电容式触摸开关电路及其开关状态判断方法技术

本发明专利技术公开了一种电容式触摸开关电路及其开关状态判断方法，包括微处理器、触摸信号调理电路和电源稳压电路，微处理器和电源稳压电路均与触摸信号调理电路连接；触摸信号调理电路包括电容式触摸开关、运算放大器U1、运算放大器U2、双边开关Y1和双边开关Y2，微处理器输入PWM1方波信号、PWM2方波信号和PWM3方波信号到触摸信号调理电路，微处理器接收触摸信号调理电路输出的电压信号OUT1，微处理器将电压信号OUT1的电压与预先设定的电压阈值进行比较，判断电容式触摸开关当前的开关状态；本发明专利技术可以准确判断电容式触摸开关当前的状态，有效地提高了电容式触摸开关的准确性与抗干扰性。

【技术实现步骤摘要】
电容式触摸开关电路及其开关状态判断方法
本专利技术涉及一种电器设备的控制开关，具体涉及一种电容式触摸开关电路及其开关状态判断方法。
技术介绍
触摸感应的操作面板因为其坚固、耐磨损、可以绝缘、隔尘、隔水，而且外观美观新颖而迅速在很多领域被应用，成为近年的热门技术。现在提供触摸感应芯片和方案的公司较多，很多公司提供的芯片和方案宣传作的很好，东西也较便宜，但产品却只能保证“能动”。在潮湿，强干扰环境下容易发生误动现象。触摸感应面板目前主流的技术是采用电容感应技术来实现。因为手指在感应盘上带来的电容变化极小，而且随着隔离的绝缘面板厚度增加，电容的大小会成指数降低。大概隔5mm的钢化玻璃后，人的手指触摸只能带来不到0.5PF的电容变化。对于这样微小的测量量，湿度、温度的变化、电磁干扰、电源干扰等都会极大的影响测量电路的测量结果。比如在潮湿带静电较多的环境，如果选择专用芯片，可能会发生误动作，在强电压电磁干扰环境，也可能会发生误动作，所以还是必须选择用微处理器控制方案，施加一定的控制算法，比如需要判断一定时间之内电容变化的速率，稳定性，因此在要求较高的工业应用场合，尤其是铁路上，高可靠性是首位，专用芯片方案有一定的局限性，不能较好地满足需要。目前，电容式开关设计原理通常有三种，分别为比较两路脉冲信号迟滞相位、张弛振荡器、电容的变化转换成电压信号的变化。电容的变化转换成电压信号的变化需要一种巧妙的调理电路，因此触摸信号调理电路便成为研究重点。因此，深入研究电容式触摸开关的开关状态对提高开关的灵敏度、准确性以及其抗干扰性意义重大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种电容式触摸开关电路及其开关状态判断方法，本电容式触摸开关电路及其开关状态判断方法可以准确判断电容式触摸开关当前的状态，有效地提高了电容式触摸开关的准确性与抗干扰性。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种电容式触摸开关电路，包括微处理器、触摸信号调理电路和电源稳压电路，所述微处理器和电源稳压电路均与触摸信号调理电路连接；所述触摸信号调理电路包括电容式触摸开关、运算放大器U1、运算放大器U2、双边开关Y1和双边开关Y2，所述电容式触摸开关用于产生寄生电容的两端分别连接有电阻R8的一端和电阻R7的一端，所述电阻R8的另一端连接有电容C5的一端，所述电容C5的另一端连接有运算放大器U1的引脚6、电容C6的一端和电阻R9的一端，所述电容C6的另一端和电容C9的另一端与运算放大器U1的引脚7连接，所述运算放大器U1的引脚5与运算放大器U1的引脚1、运算放大器U1的引脚2和电阻R7的另一端连接，所述运算放大器U1的引脚4连接地线，所述运算放大器U1的引脚8分别连接有电源稳压电路、电阻R6的一端和电容C4的一端，所述电阻R6的另一端与运算放大器U1的引脚3连接，所述运算放大器U1的引脚3分别连接有电容C3的一端和电阻R5的一端，所述电容C3的另一端分别连接有电容C2的一端、电阻R3的一端和电阻R4的一端，所述电容C4的另一端、电阻R5的另一端、电容C2的另一端和电阻R4的另一端均连接地线，所述电阻R3的另一端与微处理器的输出端连接；所述运算放大器U1的引脚7连接有电阻R10的一端，所述电阻R10的另一端分别连接有电容C8的一端和电容C7的一端，所述电容C8的另一端均与双边开关Y1的引脚1和双边开关Y2的引脚1连接，所述双边开关Y1的引脚2、双边开关Y1的引脚3、电容C7的一端和双边开关Y2的引脚3均连接地线，双边开关Y1的引脚5和双边开关Y2的引脚5均连接电源VCC，所述双边开关Y1的引脚4和双边开关Y2的引脚4均连接微处理器的输出端，所述双边开关2的引脚2连接有电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端分别与运算放大器U2的引脚3连接，所述运算放大器U2的引脚3通过电容C1连接地线，所述运算放大器U2的引脚2分别连接有电阻R1的一端和电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端连接地线，所述电阻R1的另一端与运算放大器U2的引脚1连接，所述运算放大器U2的引脚1与微处理器的输入端连接。