触摸传感器|工作式，电容式和电阻式

在本教程中，我们将学习触摸传感器。今天，几乎所有的用户界面都是基于触摸。应用的范围是不可计数的，一些重要的是手机，平板电脑，笔记本电脑，汽车，电梯，自动取款机，相机等。触摸传感器是现代触摸屏应用的重要组成部分。

介绍

触觉是许多动物和一些植物的重要感官通道。当我们的手碰到东西时，我们的感官会告诉我们。计算机输入设备对人类的接触漠不关心，因为在进行、保持或中断像触摸或释放这样的身体接触时，软件没有反应。

因此，触摸传感输入设备为新的交互技术提供了许多可能性。触摸传感器技术正在慢慢取代鼠标和键盘等机械物体。

触摸传感器无需依赖身体接触就能检测到接触或接近。触摸传感器正在进入许多应用领域，如手机、遥控器、控制面板等。现在的触摸传感器可以取代机械按钮和开关。

带有简单旋转滑块、触摸板和旋转轮的触摸传感器为更直观的用户界面提供了显著优势。无需移动部件，触摸传感器使用更方便、更可靠。触摸传感器的使用为系统设计者提供了很大的自由度，并有助于降低系统的总体成本。系统的整体外观可以更吸引人，更现代。

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工作原理

触摸传感器也叫触觉传感器，对触摸、力或压力都很敏感。它们是最简单和有用的传感器之一。触摸传感器的工作原理类似于一个简单的开关。

当与触摸传感器表面有接触时，传感器内部的电路是闭合的，并有电流流动。当触点释放时，电路断开，没有电流流过。

触摸传感器工作的图示如下所示。

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电容式触摸感应器

电容式触摸传感器广泛应用于手机、MP3播放器等便携式设备中。电容式触摸传感器甚至可以在家用电器、汽车和工业应用中找到。这种发展的原因是耐用性、健壮性、有吸引力的产品设计和成本。

与机械装置不同，触摸传感器不包含活动部件。因此，它们比机械输入设备更耐用。触摸传感器非常坚固，因为没有湿度和灰尘进入的通道。

电容式触摸传感器的原理如下所述。

电容器最简单的形式是由由绝缘体隔开的两个导体制成的。金属板可以看作是导体。电容公式如下所示。

C =ε₀*ε_r* A / d

在哪里

ε₀是自由空间的介电常数吗

ε_r是相对介电常数还是介电常数

A是平板的面积，d是平板之间的距离。

电容与面积成正比，与距离成反比。

在电容式触摸传感器中，电极代表电容的一个极板。第二极板由两个物体表示:一是构成寄生电容C的传感器电极所处的环境₀另一种是像人的手指一样导电的物体，形成触摸电容C_T。

传感器电极连接到测量电路，并定期测量电容。如果导电物体接触或接近传感器电极，输出电容将增加。测量电路将检测电容的变化，并将其转换为触发信号。

电容式触摸传感器的工作原理如下图所示。

图片资源链接:www.fujitsu.com/downloads/MICRO/fme/articles/fujitsu-whitepaper-capacitive-touch-sensors.pdf

如果传感器电极的面积较大，覆盖材料的厚度较小，则触摸电容C_T也大了。因此，触摸垫与非接触传感器垫之间的电容差异也很大。这意味着传感器电极和覆盖材料的尺寸会影响传感器的灵敏度。

电容的测量在许多应用中，如测量距离、压力、加速度等。电容式触摸传感器是另一个应用领域。测量电容的方法有很多种。其中包括幅度调制、频率调制、时延测量、占空比等。

在电容式触摸传感器的情况下，导电材料的存在足以触发负载，而不需要任何力量。因此，在电容式触摸传感器的情况下，错误或意外触发的风险更高。这个问题更多的是在存在水分或水，这是一个好导体。

