基于电容感应触摸式传感器设计
触摸传感器工作原理

触摸传感器工作原理
触摸传感器是一种可以检测人体触摸的设备,它主要工作原理是基于电容原理。
触摸传感器通常由一个感应电极和一个接地电极组成,感应电极通常被覆盖在触摸面板上。
当人体或其他导电物体靠近触摸面板时,触摸面板上的电场分布会受到影响。
感应电极会感应到这种电场的变化,并通过与接地电极之间的电容进行测量来检测到触摸事件。
在未被触摸时,感应电极和接地电极之间的电场保持平衡,电容的值是固定的,而当触摸发生时,触摸点处的电场会发生变化,导致感应电极和接地电极之间的电容值发生变化。
触摸传感器通过测量这种电容值的变化来判断触摸的发生位置和力度,然后将这些信息转化为电信号输出。
常见的触摸传感器有电容式触摸传感器和电阻式触摸传感器两种。
电容式触摸传感器通过测量电容的变化来检测触摸事件,而电阻式触摸传感器则是利用导电质料层叠来实现触摸检测。
两种传感器的原理有所不同,但都是基于触摸点对电场的改变进行检测。
总之,触摸传感器通过测量电容或电阻的变化来检测触摸事件,从而实现触摸输入的功能。
它被广泛应用于手机、平板电脑、电脑显示屏等各种电子设备中,为用户提供了方便、直观的操作方式。
【系统】基于电容感应触摸式传感器设计

【关键字】系统基于电容感应触摸式传感器的设计摘要:电容感应防疲劳安全驾驶系统采用先进的电容感应触摸式传感器,通过微处理器判断驾驶员的注意力集中程度,通过音乐系统播放不同类型的音乐刺激司机,缓解驾驶员的压力,使其集中注意力。
关键词:电容感应触摸式传感器The design of capacitance sensor touch sensorsAbstract: capacitive sensing anti fatigue safe driving system adopts advanced capacitive sensing touch sensor, through the microprocessor to determine the driver's attention degree, played by music system of different types of music stimulate driver, alleviate the pressure of the driver, make its focus.Keywords: capacitive sensing touch sensors1引言随着社会经济的发展,商用长途货物运输车越来越多,随着人们生活水平提高,私家轿车数量与日俱增。
注意力不集中是许多司机经常遇到的一个问题,注意力分散的司机对驾驶环境的识别缓慢,产生相应驾驶操作需要较长的时间,这样带来较高的行车危险性。
防疲劳安全驾驶系统设计基于电容感应触摸式传感器设计,旨在使注意力分散驾驶的司机能随时通过系统发觉自己的驾驶状态,通过此系统刺激驾驶员集中注意力,降低道路伤害对国家社会经济造成的损害。
自主创新是当今社会的另一大主题。
防疲劳安全驾驶系统采用先进的电容感应触摸式传感器,通过微处理器判断驾驶员的注意力集中程度,通过音乐系统播放不同类型的音乐或语音来刺激警示司机,缓解驾驶员的压力,使其集中注意力。
电容式传感器教学设计案例

电容式传感器教学设计案例引言电容式传感器是一种常见的传感器,它通过测量电容的变化来检测目标物体的一些特征,如接近程度、湿度、液位等。
由于其在工业自动化和电子应用等领域的广泛应用,电容式传感器成为了教学中不可或缺的重要内容。
本文将以一个电容式传感器的教学设计案例为例,介绍如何有效地在课堂上教授电容式传感器的原理和应用。
一、教学目标本教学设计的主要目标是通过一个具体的案例,使学生掌握电容式传感器的工作原理、电路连接方法以及实际应用。
具体而言,学生应能够:1. 理解电容式传感器的原理及其在实际应用中的作用;2. 掌握电容式传感器的基本电路连接;3. 进行电容式传感器的实验操作,并对实验结果进行分析和解释;4. 进一步拓展思维,探索电容式传感器在其他领域中的应用。
