電容式觸摸感應(yīng)在電磁爐中的應(yīng)用研究

　　1 引言

　　ST針對(duì)家電應(yīng)用特別是電磁爐應(yīng)用，推出了一個(gè)基于STM8系列8位通用微控制器平臺(tái)的電容式觸摸感應(yīng)方案，無(wú)需增加專用觸摸芯片，僅用簡(jiǎn)單的外圍電路即可實(shí)現(xiàn)電容式觸摸感應(yīng)功能，方便客戶二次開(kāi)發(fā)。

　　2 方案介紹

　　ST的電容式觸摸按鍵方案通過(guò)一個(gè)電阻和感應(yīng)電極的電容CX構(gòu)成的阻容網(wǎng)絡(luò)的充電/放電時(shí)間來(lái)檢測(cè)人體觸摸所帶來(lái)的電容變化。如圖1所示，當(dāng)人手按下時(shí)相當(dāng)于感應(yīng)電極上并聯(lián)了一個(gè)電容CT，增加了感應(yīng)電極上的電容，感應(yīng)電極進(jìn)行充放電的時(shí)間會(huì)增加，從而檢測(cè)到按鍵的狀態(tài)。而感應(yīng)電極可以直接在PCB板上繪制成按鍵、滾輪或滑動(dòng)條的應(yīng)用樣式，也可以做成彈簧件插在PCB板上，即使隔著絕緣層(玻璃、樹(shù)脂)也不會(huì)對(duì)其檢測(cè)性能有所影響。

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　　圖1 STM8S電容式觸摸按鍵的工作原理

　　電磁爐是采用磁場(chǎng)感應(yīng)電流的加熱原理對(duì)食物進(jìn)行加熱。加熱時(shí)，通過(guò)面板下方的線圈產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，磁力線穿過(guò)導(dǎo)磁體做的鍋的底部時(shí)，鍋具切割交變磁力線而在鍋具底部產(chǎn)生渦流使鍋底迅速發(fā)熱，達(dá)到加熱食物的目的。在本解決方案中采用44pin的STM8S105S4做按鍵顯示板的主控芯片，控制13個(gè)按鍵的掃描、24個(gè)LED及一個(gè)4位數(shù)碼管的顯示、I2C與主板的通訊，并留有一個(gè)SWIM接口方便工程師調(diào)試之用(如圖2)。

　　STM8S105S4采用的是ST高級(jí)STM8內(nèi)核，具備3級(jí)流水線的哈佛結(jié)構(gòu)，3.0~5.5V工作電壓，內(nèi)部16MHz RC可提供MCU 16MHz工作頻率，提供低功耗模式和外設(shè)時(shí)鐘關(guān)閉功能，共有34個(gè)I/O可用。STM8S105S4 具有2KB的RAM和16KB的FLASH，還有可達(dá)30萬(wàn)次擦寫(xiě)次數(shù)的1KB EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

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　　圖2 電磁爐按鍵板原理

　　3 電磁爐工作環(huán)境中的干擾

　　1.電磁干擾

　　電磁爐在加熱鍋的同時(shí)，也對(duì)電路板上感應(yīng)電極正向或反向的電流，從而會(huì)縮短或增長(zhǎng)按鍵充放電時(shí)間，會(huì)對(duì)按鍵的檢測(cè)造成很大影響，甚至產(chǎn)生誤動(dòng)作，常見(jiàn)的方法采用硬件屏蔽和過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)來(lái)消除電磁輻射對(duì)按鍵的影響。

　　硬件屏蔽

　　在STM8S的解決方案中，ST提供了感應(yīng)電極和走線的設(shè)計(jì)規(guī)范和如圖3所示的Driven Shield功能(在Shield線上提供與按鍵管腳相同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電極與Shield之間的寄生電容就不會(huì)被充放電)，能有效地減少感應(yīng)電極走線的寄生電容對(duì)按鍵靈敏度的影響。

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　　圖3 Driven Shield