一、數(shù)字電容式觸摸傳感器的定義

數(shù)字電容式觸摸傳感器，簡稱電容式觸摸傳感器，是一種通過檢測物體（如手指）與傳感器表面之間電容變化來實現(xiàn)觸摸檢測的傳感器。它利用人體或其他導(dǎo)電物體接近或接觸傳感器表面時，引起傳感器內(nèi)部電場分布的變化，進(jìn)而產(chǎn)生電容量的變化，通過測量這一變化量并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實現(xiàn)對觸摸的識別和響應(yīng)。

二、數(shù)字電容式觸摸傳感器的工作原理

數(shù)字電容式觸摸傳感器的工作原理主要基于電容感應(yīng)技術(shù)。電容是描述兩個導(dǎo)體之間存儲電荷能力的物理量，其大小與導(dǎo)體間的距離、面積以及電介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)。在電容式觸摸傳感器中，通常包含兩層導(dǎo)電材料（如金屬層）和一層絕緣材料（如玻璃或塑料），形成一個電容器結(jié)構(gòu)。當(dāng)沒有觸摸發(fā)生時，兩層導(dǎo)電材料之間保持一定的距離和面積，形成穩(wěn)定的電容值。當(dāng)手指或其他導(dǎo)電物體接近或接觸傳感器表面時，會改變原有的電場分布，導(dǎo)致電容值發(fā)生變化。這一變化被傳感器內(nèi)部的電路檢測并轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理后，最終輸出為數(shù)字信號，供后續(xù)電路或微處理器進(jìn)行識別和處理。

具體來說，電容式觸摸傳感器的工作原理可以分為以下幾個步驟：

1. 電場建立 ：傳感器在工作時，會在兩層導(dǎo)電材料之間建立一個穩(wěn)定的電場。這個電場是傳感器檢測觸摸事件的基礎(chǔ)。
2. 觸摸檢測 ：當(dāng)手指或其他導(dǎo)電物體接近或接觸傳感器表面時，會引入一個新的電場源，與傳感器原有的電場發(fā)生相互作用，導(dǎo)致電場分布發(fā)生變化。這種變化會引起傳感器內(nèi)部電容量的變化。
3. 信號轉(zhuǎn)換 ：傳感器內(nèi)部的電路會檢測到電容量的變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號。這個電信號通常非常微弱，需要經(jīng)過放大、濾波等處理才能被后續(xù)電路識別。
4. 模數(shù)轉(zhuǎn)換 ：經(jīng)過放大和濾波處理后的模擬信號會被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。這一步驟是通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）實現(xiàn)的，它能夠?qū)⑦B續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號，便于微處理器進(jìn)行處理。
5. 觸摸識別 ：微處理器會根據(jù)接收到的數(shù)字信號進(jìn)行觸摸識別。它會對信號進(jìn)行解析、比較和判斷，以確定是否發(fā)生了觸摸事件以及觸摸的位置、面積等參數(shù)。
6. 響應(yīng)處理 ：一旦識別到觸摸事件，微處理器會根據(jù)預(yù)設(shè)的程序或指令進(jìn)行相應(yīng)的響應(yīng)處理。例如，在智能手機上，觸摸屏幕可能會觸發(fā)屏幕顯示內(nèi)容的變化或執(zhí)行特定的操作命令。

三、數(shù)字電容式觸摸傳感器的組成結(jié)構(gòu)

數(shù)字電容式觸摸傳感器通常由以下幾個部分組成：

1. 導(dǎo)電層 ：通常由金屬薄膜制成，作為電容器的一個極板。導(dǎo)電層通常覆蓋在絕緣材料的表面，形成傳感器的觸摸面。
2. 絕緣層 ：位于導(dǎo)電層之間，用于隔離兩個導(dǎo)電層并防止它們之間發(fā)生短路。絕緣層通常由玻璃、塑料等非導(dǎo)電材料制成。
3. 感應(yīng)層 ：與導(dǎo)電層相對的另一層導(dǎo)電材料，也作為電容器的一個極板。感應(yīng)層通常位于絕緣層的下方，與導(dǎo)電層之間形成電容器結(jié)構(gòu)。
4. 控制電路 ：包括放大電路、濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等，用于檢測電容量的變化并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。控制電路通常集成在傳感器芯片內(nèi)部或外部電路板上。
5. 微處理器 ：用于接收和處理控制電路輸出的數(shù)字信號，進(jìn)行觸摸識別和響應(yīng)處理。微處理器通常與傳感器芯片或外部電路板相連。

四、數(shù)字電容式觸摸傳感器的應(yīng)用

數(shù)字電容式觸摸傳感器因其高靈敏度、快速響應(yīng)和低功耗等特性，在多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用：