二、教学内容1. 电容式传感器的原理介绍首先,通过讲解电容的概念和计算公式来引出电容式传感器的原理。
然后,详细介绍电容式传感器是如何通过测量电容的变化来实现目标物体特征的检测的,如接近程度、湿度、液位等。
2. 电容式传感器的电路连接方法在此部分,教授学生如何正确地连接电容式传感器至电路中,并讲解不同连接方式的优缺点。
通过实际操作,学生可以更深入地理解电容式传感器的电路连接,并掌握相关的实验技能。
3. 电容式传感器实验设计在实验设计部分,提供一个具体的实验案例,如使用电容式传感器测量液体的液位。
首先,讲解实验的目的和步骤,然后引导学生进行实验操作,并记录实验数据。
通过实验结果的分析和讨论,学生能够理解电容式传感器在该实验中的作用和应用。
4. 实验结果分析与展示学生应根据实验结果进行数据处理和分析。
他们可以使用图表、表格等形式,将实验数据以直观的方式展示出来,并进行结果解释。
此外,还需引导学生进行实验结果的讨论,探究实验中可能存在的误差和改进方法。
5. 拓展应用探索本部分将引导学生思考并探索电容式传感器在其他领域的应用。
可以提供一些案例或问题,如如何使用电容式传感器检测物体的重量、如何利用电容式传感器设计接近开关等,以激发学生的创造力和探索精神。
电容式触摸屏传感器工作原理

电容式触摸屏传感器工作原理
电容式触摸屏传感器是一种常见的触摸屏技术,它利用电容原理来检
测触摸位置。
其主要原理是利用两个电极之间的电容变化来检测触摸
位置。
在触摸屏表面覆盖一层透明导电膜,这层导电膜被分成一些电极,形成一个电容网络。
当手指触摸屏幕时,由于人体也具有一定的
电容,会改变电容网络的电容值,从而被检测到。
电容式触摸屏传感器的工作原理可以分为两种类型:电阻式和电容式。
电阻式触摸屏传感器是通过两层导电膜之间的电阻变化来检测触摸位置。
而电容式触摸屏传感器则是通过两层导电膜之间的电容变化来检
测触摸位置。
电容式触摸屏传感器的电容变化是由触摸屏表面的电场变化引起的。
当手指接触到屏幕表面时,会形成一个电场,这个电场会影响到屏幕
下方的电容网络。
电容网络中的电容值会随着电场的变化而变化,这
个变化可以被检测到。
检测到电容值变化后,控制电路会计算出触摸
位置,并将其转换为相应的信号输出。
电容式触摸屏传感器的优点是响应速度快、精度高、可靠性好、寿命长、适用于多点触控等特点。
同时,它还具有防水、防尘、易于清洁
等优点,使得其在各种场合得到广泛应用。
总之,电容式触摸屏传感器是一种基于电容原理的触摸屏技术,其工
作原理是利用电容变化来检测触摸位置。
它具有响应速度快、精度高、可靠性好、寿命长、适用于多点触控等特点,是一种广泛应用的触摸
屏技术。
电容式触摸传感器原理

电容式触摸传感器原理电容式触摸传感器是一种常见的触摸屏技术,它利用了物体与电极之间的电容变化来检测触摸位置。
本文将详细介绍电容式触摸传感器的原理及其应用。
一、电容式触摸传感器的原理电容式触摸传感器通常由两层电极组成:一层是透明导电材料制成的触摸面板,另一层是与触摸面板平行排列的感应电极。
当手指或其他物体接近触摸面板时,物体与电极之间的电容会发生变化,从而改变电极之间的电场分布。
当物体接近触摸面板时,电容式触摸传感器会将感应电极上的电荷传输到控制电路中,计算出触摸位置。
相比于其他触摸屏技术,电容式触摸传感器具有较高的灵敏度和响应速度,可检测多点触控,并且不需要压力,仅需轻触即可实现操作。
二、电容式触摸传感器的应用电容式触摸传感器已广泛应用于各种电子设备中,如智能手机、平板电脑、电子游戏机等。
它可以实现多种操作,如滑动、缩放、旋转等,提高了设备的易用性和交互性。
此外,电容式触摸传感器还可以应用于安防监控、智能家居、医疗设备等领域。
三、电容式触摸传感器的优缺点优点:1.灵敏度高,响应速度快,可实现多点触控和手势操作;2.不需要压力,轻触即可实现操作,使用方便;3.触摸面板透明,不影响显示效果;4.可耐受多次触摸,使用寿命长。
缺点:1.价格相对较高;2.受环境干扰较大,如静电、温度等;3.对于手套或其他隔离物体的触摸效果较差;4.在极端环境下,如高海拔、低温等,可能出现灵敏度下降或功能异常。
