101、整形升压电路单元102、电容感应采样电路单元103，电容感应采样电路单元输出信号通过单片机的A/D采集接口进行数字化处理。
[0035]其中，方波信号发生电路单元101包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容Cl、第一运算放大器Ul和第二运算放大器U2，所述第一运算放大器Ul的负向输入端经第一电阻与第二运算放大器U2的输出端连接，所述第一运算放大器Ul的输出端经第二电阻R2与第二运算放大器U2的正相输入端连接，所述第一电容Cl的一端与第一运算放大器Ul的负向输入端连接，另一端与第一运算放大器Ul的输出端连接，所述第三电阻R3的一端与第二运算放大器U2的输入端连接，另一端与第二运算放大器U2的输出端连接，所述第一运算放大器Ul的正相输入端接入频率控制信号，所述第二运算放大器U2的负向输入端接入基准电压信号。
[0036]所述第一运算放大器Ul、第一电阻Rl和第一电容Cl组成积分电路，用于产生三角波信号；第二运算放大器U2和第二电容C2组成比较电路，用于产生信号方波信号，其中，所述积分电路产生的三角波信号作为比较电路的输入信号，所述比较电路输出的方波信号作为积分电路的输入信号。
[0037]第一运放Ul的正向输入端接频率控制信号Vbias,用于控制积分电路输出三角波的上升沿及下降沿；第二运放U2的负向输入端接入基准电压信号，通过调整基准电压信号能够调整输出方波信号的占空比，本实施例中方波信号发生电路单元输出占空比为50%的方波信号。
[0038]所述第一运算放大器Ul和第二运算放大器U2都采用信号为0P354的运放。两个放大器的接地端都并联有小电容Cb进行滤波。
[0039]整形升压电路单元102采用自举升压电路。所述整形升压电路单元包括第四电阻R4、第一电感L1、三极晶体管Tl和稳压二极管Z1，所述三极晶体管Tl的基极与第二运算放大器U2的输出端连接，所述三极晶体管Tl的集电极经第一电感LI与供电电源连接，所述三极晶体管Tl的发射极接地，所述稳压二极管Zl的一端与三极晶体管Tl的发射极连接，另一端与集电极连接，所述第四电阻R4的一端与稳压二极管Zl与第一电感LI的公共端连接，另一端与电容感应采样电路单元的输入端连接。
[0040]所述电容感应采样电路单元103包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第二电容C2、感应按键J1、第一二极管D2和与第二二极管D1，所述第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第二电容C2依次连接，所述第一二极管D2与第五电阻R5并联，所述第二二极管Dl与第六电阻R6并联，所述第五电阻R5的另一端与整形升压电路单元的输出端连接，所述第二电容C2的另一端接地，所述第二电容C2与第七电阻R7的公共端与信号采集处理单元的输入单连接，所述第五电阻R5和第六电阻R6的公共端与感应按键Jl连接，其中，所述第一二极管与第二二极管的正极对接。
[0041]所述第二电容C2为采样电容。
[0042]电容感应采样电路单元前增加自举升压电路，能够提高信号检测的灵敏度和准确性。自举升压电路中稳压二极管Zl能够保护三极晶体管Tl不被击穿，以及保持升压后的输出的电压波形的稳定。
[0043]方波信号发生电路单元输出占空比为50%、频率为数百KHz的方波信号。当方波信号为高电平时，整形升压电路中三极晶体管导通，电感线圈LI储存能量，在电感线圈中电路达到稳定之前，电容感应采样电路的采样电容C2通过电阻R7、电阻R6和电阻R4组成的回路进行放电；当方波信号为低电平时，整形升压电路中三极晶体管截止，电感线圈LI储存的能量进行释放，此时电感线圈的感应电动势方向与供电电源电压方向相同，二者叠加使输出电压升高，所述升高后的电压通过电阻R4、电阻R5和电阻R7为采样电容充电。
[0044]为了使电容储存能量和释放能量的的充放电时间参数一致，第五电阻R5和第六电阻R6的电阻值相同，第一二极管D2和第二二极管Dl具有相同的电气参数。占空比为50%的方波信号使得整个电路按照一致的充放电参数循环进行充电和放电过程。当有手指触摸电容感应按键Jl时，电容感应按键由于内在寄生电容的改变，使采样电容C2上的电荷也随之发生改变。因此采样电容两端的电压将会改变，改变后的电压通过单片机的A/D采样口进行数字化处理，根据采样电容两端电压信号的变化来量，即可判断触摸按键是否被按下。