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述运算放大器U1采用TLC072，所述运算放大器U2采用MCP6002，所述双边开关Y1和双边开关Y2均采用TC4S66F，所述电源VCC为5V。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述电源稳压电路采用稳压芯片LM2596HV和稳压芯片7809，所述稳压芯片LM2596HV用于将24V电源转换为12V电源，所述稳压芯片7809用于将12V电源转换为9V电源，并将9V电源发送到运算放大器U1的引脚8。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述微处理器采用STM32F103微处理器。为实现上述技术目的，本专利技术采取的另一个技术方案为：一种电容式触摸开关电路的开关状态判断方法，包括以下步骤：（1）通过电源稳压电路为运算放大器U1提供9V电源；（2）通过微处理器输入PWM1方波信号到电阻R3的一端；（3）通过微处理器输入PWM2方波信号到双边开关Y1的4号引脚处；（4）通过微处理器输入PWM3方波信号到双边开关Y2的4号引脚处；（5）微处理器接收运算放大器U2的引脚1输出的电压信号OUT1，微处理器通过采集电压信号OUT1的电压并进行A/D转化，与预先设定的电压阈值进行比较，从而判断电容式触摸开关当前的开关状态。作为本专利技术进一步改进的技术方案，包括以下步骤：（1）通过电源稳压电路为运算放大器U1提供9V电源；（2）通过微处理器输入周期为4us、脉宽为2us的PWM1方波信号到电阻R3的一端；（3）通过微处理器输入周期为4us、脉宽为1us的PWM2方波信号到双边开关Y1的4号引脚处，且所产生的PWM2信号的脉宽在交流信号的负半周期里；（4）通过微处理器输入周期为4us、脉宽为1us的PWM3方波信号到双边开关Y2的4号引脚处，且所产生的PWM3信号比PWM2信号相位滞后90°；（5）微处理器接收运算放大器U2的引脚1输出的电压信号OUT1，微处理器通过采集电压信号OUT1的电压并进行A/D转化，与预先设定的电压阈值进行比较，从而判断电容式触摸开关当前的开关状态。本专利技术的有益效果为：本专利技术通过将电容式触摸开关电容的变化转换成电压信号的变化，来判断当前的开关状态。通过微处理器控制，在触摸信号调理电路中进行巧妙的设计，可以有效地改善了电容式触摸开关的准确性与抗干扰性。可以应对各种复杂的环境，譬如湿度、温度的变化、电磁干扰、电源干扰等等。此电容式触摸开关电路的准确性和抗干扰性加上触摸感应操作面板的精致美观必将快速取代以前的老式的机械开关，成为接下来人们生活中的主流开关。附图说明图1为本实施例的触摸信号调理电路的电路原理示意图。图2为本实施例的电源稳压电路提供9V电源的电路原理示意图。图3是本实施例的U1B的7号引脚触摸前的波形图。图4是本实施例的U1B的7号引脚触摸后的波形图。图5是本实施例的双边开关Y1的1号引脚、4号引脚的波形图。图6是本实施例的双边开关Y2的1号引脚、4号引脚的波形图。图7是本实施例的运算放大器U2A的OUT1输出端触摸前的波形图。图8是本实施例的运算放大器U2A的OUT1输出端触摸后的波形图。