四、总结电容式触摸传感器是一种常见的触摸屏技术,它利用电容变化来检测触摸位置。
它具有灵敏度高、响应速度快、使用方便等优点,但也存在价格较高、受干扰较大等缺点。
尽管如此,电容式触摸传感器在电子产品、安防监控、智能家居等领域的应用前景仍然广阔。
电容感应触摸感应器的设计

电容感应触摸感应器的设计目 录1触摸感应器设计介绍 (2)1.1简介 (2)1.2自耦电容和互耦电容类型的感应器 (2)1.3方向分类 (2)1.4重要定义 (3)2基本的设计要求 (5)2.1电荷转移 (5)2.2元件选择 (6)2.3材质 (7)2.4靠近发光二极管 (9)2.5ESD防护 (10)3自耦的无方向感应器 (11)3.1介绍 (11)3.2平面感应器 (11)3.3地负载 (12)3.3非平面结构 (15)4互耦的无方向感应器 (19)4.1简介 (19)4.2平面结构 (19)4.3非平面结构 (27)5自耦的单方向感应器 (31)5.1简介 (31)5.2基本规则 (31)5.3典型的空间插值方式 (32)5.4典型的电阻插值方式 (34)6互耦的单方向感应器 (37)6.1简介 (37)6.2基本规则 (37)6.3典型的空间插值结构 (37)6.4典型的电阻插值方式 (43)7双方向感应器 (46)这篇设计概要的翻译,是为了配合库文件的设计。
目前电容感应触摸越来越多地应用到各个领域,希望这篇文档在按键的设计方面能为大家提供参考和帮助。
阿布猪 2009.07.08于首发,转载请注明出处。
1触摸感应器设计介绍1.1简介在设计触摸感应器的时候,有许多问题需要做出妥善的选择,比如产品结构中的材料,以及机械部分和电子部分的组装关系等等。
而这些问题中最关键的是设计实际的感应器(键/滑条/滚轮/触摸屏)和用户的接口部分。
感应器的设计是一种“黑箱技术”,感应电极和周围电场环境的分布参数只能大略上近似为集总的。
但是,按照一定的原则进行感应器的设计,可以实现一些适应性比较强并且具有相当的实用性和一致性的方案。
本设计指导旨在说明一些基本的规则,以便在PCB 或其它材质上建立感应电极。
当然本文并不能涵盖全部的感应电极设计方法,但它提供了一个基本的建立感应触摸应用的方法和不错的起点。
用户应参考QTAN0032 获得更多的电容感应按键设计的信息。
PSoC电容式触摸感应技术

PSoC电容式触摸感应技术PSoC是由Cypress半导体公司推出的具有数字和模拟混合处理能力的可编程片上系统芯片,某些系列的PSoC(如CY8C21X34系列),由于其内部配备的特殊资源,使得它可以很容易地实现电容式触摸感应功能,仅需少量的几个外置分立元件,可以将每一个通用的I/O都配置为电容感应输入。
电容式触摸感应原理如图1所示,电路板上两块相邻的覆铜之间存在一个固有的寄生电容Cp,当手指(或其他导体)靠近时,手指和两块覆铜之间又产生新的电容,这些电容相当于并联到原来的Cp之上,当我们把其中一块覆铜连接到PSoC的模拟I/O上,另一块连接到地上,就可以通过测量电容的变化来判断手指的存在。
我们把连接到PSoC上的覆铜称之为电容传感器(Capacitive Sensor),电容传感器上需覆盖绝缘材料(产品外壳)。
通过在PSoC内部搭建电路并用内建8位处理器的程序来控制电路的运作,就可以把电容的变化转化成计数值的变化,进而转化成按键动作所需要的开关量。
PSoC内部有几种预先设计好的电容感应用户模块,用户模块可以看作是硬件电路配置与软件库函数(API)的集合,用户所需要做的就是在PSoC开发环境(PSoC designer)中将用户模块配置到数字/模拟阵列中,开发环境会自动生成硬件寄存器配置及库函数,剩下的工作就是一些用户模块参数的调整,以及应用代码的编写。
整个开发过程非常直观、流畅,对于有嵌入式系统开发经验的工程师来说,很快就会得心应手。
电容式感应技术为工业设计提供新的思路有了电容式感应技术,工业设计师首先能想到的就是把传统的机械按键换成电容式的感应开关。
这增加了工业设计的灵活性,因为电容式开关可以隐藏在一块完整的表面下边,不需要像机械按键那样需要预留机械部件运动的空间。
