一种基于输入信号放大的触摸按键检测电路的制作方法

本实用新型涉及电容式触摸按键，具体涉及一种基于输入信号放大的触摸按键检测电路。

背景技术：

随着物联网技术的不断发展，传统电子设备越来越重视人机交互方式的革新，老式的机械开关逐渐被触摸式开关所替代，智能门锁、智能灯具等物联网设备已经将触摸按键作为主要的交互方式。触摸按键根据物理学原理可分为电容式、电阻式、红外线感应式、声波式等等。其中电容式触摸按键应用范围广，由于其没有任何机械部件，不会产生磨损，因此寿命长，维护成本低。

传统的电容式触摸按键检测电路由rc振荡器和整形电路构成，rc振荡器的一端接地，常态下，rc振荡器向整形电路周期性输出低电平信号和高电平信号，整形电路的输出端产生包含了高、低电平信号的周期脉冲信号。在人体触摸rc振荡器中电阻器和电容器之间的节点时，由于人体对地有一定的电容，适当设计r与c的值可使得rc振荡器始终输出低电平信号，这样，整形电路的输出端常为低电平，利用数字电路常为低电平信号和有一定频率的脉冲信号加以区别，以达到检测触摸操作是否发生的目的。

但是，这种电路容易受天气、湿度等自然界环境的影响，抗干扰能力弱，稳定性差，检测结果不太理想。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种基于输入信号放大的触摸按键检测电路，该检测电路抗干扰能力强，能够提高检测稳定性。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种基于输入信号放大的触摸按键检测电路，包括触摸感应电路、运放电路和微处理器，其中，

所述触摸感应电路的输出端与运放电路的输入端连接，用于触摸按键的操作感应；

所述运放电路的输出端与微处理器连接，用于对触摸感应电路的输入信号进行放大并处理，输出对应波形；

所述微处理器用于采集运放电路的输出波形，判断触摸按键是否发生操作。

具体的，所述触摸感应电路包括第一电容、第一部分电路和第二部分电路，所述第一部分电路和第二部分电路用于交替输出触摸信号至运放电路，所述第一部分电路的输出端分别与第一电容、第二部分电路的输入端、运放电路输入端连接。

具体的，所述触摸感应电路还包括第二电容，该第二电容与所述第一电容并联连接。

具体的，所述第一部分电路包括第一晶体管、第一电阻和第三电阻，其中，第一电阻一端与偏置电压连接，另一端与第一晶体管的集电极连接；

第一晶体管的基极与第三电阻一端连接，发射极分别与第一电容、运放电路输入端和第二部分电路输入端连接；

第三电阻另一端与运放电路的输出端连接。

具体的，所述第二部分电路包括第二晶体管、第二电阻和第四电阻，其中，

第二晶体管的基极与第四电阻一端连接，集电极接地，发射极与第二电阻一端连接；

第二电阻另一端分别与第一部分电路的输出端、第一电容和运放电路的输入端连接；

第四电阻另一端与运放电路的输出端连接。

具体的，所述运放电路包括放大器和偏置电压电路，其中，

偏置电压电路的输出端与放大器的同相输入端连接，用于作为放大器同相输入端的偏置电压；

放大器反相输入端与触摸感应电路的输出端连接，输出端分别与第一晶体管的基极和第二晶体管的基极连接，用于控制第一部分电路和第二部分电路的交替工作。

具体的，所述微处理与放大器的输出端连接。

本实用新型所提供的基于输入信号放大的触摸按键检测电路，通过触摸感应电路的第一部分电路和第二部分电路交替工作感应触摸操作的发生，经运放电路输出周期一定的波形，在触摸操作发生后，输出波形的周期发生改变，微处理器基于第一电容在发生触摸操作前后的输出波形对比，识别触摸操作的发生与否，相较于现有技术，抗干扰能力强，稳定性高。

附图说明

附图1为本实用新型所提供的触摸按键检测电路的电路框图。

附图2为本实用新型所提供的触摸按键检测电路的一种具体电路图。

附图3为图2所示检测电路中触摸按键未发生触摸操作时的等效电路图。

附图4为图2所示检测电路中触摸按键发生触摸操作时第一部分电路工作的等效电路图。

附图5为图2所示检测电路中触摸按键发生触摸操作时第二部分电路工作的等效电路图。

附图6为图2所示检测电路中触摸按键发生触摸操作时输出的正弦波波形图。

附图7为图2所示检测电路中触摸按键发生触摸操作前后输出的波形图。

附图8为本实用新型所提供的触摸按键检测电路的另一种具体电路图。

附图9为图8所示检测电路中触摸按键未发生触摸操作时第一部分电路工作的等效电路图。

附图10为图8所示检测电路中触摸按键未发生触摸操作时第二部分电路工作的等效电路图。

附图11为图8所示检测电路中触摸按键未发生触摸操作时输出的正弦波波形图。

附图12为图8所示检测电路中触摸按键发生触摸操作时第一部分电路工作的等效电路图。

附图13为图8所示检测电路中触摸按键发生触摸操作时第二部分电路工作的等效电路图。

附图14为图8所示检测电路中触摸按键发生触摸操作时输出的正弦波波形图。

附图15为图8所示检测电路中触摸按键发生触摸操作前后输出的波形图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分，而不是全部。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施手段，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种基于输入信号放大的触摸按键检测电路，如图1所示，该检测电路包括触摸感应电路、运放电路和微处理器，其中，