在触摸传感器中，电容的测量方法要求在传感板附近有一个参考面。在电容式触摸传感器中，手指跳闸在传感电极和参考平面之间形成电容。人体皮肤油脂或汗液可能会引起错误的触发。

为了区分有意的触摸和错误的触摸，使用了额外的感应板或软件算法。最好的解决办法是去掉基准接地电极。

电容式触摸传感器有两种:表面电容式和投影电容式。

在表面电容传感中，在绝缘体表面的一侧涂上导电涂层。在这导电涂层的顶部，应用了一层薄薄的绝缘体。电流适用于导电涂层的所有角落。

当像人的手指这样的外部导体接触到表面时，它们之间就会形成电容，并从两个角吸收更多的电流。测量每个角落的电流，它们的比例将决定触摸在表面上的位置。

在投射电容传感，整个表面不带电，但一个X - Y栅格导电材料被放置在两个绝缘材料之间。栅极通常由PCB上的铜或金或玻璃上的铟锡氧化物制成。集成电路用于充电和监控电网。

当电荷被外部导电物体(如手指)从栅格上的某个区域拉出时，集成电路计算出手指在触控表面的位置。由投射电容技术制成的触摸传感器可以用来感应没有接触其表面的手指。它们充当近距离传感器。

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电阻式触控传感器

电阻式触摸传感器比电容式触摸传感器使用的时间更长，因为它们是简单的控制电路。电阻式触摸传感器不依赖于电容的电气特性。因此，电阻式触摸传感器可以适应非导电性的材料，如触笔和手套包裹的手指。

与测量电容的电容式触摸传感器相比，电阻式触摸传感器感知表面上的压力。

电阻式触摸传感器由两个由小间隔点隔开的导电层组成。底层由玻璃或薄膜组成，顶层由薄膜组成。该导电材料表面涂有金属薄膜，一般为铟锡氧化物，性质透明。在导体表面施加电压。

当任何探头，如手指、触笔、笔等，被用来对传感器的顶部薄膜施加压力时，它激活传感器。当施加足够的压力时，顶部薄膜向内弯曲，与底部薄膜接触。这导致了电压下降和接触点在X - Y方向上创建一个分压器网络。

这个电压和电压的变化由控制器检测，并根据触摸的X - Y坐标计算出施加压力的触摸位置。

电阻式触摸传感器的功能可以用下图解释。

在电阻式触摸传感器的工作中，接触电极的物体的电阻将会进入画面。例如，当手指接触表面时，手指的小电阻允许一些电流通过它，完成一个电路。晶体管起开关的作用。电阻Rp是用来保护晶体管免受任何可能的电极短路。电阻Rb用于在电路开路时保持基极在地，即没有指。

当两个电极接触时，小电流流过手指，晶体管开关ON，因此负载成为活动。

一个简单的电阻触摸敏感电路如下所示。

它由两个电极，两个连接在达林顿配置的晶体管，一个电阻和一个LED组成。当手指放在电极上时，电路就完成了，电流就放大了。电阻器用来限制LED的电流大小。

电阻式触摸传感器有三种:四线式、五线式和八线式。

4线电阻式触摸传感器是最经济有效的。5 -电阻式触摸传感器是最耐用的。它们类似于四线传感器，只是这种类型的所有电极都在底层。5线制传感器的顶层充当电压测量探头。由于这种类型的结构，5线电阻触摸传感器允许更多的驱动器。

在8线电阻式触摸传感器中，传感器的每一个边缘提供一个传感线。这些传感线为触摸控制器提供一个稳定的电压梯度。触摸区域的实际基线电压水平由这些传感线报告给控制器。它们是最精确的电阻式触摸传感器。

任何物体，如手指、触控笔、笔、戴手套的手指等，都是用来对电阻式触摸传感器施加压力的，它们大多用于恶劣的环境中。但电阻式触摸传感器的响应时间小于电容式触摸传感器。因此，电容式触摸传感器正在慢慢取代它们。

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前代-红外传感器