在有些便携式产品上,设计师希望能在产品上赋予自然的灵性,比如像贝壳一样的MP3播放器、像卵石一样的手机,用电容式开关取代机械按键可以在最大程度上还原设计师的构思,让产品外观有浑然天成的效果。
电容式触摸感应开关设计及实现

V C C V
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徐 忠坤 .谷瑞 华
( 北京工业大 学 北京 1 0 0 1 2 4 ) 摘要: 传 统机械按 键存在 变形 、 易损坏 、 使 用寿命短等缺 点 , 针对这 种情 况 。 采 用基 于 C o d e x — M3核 心 的 L M3 S 系列 MC U设计一种基 于 R C充 放 电原 理 的 简 易 电 容 触 摸 按 键 。使 用 L M3 S系列 MC U 的 2个 管 脚 即 可 实 现 一 个 按 键 的 检
生 些 微 变 化 ,所 以 只 需 要 测 量 手 指 触 摸 前 后 电 容 值 的变 化 . 就 可 以知 道 是 否有 按 键 被 按 下 一 般 电容 值 的 变 化 比较 小 , 是 p F级 的 变化 , 直 接 检 测 比较 困 难 。 若 是 将 电 容 的 变 化 通 过 其 他方式表现出来 , 则 更 加 容 易 检 测 一 些 。在 本 次 设 计 中 , 将 电 容的变化 通过 R C充 放 电 电 路 转 化 为 充 放 电时 间 的 变 化 , 这
第2 1卷 第 1 9期
Vo 1 . 21
No . El e c t r o ni c De s i g n En g i n e e r i n g
2 0 1 3年 1 0月
0e t . 201 3
电容 式触摸 感应开 关设计 及实现
u s i n g mu l t i p l e b u t t o n s , y o u c a n mu l t i p l e x e d c h a r g e a n d d i s c h a r g e p i n , i t c a n e f f e c t i v e l y r e d u c e t h e c o s t o f t h e c i r c u i t . T h e n i n t r o d u c e t o u c h s w i t c h l a y o u t a n d wi in r g o f c i r c u i t . L a s t I d e s i g n t h e c o n t r o l c i r c u i t o f c o o k e r h o o d t o v e i r f y t h e p r o g r a m o f t o u c h b u t t o n s .
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基于电容感应触摸式传感器的设计
摘要:电容感应防疲劳安全驾驶系统采用先进的电容感应触摸式传感器,通过微处理器判断驾驶员的注意力集中程度,通过音乐系统播放不同类型的音乐刺激司机,缓解驾驶员的压力,使其集中注意力。
关键词:电容感应触摸式传感器
The design of capacitance sensor touch sensors
Abstract: capacitive sensing anti fatigue safe driving system adopts advanced capacitive sensing touch sensor, through the microprocessor to determine the driver's attention degree, played by music system of different types of music stimulate driver, alleviate the pressure of the driver, make its focus.
