聶煉航

摘 要：本文對電容式觸摸技術(shù)對進(jìn)行了原理性分析，結(jié)合電梯實(shí)際應(yīng)用，將觸摸技術(shù)運(yùn)用到電梯按鈕上。從方案設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、軟件調(diào)試等多方面介紹了電梯觸摸式按鈕的設(shè)計(jì)應(yīng)用，相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)投入實(shí)際使用中，具有很強(qiáng)的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：電容式觸摸技術(shù)；電梯按鈕；自適應(yīng)；防死機(jī)；Cypress；PSOC

前言：隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長、城市化快速推進(jìn)、人民生活水平提高、人口老齡化等因素的推動，我國電梯行業(yè)維持快速發(fā)展態(tài)勢。一方面，按鈕作為電梯必不可少的重要組成部分，無論是召喚箱上的呼梯按鈕還是轎廂里的樓層、開關(guān)門按鈕，人們對其美觀性、可靠性、體驗(yàn)性都有了更高的需求。另一方面，隨著觸摸技術(shù)的成熟和不斷發(fā)展，它被運(yùn)用在越來越多的鄰域和行業(yè)中，日常生活中，小到手機(jī)，大到工程設(shè)備隨處可見它的身影，因此將觸摸技術(shù)應(yīng)用于電梯，用電容式觸摸式按鈕代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式按鈕也是大勢所趨。

一、觸摸式按鈕與機(jī)械式按鈕的對比如下：

二、電容式觸摸技術(shù)的原理分析

1、PCB板上的感應(yīng)層CapSense到GND有個(gè)分布電容Cp；

2、在電路板上方，需要非金屬覆蓋層，覆蓋層用玻璃或者亞克力；

3、當(dāng)手指接觸到表面覆蓋物后， 會與大地產(chǎn)生一個(gè)CF的電容；

4、觸摸前后檢測到的感應(yīng)電容值分別為Cp和Cp+CF，當(dāng)值超過我們設(shè)定 的閾值時(shí)，按鈕觸摸有效。

5、影響CF的因素

其中A為感應(yīng)區(qū)域的面積，d為覆蓋物的厚度，εR為覆蓋物材料的介電常數(shù)，ε0為自由空間的介電常數(shù)。

常見材料的介電常數(shù)：

三、設(shè)計(jì)方案

1、 設(shè)計(jì)流程

2、 按鈕整體尺寸示例

3、 按鈕組成

觸摸按鈕由機(jī)械外殼和電子板兩大部分組成，按鈕的整體尺寸是充分考慮到安裝的兼容性，按常規(guī)轎廂的載重量以及轎廂按鈕的布局來設(shè)計(jì)的。電子板部分由按鈕控制板、感應(yīng)背光板組成，按鈕控制板集成了電源、觸摸控制、輸入輸出接口、程序燒錄口，而感應(yīng)背光板集成了感應(yīng)電極、背光片，兩個(gè)電子板之間采用4個(gè)5位連接器對插連接，便于拆卸維修。

4、電子板設(shè)計(jì)

4.1、關(guān)鍵器件的選型

我們選用的觸摸IC為Cypress的CY8C4014SXI-421，Cypress公司是一家知名的電子芯片制造商，其電容式觸摸技術(shù)已經(jīng)廣泛用于移動電話、個(gè)人電腦、消費(fèi)類電子等領(lǐng)域，具有感應(yīng)技術(shù)強(qiáng)大穩(wěn)定、 抗噪能力強(qiáng)、自動調(diào)校技術(shù)等顯著特點(diǎn)。

4.2、可靠性設(shè)計(jì)

按鈕電源接口采用放電管、電感、TVS管組合方式來預(yù)防群脈沖和靜電；

輸入輸出接口采用TVS管、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲組合的方式來預(yù)防靜電和短路；

感應(yīng)信號的線寬為7 mil，距離同層地線間距位1mm；

在感應(yīng)背光板的感應(yīng)器區(qū)域采用寬度為7 mil，間距為45 mil的網(wǎng)格；

在PCB的頂層和底層均采用寬度為7 mil，間距為70 mil的鋪地網(wǎng)格。

5、特色功能

兼容單色、雙色背光，多種顏色選擇；

兼容按鈕有效時(shí)輸出電源電壓或者0V；

支持覆蓋物最大厚度為10CM；

防死機(jī)功能，一定的時(shí)間持續(xù)有效時(shí)，按鈕復(fù)位；

參數(shù)自適應(yīng)功能，當(dāng)按鈕上有灰塵或者水珠，自動調(diào)整敏感度；

6、 電氣參數(shù)

額定電壓：DC24V（對講、警鈴為DC12V）

額定電流：10-40MA（與按鈕是否有效、按鈕背光大小相關(guān)）

動作壓力：0.5N–6N

電氣壽命：無次數(shù)限制

貯存溫度： - 20 ～ +70 °C

使用溫度： - 10 ～ +60 °C

工作濕度：≤90% 不結(jié)露

四、軟件調(diào)試

1、項(xiàng)目開發(fā)所需的軟件和硬件

軟件：PSoC Creator3.3，安裝后包括Programmer和I2C Bridge；

電子板和外殼；

調(diào)試工具：MiniProg3；

2、調(diào)試步驟如下

2.1、新建工程并選擇器件系列

2.2、選擇空白模版并設(shè)置工程名稱和路徑

2.3、按需添加觸摸、I2C、輸出、定時(shí)器、時(shí)鐘信號、中斷等功能模塊

2.4、雙擊設(shè)置各功能模塊參數(shù)

2.5、生成代碼，編寫主程序