基于电容式触摸按键技术的七彩灯设计

摘要：随着电子科学技术的不断发展，电容式触摸按键已经越来越多地应用于各种电子产品设计中。传统机械按键输入方式的电路复杂，并且容易磨损、使用寿命短。而电容式触摸按键技术电路简单、操作方便，并且灵敏准确，很好的弥补了机械按键的缺点和不足。文章采用BF6911AS10电容式触摸按键控制芯片，利用电池供电，通过GPIO口模拟PWM输出控制RGB三色LED灯头实现七彩灯功能。利用不同的触摸按键结合软件设计完成开关机、颜色循环、颜色改变等功能。研究结果表明，所设计的电容式触摸按键响应速度快、抗干扰能力强、检测精度准确，具有很大的应用价值与市场前景。
关键词：电容式；触摸按键；灵敏度；脉冲宽带调制

0 引言
随着电子科学技术的不断发展，触摸输入方式已经在众多领域得到了应用。传统的普通机械按键使用寿命只有十几万次，相比之下，由于触摸输入方式采用非接触式按键技术，其使用寿命远远超过机械按键，可靠性也不会随着时间的增加而降低。另外，触摸按键的外观简洁、操作方便、灵敏准确等优点，也使得触摸按键输入方式具有很高的实用性和操控性，以及很好的发展前景。
触摸输入方式可以根据选用的触摸传感器类型的不同而分为电阻式、电波式、电磁式、光学式、电感式和电容式。以上每种触摸方式都有着其独特的性能优点，从而可以适用于不同场合。而电容式触摸输入方式的制造工艺成本低廉、检测便捷准确，并且硬件免维护，因此作为最主要的触摸输入方式。本文利用芯片的GPIO口模拟PWM输出控制RGB三色LED灯头配比出七种颜色的灯光效果，并采用电容式触摸按键技术实现开关机、颜色循环和颜色改变的功能，很好地将电容式触摸按键技术与实际应用结合为一体。

1 硬件电路设计
1．1 主控模块
按照本设计的特点及需求，选用BF6911AS10电容式触摸按键控制芯片。该芯片共有16个引脚，内含10个电容式触摸感应通道，每个触摸按键都能独立运行，通过芯片内置的升压电路，可方便地调节触摸按键灵敏度，其中有8个通道可复用为GPIO口。该芯片内置主频为24MHz的单片机内核以及用于使外部的输入信号与内部的振荡信号同步的PLL(锁相环)模块；并带有LDO(低压差线性稳压器)模块，可提高电源的信噪比。
电容式触摸是利用人体电流感应进行工作的。当给触摸工作面通上很低电压时，由于人是零电势体，手指在触摸工作面时，手指的电场会和工作面形成耦合电容，而电容在高频电流中变为导通，因此手指会从接触点吸走很小的电流，电容式触摸控制电路则可检测到微弱的电流变化，从而实现按键检测。该芯片内置防水和基线更新算法，可以很好地适应环境变化，从而使得耦合电容较为稳定。因此BF6911AS10是一款适用于需准确而稳定地检测按键信息的芯片。其芯片结构及功能原理框图如图1所示。

1．2 外围硬件模块
系统以BF6911AS10电容式触摸按键控制芯片作为主控，外接6个触摸按键、RGB三色LED灯模块、5V锂电池以及带锂电池充电保护功能的充电电路。
1．2．1 电源模块
电源模块包括锂电池充电电路及锂电池保护电路。充电电路采用QX4054锂电池充电管理控制芯片。该芯片内含高精度比较器、恒流控制电路、充电状态指示电路以及过充过热保护电路。QX4054具有电路集成度高、功能齐全、外接元件少、可靠性高等优点，非常适合便携式设备使用。锂电池保护电路采用DW01芯片，该芯片内置高精度的电压检测与时间延迟电路，可以避免锂电池因过度充放电、电流过大导致电池寿命缩短或电池被破坏。系统采用5V锂电池供电，由于系统整体功耗非常低，因此可保持长时间工作。当电池电压不足时，便可通过DC座插孔对电池进行充电，并配有LED作为充电指示灯。