Keywords: capacitive sensing touch sensors
1引言
随着社会经济的发展,商用长途货物运输车越来越多,随着人们生活水平提高,私家轿车数量与日俱增。
注意力不集中是许多司机经常遇到的一个问题,注意力分散的司机对驾驶环境的识别缓慢,产生相应驾驶操作需要较长的时间,这样带来较高的行车危险性。
防疲劳安全驾驶系统设计基于电容感应触摸式传感器设计,旨在使注意力分散驾驶的司机能随时通过系统发觉自己的驾驶状态,通过此系统刺激驾驶员集中注意力,降低道路伤害对国家社会经济造成的损害。
自主创新是当今社会的另一大主题。
防疲劳安全驾驶系统采用先进的电容感应触摸式传感器,通过微处理器判断驾驶员的注意力集中程度,通过音乐系统播放不同类型的音乐或语音来刺激警示司机,缓解驾驶员的压力,使其集中注意力。
2设计系统概述
2.1设计系统功能:
1)自动检测功能;
2)实时判断驾驶员注意力集中情况;
3) 与汽车中央CPU通信功能。
2.2设计系统特点:
1) 可非接触式测量,可在高温、辐射和强烈震动等剧烈工作环境下工作;
2) 自动检测、智能化判断司机注意力情况;
3) 成本低、使用方便;采用新型触摸开关,美观、磨损小、寿命长;
4) 操作模式具有可选择性;可与汽车中央CPU实时通信。
3传感器设计与选择
在这个系统中,电容式传感器起到举足轻重的作用,我们先来讨论有关传感器的信息。
面向汽车应用的开关和按钮所遭受的设计约束必须应对的不利条件是:1、宽温度范围2、宽湿度范围3、驾乘人员连续不断的污损。
汽车内传感器的工作环境十分恶劣,因此对传感器的要求也十分严格。
这些传感器必须要经受住从一40℃~+150℃的温度变化,而且要求精度高、可靠性好、反应快、抗干扰和抗振动能力强,才能准确地实时检测汽车运行的有关状态,并将这些状态转换成电信号供给单片机处理。
电容感应防疲劳安全驾驶系统组成示意图
电容感应防疲劳安全驾驶系统组成示意图如上图所示,图中方向盘左右分别装有电容感应式传感器,专用于识别人手的触摸动作,在汽车行驶过程中,驾驶者必须在一定的时间间隔内触摸传感器位置把柄,如若在规定的时间内驾驶者没有触摸电容感应传感器,则系统警示灯闪烁,同时音乐系统慢慢响起随和的音乐,若在音乐想起一段时间后,驾驶者仍然未触摸传感器,系统再次判断驾驶者最近几次从看到警示灯或听到音乐后到触摸开关动作完成的时间间隔信息,粗略判断驾驶者的反应灵敏度,然后更据不同情况播放不同类型音乐或语音。
若认为最近司机反映敏捷则音响系统会自动播送节奏明快的进行曲,让人精神更加振奋;当司机注意力严重不集中时,音响系统自动播激情音乐,从而引起司机的注意力。
倘若驾驶者一直不触摸电容感应传感器,则系统会自动给汽车中央CPU系统发送信号,并作出相应处理,比如中央CPU会再次判断车体运动状态,进行减速等操作。
3.1电容式传感器工作原理
电容式传感器中的电容值以及电容变化值都非常小,这样微小的电容量还不能直接为目前的现实仪表所显示,也和难为记录仪所接受。
这就必须借助于测量电路检测这一微小电容增量。
并将其转换成与其成单值函数关系的电压、电流或者频率。
电容转换电路有调频电路、运算放大器式电路、二极管双T型交流电桥、脉冲宽度调制电路等。
经过大量资料证明,调频电容传感器测量电路具有较高的灵敏性度,可以测量高至0.01 m级位移变化量。
信号的输出频率易于用数字仪器测量,并与计算机通讯,抗干扰能力强,可以发送接收,以达遥控遥测的目的。
这正好符合了智能化与自动检测的要求,因此选择调频电容传感器测量电路装入此测量系统。
调频测量电路把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分,当输入量导致电容发生变化时,振荡器的震荡频率就发生变化,经过放大就可以用仪器指示记录仪记录下来。
调频式测量电路如下图所示。
3.2触摸式传感器
对于典型的电容式传感器,规定其覆盖层的厚度为3mm或更薄。
随着覆盖层厚度的增加,来传感手指的触摸将变得越来越困难。
所有电容式触摸传感系统的核心部分都是一组与电场相互作用的导体。
在皮肤下面,人体组织中充满了传导电解质。
正是手指的这种导电特性,使得电容式触摸传感成为可能。