具体实施方式下面根据图1至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容式触摸开关电路，其特征在于：包括微处理器、触摸信号调理电路和电源稳压电路，所述微处理器和电源稳压电路均与触摸信号调理电路连接；所述触摸信号调理电路包括电容式触摸开关、运算放大器U1、运算放大器U2、双边开关Y1和双边开关Y2，所述电容式触摸开关用于产生寄生电容的两端分别连接有电阻R8的一端和电阻R7的一端，所述电阻R8的另一端连接有电容C5的一端，所述电容C5的另一端连接有运算放大器U1的引脚6、电容C6的一端和电阻R9的一端，所述电容C6的另一端和电容C9的另一端与运算放大器U1的引脚7连接，所述运算放大器U1的引脚5与运算放大器U1的引脚1、运算放大器U1的引脚2和电阻R7的另一端连接，所述运算放大器U1的引脚4连接地线，所述运算放大器U1的引脚8分别连接有电源稳压电路、电阻R6的一端和电容C4的一端，所述电阻R6的另一端与运算放大器U1的引脚3连接，所述运算放大器U1的引脚3分别连接有电容C3的一端和电阻R5的一端，所述电容C3的另一端分别连接有电容C2的一端、电阻R3的一端和电阻R4的一端，所述电容C4的另一端、电阻R5的另一端、电容C2的另一端和电阻R4的另一端均连接地线，所述电阻R3的另一端与微处理器的输出端连接；所述运算放大器U1的引脚7连接有电阻R10的一端，所述电阻R10的另一端分别连接有电容C8的一端和电容C7的一端，所述电容C8的另一端均与双边开关Y1的引脚1和双边开关Y2的引脚1连接，所述双边开关Y1的引脚2、双边开关Y1的引脚3、电容C7的一端和双边开关Y2的引脚3均连接地线，双边开关Y1的引脚5和双边开关Y2的引脚5均连接电源VCC，所述双边开关Y1的引脚4和双边开关Y2的引脚4均连接微处理器的输出端，所述双边开关2的引脚2连接有电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端分别与运算放大器U2的引脚3连接，所述运算放大器U2的引脚3通过电容C1连接地线，所述运算放大器U2的引脚2分别连接有电阻R1的一端和电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端连接地线，所述电阻R1的另一端与运算放大器U2的引脚1连接，所述运算放大器U2的引脚1与微处理器的输入端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种电容式触摸开关电路，其特征在于：包括微处理器、触摸信号调理电路和电源稳压电路，所述微处理器和电源稳压电路均与触摸信号调理电路连接；所述触摸信号调理电路包括电容式触摸开关、运算放大器U1、运算放大器U2、双边开关Y1和双边开关Y2，所述电容式触摸开关用于产生寄生电容的两端分别连接有电阻R8的一端和电阻R7的一端，所述电阻R8的另一端连接有电容C5的一端，所述电容C5的另一端连接有运算放大器U1的引脚6、电容C6的一端和电阻R9的一端，所述电容C6的另一端和电容C9的另一端与运算放大器U1的引脚7连接，所述运算放大器U1的引脚5与运算放大器U1的引脚1、运算放大器U1的引脚2和电阻R7的另一端连接，所述运算放大器U1的引脚4连接地线，所述运算放大器U1的引脚8分别连接有电源稳压电路、电阻R6的一端和电容C4的一端，所述电阻R6的另一端与运算放大器U1的引脚3连接，所述运算放大器U1的引脚3分别连接有电容C3的一端和电阻R5的一端，所述电容C3的另一端分别连接有电容C2的一端、电阻R3的一端和电阻R4的一端，所述电容C4的另一端、电阻R5的另一端、电容C2的另一端和电阻R4的另一端均连接地线，所述电阻R3的另一端与微处理器的输出端连接；所述运算放大器U1的引脚7连接有电阻R10的一端，所述电阻R10的另一端分别连接有电容C8的一端和电容C7的一端，所述电容C8的另一端均与双边开关Y1的引脚1和双边开关Y2的引脚1连接，所述双边开关Y1的引脚2、双边开关Y1的引脚3、电容C7的一端和双边开关Y2的引脚3均连接地线，双边开关Y1的引脚5和双边开关Y2的引脚5均连接电源VCC，所述双边开关Y1的引脚4和双边开关Y2的引脚4均连接微处理器的输出端，所述双边开关2的引脚2连接有电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端分别与运算放大器U2的引脚3连接，所述运算放大器U2的引脚3通过电容C1连接地线，所述运算放大器U2的引脚2分别连接有电阻R1的一端和电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端连接地线，所述电阻R1的另一端与运算放大器U2的引脚1连接，所述运算放大器U2的引脚1与微处理器的输入端...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘汉忠，孙来业，屈波，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32