Einfachster Berührungssensor für eine Kupferoberfläche

Teilen Sie den Berührungsbereich ...

Teilen Sie Ihren Kupfer-Touch-Bereich in zwei Teile, die ineinandergreifen. Dann ist es ganz einfach. Wenn der Benutzer die Pads berührt, gibt es einen Strompfad zwischen den Hälften. Sonst nicht. Der Widerstand kann für einen "trockenen" Finger ziemlich hoch sein (~10 kOhm), verwenden Sie also einen Verstärker, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten. Ein einfacher Einzeltransistortyp ist ausreichend.

... wie einer von diesen!

Es gibt Probleme, den Benutzer die Leiterplattenkontakte direkt berühren zu lassen. A: ESD von der Berührung und der Umgebung wird direkt in die Schaltung eingekoppelt, sodass Sie ein paar gute TVS-Unterdrücker für hohe und niedrige Energiestöße über das Touchpad benötigen würden. Sie möchten auch einen gewissen Reihenwiderstand in den Leitungen hinzufügen, die von den Pads zu den aktiven Geräten führen, um einen Teil der verbleibenden Stoßenergie zu absorbieren. Das Hinzufügen einer Shunt-Kapazität über den Touchpads trägt ebenfalls dazu bei, die Stoßspannungsspitze zu dämpfen.

B: Feuchtigkeit, Schmutz, Hautöle usw. Al. kontaminieren die Oberfläche der Leiterplatte und führen entweder zu intermittierenden „Kurzschlüssen“, die wie Berührungen aussehen, wenn keine vorhanden sind, oder zu Unterbrechungen, wenn Berührungen aufgrund von Oxidation und anderen Oberflächenverunreinigungen auftreten, die nicht leitend sind.

Obwohl ein resistiver Berührungssensor wie gezeigt billig und einfach ist, ist er nicht wirklich vorteilhaft gegenüber der Verwendung eines gewölbten / elastomeren Schalters, der die gleiche Art von Kontaktpad ist, aber mit einer leitfähigen Platte, die indirekt nach unten gedrückt wird, um die Kontakte zu überbrücken. Die leitfähige Deckschicht ist insofern praktisch, als sie eine ESD-Isolierung und auch einen Platz zum Anbringen einer Beschriftung zum Beschriften der Taste bietet, und sie schützt die Leiterplatte vor Verunreinigungen, wodurch die Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit des Berührungskontakts verbessert wird.

Es gibt mehrere „zweckgebaute“ kapazitive Berührungserkennungs-ICs von Analog Devices, MICROCHIP, ATMEL, MAXIM und anderen, und die preiswertesten MCU-Linien wie MSP430Gxxx, ATTiny und andere haben eine kapazitive Berührungserkennungslösung, die ziemlich steckerfertig ist und Spiel. Obwohl die Verwendung einer MCU nicht unbedingt die "einfachste" Lösung ist, kann es die kapazitive Sensorlösung sein, die die einfachste ist, die relativ vorhersehbar, zuverlässig und konfigurierbar ist (wie empfindlich sollte sie sein? was tun, wenn eine Berührung erkannt wird?) .

Eine weitere einfache Methode zur Erkennung von Berührungen ist die Verwendung eines JFET mit schwebendem Gate, um die elektrische Ladung und Änderungen des elektrostatischen Felds zu erfassen, die vorhanden sind, wenn sich ein Finger in der Nähe des Sensors befindet oder nicht. Die Empfindlichkeit kann durch Ändern der Pad-Größe, der Nähe und des Spannungspegels des Guard-/Bootstrap-Rings, der das Pad umgibt, und durch Verwendung einer hochohmigen Vorspannung eingestellt werden. Suchen Sie nach JFET-Berührungsschalter und JFET-Elektrometer, um Schaltkreise und Teile auszuwählen. Ein JFET-Eingang oder ein CMOS-Operationsverstärker kann aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit und hohen Impedanz ähnlich funktionieren.