简单的平行板电容器具有两个导体,其间隔着一层电介质。
该系统中的大部分能量直接聚集在电容器极板之间。
少许能量会泄露到电容器极板以外的空间。
该电容式传感系统的基本元件包括:一个可编程电流源、一个精密模拟比较器和一根用来按顺序传输一组电容式传感器信号的多路复用总线。
在本文所讨论的系统中,一个弛张振荡器起着电容传感器的作用。
该振荡器的简化电路示意图如下图所示。
振荡器简化电路示意图
比较器的输出被送进脉冲宽度调制器(PWM)的时钟输入电路,该PWM负责对一个时钟频率为24MHz的16位计数器进行门控。
传感器上面的手指使电容增大,从而导致计数值增加。
就是基于这一原理来检测到手指的存在。
3.3光电式车速传感器
光电式车速传感器是固态的光电半导体传感器,它由带孔的转盘两个光导体纤维,一个发光二极管,一个作为光传感器的光电三极管组成。
一个以光电三极管为基础的放大器为发动机控制电脑或点火模块提供足够功率的信号,光电三极管和放大器产生数字输出信号(开关脉冲)。
发光二极管透过转盘上的孔照到光电二
极管上实现光的传递与接收。
转盘上间断的孔可以开闭照射到光电三极管上的光源,进而触发光电三极管和放大器,使之像开关一样地打开或关闭输出信号。
4整体系统设计
电容感应防疲劳安全驾驶系统由电容感应传感器,微处理器和音乐系统等部分组成。
其独特之处是:在方向盘左右两边个安装有一个电容式触摸传感器,用于接收或识别人的触摸动作,微处理器实时检测传感器信号,记录每次接收到信号的时间,实时判断上次信号已发生的时间间隔和分析次信号发生的时间信息,智能判断驾驶者的精神状态和注意力集中情况,然后根据判断结果命令音响系统播放不同类型的音乐。
该系统工作时有两种工作模式可以供司机选择,第一种是定时提示,即每过一定的时间进行提示,时间间隔为正常人的注意力集中时间;第二种工作模式是智能化提示模式,在该模式运行时,系统会自动判定司机的注意力集中情况和车速大小智能选取提示时间间隔。
设计图如下:
4.1信号检测
汽车传感器输出信号一般为电压、电阻、脉冲信号及开关量等,下面分别介绍这些信号的检测方法。
(1)电压信号
为了提高抗干扰能力和检测精度,先将电压信号经信号调理电路变换为0~5V的标准信号,再经V/F变换转换为脉冲量,经光耦隔离后通过C8051F005单片机的PCA阵列计数处理。
V/F转换器的应用电路如图2所示,其中,将有源时钟振荡器输出的3MHz脉冲信号经74HC393四分频后作为AD652的外部时钟源。
(2)电阻信号
电阻信号先经惠斯通电桥转换为0~5V的标准信号,再经V/F变换转换为脉冲量,经光耦隔离,最后通过C8051F005单片机的PCA阵列计数处理。
(3)脉冲信号
经光耦隔离后的脉冲信号直接通过C8051F005单片机的PCA阵列计数处理。
(4)开关信号
开关量采集原理图如图3所示。
当刹车和转向灯等工作状态发生改变时,其辅助接点将接通YX回路的+12V电源,此时光耦导通,其输出状态发生改变,在单片机定时中断服务程序内通过I/O口读取该状态即可,其动作分辨率可达lms。
5总结
电容感应防疲劳安全驾驶系统解决了消费者在使用汽车中所遇到的困难,这套系统在实际设计的时候能够达到性能稳定、操作简便、价格适中,会很受消费者欢迎,具有一定的商业价值,这样系统的市场潜力很大。
但是我只是在学习了传感器这门课后进行了浅显的设想,将所学的知识进行了一定的整合,并与实际生活联系起来,让理论与实际相结合。
真正是否能够设计并投入使用还需要一定的时间和更专业和精确的计算。
参考文献
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[2] 童敏明,唐守峰.检测与转换技术.徐州:中国矿业大学出版社,2008.
[3] 张洪润.传感器应用设计300例.北京:北京航空航天大学出版社 ,2008.
[4] 付家才.传感器与检测技术原理及实践.北京:中国电力出版社, 2008.
[5] 何金田, 张斌.传感器原理与应用课程设计指南.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社 ,2009.。