所述触摸感应电路的输出端与运放电路的输入端连接，用于触摸按键的操作感应；

所述运放电路的输出端与微处理器连接，用于对触摸感应电路的输入信号进行放大并处理，输出对应波形；

所述微处理器用于采集运放电路的输出波形，判断触摸按键是否发生操作。

作为本实用新型的一个具体实施例，参照图2，其示出了本实用新型提供的检测电路的具体电路图，图中右侧虚框所示为上述运放电路，该运放电路包括放大器amp和偏置电压电路，其中，偏置电压电路的输出端与放大器amp的同相输入端连接，用于作为放大器amp同相输入端的偏置电压；放大器amp反相输入端与触摸感应电路的输出端连接，输出端分别与第一晶体管q1的基极和第二晶体管q2的基极连接，用于控制第一部分电路和第二部分电路的交替工作。

微处理器与上述放大器amp的输出端连接，采集输出波形，通过识别放大器amp输出端的正弦波周期，判断触摸按键是否发生操作。

作为上述触摸感应电路的具体实施例，继续参照图2，图中左侧虚框所示为上述触摸感应电路，包括第一电容c、第一部分电路和第二部分电路，所述第一部分电路和第二部分电路用于交替输出触摸信号至运放电路，所述第一部分电路的输出端分别与第一电容c、第二部分电路的输入端、运放电路输入端连接。

上述第一部分电路包括第一晶体管q1、第一电阻r1和第三电阻r3，其中，

第一晶体管q1的发射极与偏置电压连接，集电极与第一电阻r1一端连接，基极与第三电阻r3一端连接；第一电阻r1另一端分别与第二部分电路的输入端、第一电容和运放电路的输入端连接；第三电阻r3另一端与运放电路的输出端连接。

上述第二部分电路包括第二晶体管q2、第二电阻r2和第四电阻r4，其中，

第二晶体管q2的集电极与第二电阻r2一端连接，发射极接地，基极与第四电阻r4一端连接；第二电阻r2另一端分别与第一部分电路的输出端、第一电容和运放电路的输入端连接；第四电阻r4另一端与运放电路的输出端连接。

参照图2，本实用新型将触摸感应电路分为由第一晶体管q1、第一电阻r1、第三电阻r3组成的第一部分电路，和由第二晶体管q2，第二电阻r2、第四电阻r4组成的第二部分电路，第一部分电路和第二部分电路在电路中交替工作，通过放大器amp放大后，由检测电路输出波形，经微处理器识别后判断触摸按键的操作与否。

上述检测电路的工作原理如下所述：

在检测电路上电时，第一晶体管q1截止、第二晶体管q2截止，放大器amp反相输入端和同相输入端等电位，输出低电压信号，图2所示检测电路的等效电路图参照图3所示，在触摸操作未发生时，第一电容c未接入检测电路，放大器amp输出稳态低电压，检测电路维持此状态，且输出为直流波形。

在触摸操作发生时，第一电容c接入检测电路，图2所示检测电路的等效电路图参照图4所示，第一电容c进入充电状态，同时放大器amp反相输入端电压升高，当反相端电压大于同相端电压时，放大器amp输出低电压信号，拉低第一晶体管q1基极电压和第二晶体管q2基极电压，第一晶体管q1截止、第二晶体管q2导通，第一部分电路断开，第二部分电路工作。

第二部分电路工作时，图2所示检测电路的等效电路图参照图5所示，第一电容c进入放电状态，同时放大器amp反相输入端电压降低，当反相端电压小于同相端电压时，放大器amp输出高电压信号，拉高第一晶体管q1基极电压和第二晶体管q2基极电压，第一晶体管q1导通、第二晶体管q2截止，第一部分电路工作，第二部分电路断开。

如此，检测电路在触摸操作发生时，于第一部分电路和第二部分电路之间交替工作，检测电路输出的波形如图6所示。

触摸操作完成后，第一电容c从检测电路中断开，图2所示检测电路的等效电路图返回图3所示，如上述检测电路上电时，放大器amp输出稳态低电压，检测电路维持此状态，输出直流波形。

检测电路的微处理器与放大器amp的输出端连接，实时采集检测电路的输出波形并识别，根据发生触摸操作的正弦波波形，与未发生触摸操作的直流波形，来判断触摸操作发生是否。