Ein Weg, der einfach und zuverlässig, aber nicht der kostengünstigste ist, besteht darin, einfach eine Näherungsschaltervorrichtung vom Reflexions- oder Strahlunterbrechungstyp zu verwenden, um zu erfassen, wenn sich ein Finger in der Nähe oder auf der Ebene befindet, die die Vorrichtung überwacht. Wenn dieser hinter einem Durchgangsloch auf der Leiterplatte nach oben positioniert ist, kann er eine Berührung der oberen Kupferoberfläche erkennen.

Kurz gesagt, ich denke, ich stimme zu, dass ein resistiver Leitfähigkeitssensor einer der einfacheren Ansätze sein kann, Sie sollten auch die Aspekte Empfindlichkeitsabstimmung, Zuverlässigkeit und Robustheit berücksichtigen. Wenn diese in Betracht gezogen werden, möchten Sie möglicherweise eine Deckschicht zur Leiterplatte und zum ESD-Schutz hinzufügen, ob die resultierende Schaltertechnologie zu diesem Zeitpunkt resistiv oder kapazitiv ist, ist Ihre Wahl.

Ich verwende gerne die "PINOSC"-Funktion der MSP430Gxxx-Wertleitungsteile und ihrer kapazitiven Berührungssensorbibliothek, und es gibt ähnliche Lösungen von ATMEL für einige ihrer ATTiny-Teile, da man eine einfache Kontrolle über Entprellung, Empfindlichkeit, adaptive Schwellenwertnutzung usw. hat. Al. Einfacher und wiederholbarer / dynamisch automatisch anpassbar als Dinge in analoger Weise zu optimieren.

http://www.ti.com/tool/capsenselibrary http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?baseLiteratureNumber=SLAA363&track=no http://processors.wiki.ti.com/ index.php/MSP430_Low_Cost_PinOsc_Capacitive_Touch_Overview http://www.ti.com/430touch http://www.eecs.berkeley.edu/~boser/courses/40/labs/docs/MSP430%20touch%20pad%20experiments.pdf http: //www.eecs.berkeley.edu/~boser/courses/40/labs/docs/MSP430%20touch%20pad%20slap105.pdf

Spezifisch für die Frage : Es gibt mehrere digitale, vollständig integrierte kapazitive Touch-Sense-ICs, die so ausgelegt sind, dass sie mit minimalen externen Komponenten und geätzten PCB-Kupfer-Sensorpads arbeiten. Aus persönlicher Bekanntheit:

Einfachheit: Der QTouch AT42QT1011 von Atmel ist vielleicht einer der am einfachsten zu implementierenden kapazitiven Berührungssensoren, der für die Arbeit mit geätztem Kupfer auf Substraten wie PCBs, Kunststoff oder Glas ausgelegt ist. Es benötigt nur ein zusätzliches Bauteil für die Grundausstattung, einen externen Kondensator Cs, Wert >> Elektrodenkapazität.

Der AT42QT1011 ist in einem 6-poligen SOT23-6-Gehäuse erhältlich, sodass er bei Bedarf manuell gelötet werden kann. Wenn eine kleinere Größe benötigt wird, gibt es auch ein 2 x 2 mm UDFN-Gehäuse.

Kosten: Der Verkaufspreis für einzelne Einheiten liegt bei Digikey unter 0,90 $ und erscheint manchmal auf eBay.com für weniger als die Hälfte dieses Preises.

Betrieb: Der Sensorausgang bleibt hoch, solange eine Berührung erkannt wird. Das Teil kalibriert sich im Leerlauf selbst auf das kapazitive Umgebungssignal, das das "Sense Pad" umgibt; Während der Lebensdauer des Geräts ist keine Kalibrierung erforderlich.

Die Selbstkalibrierung ermöglicht eine Flexibilität in Größe und Form der Erfassungselektrode.

Obwohl im Datenblatt nicht erwähnt, kann dieser IC direkt als Berührungssensor ohne Sensorpad verwendet werden. Dies war eine zufällige Entdeckung ( das Sensorpad wurde irrtümlicherweise weggelassen ), aber es funktioniert anscheinend gut, da die Sensorstifte selbst anscheinend als Berührungssensor fungieren.