基于電容式觸摸按鍵技術的七彩燈設計

摘要：隨著電子科學技術的不斷發展，電容式觸摸按鍵已經越來越多地應用于各種電子產品設計中。傳統機械按鍵輸入方式的電路復雜，并且容易磨損、使用壽命短。而電容式觸摸按鍵技術電路簡單、操作方便，并且靈敏準確，很好的彌補了機械按鍵的缺點和不足。文章采用BF6911AS10電容式觸摸按鍵控制芯片，利用電池供電，通過GPIO口模擬PWM輸出控制RGB三色LED燈頭實現七彩燈功能。利用不同的觸摸按鍵結合軟件設計完成開關機、顏色循環、顏色改變等功能。研究結果表明，所設計的電容式觸摸按鍵響應速度快、抗干擾能力強、檢測精度準確，具有很大的應用價值與市場前景。
關鍵詞：電容式；觸摸按鍵；靈敏度；脈沖寬帶調制

0 引言
隨著電子科學技術的不斷發展，觸摸輸入方式已經在眾多領域得到了應用。傳統的普通機械按鍵使用壽命只有十幾萬次，相比之下，由于觸摸輸入方式采用非接觸式按鍵技術，其使用壽命遠遠超過機械按鍵，可靠性也不會隨著時間的增加而降低。另外，觸摸按鍵的外觀簡潔、操作方便、靈敏準確等優點，也使得觸摸按鍵輸入方式具有很高的實用性和操控性，以及很好的發展前景。
觸摸輸入方式可以根據選用的觸摸傳感器類型的不同而分為電阻式、電波式、電磁式、光學式、電感式和電容式。以上每種觸摸方式都有著其獨特的性能優點，從而可以適用于不同場合。而電容式觸摸輸入方式的制造工藝成本低廉、檢測便捷準確，并且硬件免維護，因此作為最主要的觸摸輸入方式。本文利用芯片的GPIO口模擬PWM輸出控制RGB三色LED燈頭配比出七種顏色的燈光效果，并采用電容式觸摸按鍵技術實現開關機、顏色循環和顏色改變的功能，很好地將電容式觸摸按鍵技術與實際應用結合為一體。

1 硬件電路設計
1．1 主控模塊
按照本設計的特點及需求，選用BF6911AS10電容式觸摸按鍵控制芯片。該芯片共有16個引腳，內含10個電容式觸摸感應通道，每個觸摸按鍵都能獨立運行，通過芯片內置的升壓電路，可方便地調節觸摸按鍵靈敏度，其中有8個通道可復用為GPIO口。該芯片內置主頻為24MHz的單片機內核以及用于使外部的輸入信號與內部的振蕩信號同步的PLL(鎖相環)模塊；并帶有LDO(低壓差線性穩壓器)模塊，可提高電源的信噪比。
電容式觸摸是利用人體電流感應進行工作的。當給觸摸工作面通上很低電壓時，由于人是零電勢體，手指在觸摸工作面時，手指的電場會和工作面形成耦合電容，而電容在高頻電流中變為導通，因此手指會從接觸點吸走很小的電流，電容式觸摸控制電路則可檢測到微弱的電流變化，從而實現按鍵檢測。該芯片內置防水和基線更新算法，可以很好地適應環境變化，從而使得耦合電容較為穩定。因此BF6911AS10是一款適用于需準確而穩定地檢測按鍵信息的芯片。其芯片結構及功能原理框圖如圖1所示。

1．2 外圍硬件模塊
系統以BF6911AS10電容式觸摸按鍵控制芯片作為主控，外接6個觸摸按鍵、RGB三色LED燈模塊、5V鋰電池以及帶鋰電池充電保護功能的充電電路。
1．2．1 電源模塊
電源模塊包括鋰電池充電電路及鋰電池保護電路。充電電路采用QX4054鋰電池充電管理控制芯片。該芯片內含高精度比較器、恒流控制電路、充電狀態指示電路以及過充過熱保護電路。QX4054具有電路集成度高、功能齊全、外接元件少、可靠性高等優點，非常適合便攜式設備使用。鋰電池保護電路采用DW01芯片，該芯片內置高精度的電壓檢測與時間延遲電路，可以避免鋰電池因過度充放電、電流過大導致電池壽命縮短或電池被破壞。系統采用5V鋰電池供電，由于系統整體功耗非常低，因此可保持長時間工作。當電池電壓不足時，便可通過DC座插孔對電池進行充電，并配有LED作為充電指示燈。