本具体实施例在未发生触摸操作时，参考此时检测电路的等效电路图图3，第一电容c无充放电过程，可节省频繁的电容充放电导致电路功耗较大的问题。

本具体实施例根据图7所示对上述内容进行进一步说明，图中t1所示为触摸按键未发生触摸操作阶段，在该阶段中，检测电路输出稳定电压，表现为直流波形；图中t2所示为触摸按键发生触摸操作阶段，在该阶段中，检测电路的第一部分电路和第二部分电路交替工作，输出正弦波。微处理器根据波形的不同来判断触摸按键的触摸操作发生与否。

作为本实用新型的另一个具体实施例，参照图8，其示出了本实用新型提供的检测电路的另一种具体电路图，图中右侧虚框所示为所述运放电路，该运放电路与前一实施例的运放电路一致，具体参照前一实施例内容和图2所示，本实用新型在此不做赘述。

微处理器同样与放大器amp的输出端连接，采集输出波形，通过识别放大器amp输出端的正弦波周期，判断触摸按键是否发生操作。

作为上述触摸感应电路的具体实施例，继续参照图8，图中左侧虚框所示为上述触摸感应电路，该触摸感应电路除了前一实施例所述第一电容c、第一部分电路和第二部分电路外，还包括第二电容，该第二电容与所述第一电容并联连接。

继续参照图8，本实用新型将触摸感应电路分为由第一晶体管q1、第一电阻r1、第三电阻r3组成的第一部分电路，和由第二晶体管q2，第二电阻r2、第四电阻r4组成的第二部分电路，第一部分电路和第二部分电路在电路中交替工作，通过放大器amp放大后，检测电路输出正弦波，经微处理器识别其触摸操作前后的周期变化，来判断触摸按键的操作与否。

上述检测电路的工作原理如下所述：

在检测电路上电时，第一电容c未接入检测电路，图8所示检测电路的等效电路图参照图9所示，第二电容c’进入充电状态，同时放大器amp反相输入端电压升高，当反相端电压大于同相端电压时，放大器amp输出低电压信号，拉低第一晶体管q1基极电压和第二晶体管q2基极电压，第一晶体管q1截止、第二晶体管q2导通，第一部分电路断开，第二部分电路工作。

第二部分电路工作时，图8所示检测电路的等效电路图参照图10所示，第二电容c’进入放电状态，同时放大器amp反相输入端电压降低，当反相端电压小于同相端电压时，放大器amp输出高电压信号，拉高第一晶体管q1基极电压和第二晶体管q2基极电压，第一晶体管q1导通、第二晶体管q2截止，第一部分电路工作，第二部分电路断开。

如此，检测电路在触摸操作未发生时，于第一部分电路和第二部分电路之间交替工作，在触摸按键未发生操作时，检测电路输出的波形如图11所示。

在触摸操作发生时，第一电容c接入检测电路，图8所示检测电路的等效电路图参照图12所示，第一电容c和第二电容c’进入充电状态，同时放大器amp反相输入端电压升高，当反相端电压大于同相端电压时，放大器amp输出低电压信号，拉低第一晶体管q1基极电压和第二晶体管q2基极电压，第一晶体管q1截止、第二晶体管q2导通，第一部分电路断开，第二部分电路工作。

第二部分电路工作时，图8所示检测电路的等效电路图参照图13所示，第一电容c进入放电状态，同时放大器amp反相输入端电压降低，当反相端电压小于同相端电压时，放大器amp输出高电压信号，拉高第一晶体管q1基极电压和第二晶体管q2基极电压，第一晶体管q1导通、第二晶体管q2截止，第一部分电路工作，第二部分电路断开。

如此，检测电路在触摸操作发生时，于第一部分电路和第二部分电路之间交替工作，在触摸按键发生操作时，检测电路输出的波形如图14所示。

触摸操作完成后，第一电容c从检测电路中断开，图8所示检测电路的等效电路图返回图9、10所示，如上述触摸按键未发生触摸操作时，于第一部分电路和第二部分电路之间交替工作，检测电路输出的波形如图11所示。

检测电路的微处理器与放大器amp的输出端连接，实时采集放大器amp输出波形，通过识别检测电路输出的波形，根据触摸按键发生触摸操作的正弦波周期不同于未发生触摸操作的正弦波周期，来判断触摸操作发生是否。

本具体实施例根据图15所示对上述内容进行进一步说明，图中t3所示为触摸按键未发生触摸操作阶段，在该阶段中，检测电路的第一部分电路和第二部分电路交替工作，输出周期为p1的正弦波；图中t4所示为触摸按键发生触摸操作阶段，在该阶段中，检测电路的第一部分电路和第二部分电路交替工作，输出周期为p2的正弦波。微处理器根据波形的周期不同来判断触摸按键的触摸操作发生与否。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。