[0045]此外，本实施例中第一二极管D2和第二二极管Dl的正极对接的连接方式可以用第一二极管D2和第二二极管Dl的负端对接的连接方式进行替代。这样，在对采样电容进行充电或者放电时通过的回路会有所变化。
[0046]本发明的技术方案采用纯模拟电路实现方波信号发生、信号自举升压及电容感应采样，对电容式触摸按键进行信号检测，具有结构简单，成本低、适用范围广的优点。
[0047]上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种电容式触摸按键的检测电路，其特征在于，所述电路包括依次连接的方波信号发生电路单元、整形升压电路单元、电容感应采样电路单元和信号采集处理单元， 所述方波信号发生电路单元用于产生方波信号； 所述整形升压电路单元用于根据所述方波信号对输入的电压信号进行升压处理； 所述电容感应采样电路单元用于对电容两端电压信号进行采样， 所述信号采集处理单元用于采样的电容电压进行数字化处理，根据电容两端电压信号的变化量判断按键是否被按下。
2.根据权利要求1所述的电容式触摸按键的检测电路，其特征在于，所述方波信号发生电路单元包括积分电路和比较电路，所述积分电路用于产生三角波，并将所述三角波信号作为所述比较电路的输入信号，所述比较电路用于输出方波信号，并将所述方波信号作为积分电路的输入信号。
3.根据权利要求2所述的电容式触摸按键的检测电路，其特征在于，所述方波信号发生电路单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器的负向输入端经第一电阻与第二运算放大器的输出端连接，所述第一运算放大器的输出端经第二电阻与第二运算放大器的正相输入端连接，所述第一电容的一端与第一运算放大器的负向输入端连接，另一端与第一运算放大器的输出端连接，所述第三电阻的一端与第二运算放大器的输入端连接，另一端与第二运算放大器的输出端连接，所述第一运算放大器的正相输入端接入控制信号，所述第二运算放大器的负向输入端接入控制信号。
4.根据权利要求3所述的电容式触摸按键的检测电路，其特征在于，所述方波信号发生电路单元产生占空比为50%的方波信号。
5.根据权利要求1所述的电容式触摸按键的检测电路，其特征在于，所述整形升压电路单元包括自举升压电路。
6.根据权利要求5所述的电容式触摸按键的检测电路，其特征在于，所述整形升压电路单元包括第四电阻、第一电感、三极晶体管和稳压二极管，所述三极晶体管的基极与第二运算放大器的输出端连接，所述三极晶体管的集电极经第一电感与供电电源连接，所述三极晶体管的发射极接地，所述稳压二极管的一端与三极晶体管的发射极连接，另一端与集电极连接，所述第四电阻的一端与稳压二极管与第一电感的公共端连接，另一端与电容感应采样电路单元的输入端连接。
7.根据权利要求6所述的电容式触摸按键的检测电路，其特征在于，所述电容感应采样电路单元包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二电容、感应按键、第一二极管和与第二二极管，所述第五电阻、第六电阻、第七电阻和第二电容依次连接，所述第一二极管与第五电阻并联，所述第二二极管与第六电阻并联，所述第五电阻的另一端与整形升压电路单元的输出端连接，所述第二电容的另一端接地，所述第二电容与第七电阻的公共端与信号采集处理单元的输入单连接，所述第五电阻和第六电阻的公共端与感应按键连接，其中，所述第一二极管与第二二极管的正极对接，或者第一二极管与第二二极管的负极对接。
8.根据权利要求7所述的电容式触摸按键的检测电路，其特征在于，所述第五电阻和第六电阻的电阻值相同，所述第一二极管和第二二极管电气参数相同。
【文档编号】H03K17/96GK104079283SQ201310109419
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月29日 优先权日:2013年3月29日
【发明者】张娜 申请人:北京谊安医疗系统股份有限公司