1. 智能手機和平板電腦 ：作為最主要的輸入設(shè)備之一，電容式觸摸屏為用戶提供了直觀、便捷的交互體驗。用戶可以通過觸摸屏幕來瀏覽網(wǎng)頁、觀看視頻、玩游戲等。
2. 智能家居 ：在智能家居系統(tǒng)中，電容式觸摸傳感器被廣泛應(yīng)用于各種智能設(shè)備中，如智能門鎖、智能開關(guān)、智能照明等。用戶可以通過觸摸這些設(shè)備來實現(xiàn)對家居環(huán)境的控制和管理。
3. 工業(yè)自動化 ：在工業(yè)自動化領(lǐng)域，電容式觸摸傳感器被用于各種自動化設(shè)備和機器中，如觸摸屏控制面板、機器人手臂等。它們?yōu)楣と颂峁┝烁影踩⒏咝У牟僮鞣绞健?/li>
4. 醫(yī)療設(shè)備 ：在醫(yī)療設(shè)備中，電容式觸摸傳感器也被廣泛應(yīng)用。例如，在心電圖機中，電容式觸摸傳感器可以檢測用戶的皮膚電阻變化，從而獲取心電信號。

五、基于Arduino的數(shù)字電容式觸摸傳感器設(shè)計

我們需要開關(guān)來控制電子或者電器什么的，有時候我們用濕手使用電器開關(guān)然后觸摸來控制電器或者電子負(fù)載時，電器開關(guān)會有震動，比普通開關(guān)互動性強，可能有些項目需要觸摸轉(zhuǎn)變。這里以數(shù)字電容式觸摸傳感器arduino接口作為實驗。

基于 TTP223B IC 的數(shù)字電容傳感器價格非常實惠，觸摸時響應(yīng)良好，該傳感器分線器可以輕松與任何類型的微控制器連接，并且僅包含三個外部接口端子。

數(shù)字電容式觸摸傳感器分線板

TTP223-IC

TTP223是1鍵觸摸板檢測IC，適合檢測電容元件變化。它消耗的功率非常低，工作電壓僅在2.0V至5.5V之間。快速模式下響應(yīng)時間最大約 60mS，低功耗模式下 220mS VDD=3V。靈敏度可通過外部電容（0至50pF）調(diào)節(jié)。

Arduino 數(shù)字電容式觸摸傳感器接口

將傳感器分線板的 Vcc 引腳連接到 Arduino 的 +5V 引腳，并將 Gnd 連接到 Gnd。將信號 (SIG) 引腳連接到 Arduino 數(shù)字引腳 D1 并上傳以下代碼，以便在觸摸電容式傳感器時獲得響應(yīng)。

用于板載LED和串行監(jiān)視器觀察的 Arduino 代碼。

//Digital Capacitive Touch Sensor Arduino Interfacing 
#define sensorPin 1 // capactitive touch sensor - Arduino Digital pin D1 
int ledPin = 13; // Output display LED (on board LED) - Arduino Digital pin D13 
void setup() 
{ 
< strong >Serial< /strong >.begin(9600); 
pinMode(ledPin, OUTPUT); 
pinMode(sensorPin, INPUT); 
} 
void loop() 
{ 
int senseValue = digitalRead(sensorPin); 
if (senseValue == HIGH)
{  
digitalWrite(ledPin, HIGH); 
< strong >Serial< /strong >.println("TOUCHED"); 
} 
else
{ 
digitalWrite(ledPin,LOW); 
< strong >Serial< /strong >.println("not touched"); 
} 
 delay(500); 
 }

電容式觸摸傳感器開關(guān) Arduino

該 arduino 連接控制與 5V DC繼電器連接的負(fù)載（交流燈泡） ，繼電器的信號引腳取自 Arduino 數(shù)字引腳 D13，電容式觸摸傳感器的其他接線與觀察連接相同。

上傳以下Arduino代碼來控制（開/關(guān)）負(fù)載設(shè)備

//Digital Capacitive Touch Sensor Switch Arduino Interfacing 
#define sensorPin 1 // capactitive touch sensor - Arduino Digital pin D1 
int relayPin = 13; // Output RelayPin - Arduino Digital pin D13 
boolean currentState = LOW; 
boolean lastState = LOW; 
boolean RelayState = LOW;
 void setup() 
{ 
< strong >Serial< /strong >.begin(9600);
 pinMode(relayPin, OUTPUT); 
 pinMode(sensorPin, INPUT); 
} 
void loop()
 { 
currentState = digitalRead(sensorPin); 
if (currentState == HIGH && lastState == LOW)
{ 
 delay(1); 
 if (RelayState == HIGH)
{ 
digitalWrite(relayPin, LOW); 
 RelayState = LOW; 
 } 
else { 
digitalWrite(relayPin, HIGH); 
RelayState = HIGH; 
 } 
} 
lastState = currentState; 
}