中心議題:

• 電容感應式觸摸按鍵方案在電磁爐中的應用

解決方案:

• 采用44pin的STM8S105S4製作按鍵顯示板
• 解決電磁爐工作環境中的幹擾問題

1 引言

相較於機械式按鍵和電阻式觸摸按鍵，電容式觸摸按鍵不僅耐用，造價低廉，機構簡單易於安裝，防水防汙，而且還能提供如滾輪、滑(hua)動(dong)條(tiao)的(de)功(gong)能(neng)。但(dan)是(shi)電(dian)容(rong)式(shi)觸(chu)摸(mo)按(an)鍵(jian)也(ye)存(cun)在(zai)很(hen)多(duo)的(de)問(wen)題(ti)，因(yin)為(wei)沒(mei)有(you)機(ji)械(xie)構(gou)造(zao)，所(suo)有(you)的(de)檢(jian)測(ce)都(dou)是(shi)電(dian)量(liang)的(de)微(wei)小(xiao)變(bian)化(hua)
，所(suo)以(yi)對(dui)各(ge)種(zhong)幹(gan)擾(rao)敏(min)感(gan)得(de)多(duo)。ST針對家電應用特別是電磁爐應用，推出了一個基於STM8係列8位通用微控製器平台的電容式觸摸感應方案
，無需增加專用觸摸芯片
，僅用簡單的外圍電路即可實現電容式觸摸感應功能，方便客戶二次開發。

2 方案介紹

ST的電容式觸摸按鍵方案通過一個電阻和感應電極的電容CX構成的阻容網絡的充電/放電時間來檢測人體觸摸所帶來的電容變化。如圖1所示，當人手按下時相當於感應電極上並聯了一個電容CT
，增加了感應電極上的電容，感應電極進行充放電的時間會增加，從而檢測到按鍵的狀態。而感應電極可以直接在PCB板上繪製成按鍵、滾輪或滑動條的應用樣式，也可以做成彈簧件插在PCB板上，即使隔著絕緣層（玻璃、樹脂）也不會對其檢測性能有所影響。
diancilushicaiyongcichangganyingdianliudejiareyuanliduishiwujinxingjiare。jiareshi，tongguomianbanxiafangdexianquanchanshengqiangcichang，cilixianchuanguodaocitizuodeguodedibushi
，guojuqiegejiaobiancilixianerzaiguojudibuchanshengwoliushiguodixunsufare，dadaojiareshiwudemude。zaibenjiejuefanganzhongcaiyong44pin的STM8S105S4做按鍵顯示板的主控芯片

，控製13個按鍵的掃描、24個LED及一個4位數碼管的顯示、I2C與主板的通訊，並留有一個SWIM接口方便工程師調試之用（如圖2）。

STM8S105S4采用的是ST高級STM8內核，具備3級流水線的哈佛結構，3.0~5.5V工作電壓，內部16MHz RC可提供MCU 16MHz工作頻率，提供低功耗模式和外設時鍾關閉功能

，共有34個I/O可用。STM8S105S4 具有2KB的RAM和16KB的FLASH
，還有可達30萬次擦寫次數的1KB EEPROM數據存儲器。
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3 電磁爐工作環境中的幹擾

1.電磁幹擾

dianciluzaijiareguodetongshi，yeduidianlubanshangganyingdianjizhengxianghuofanxiangdedianliu，congerhuisuoduanhuozengchanganjianchongfangdianshijian
，huiduianjiandejiancezaochenghendayingxiang，shenzhichanshengwudongzuo，changjiandefangfacaiyongyingjianpingbiheguolingdianjiancelaixiaochudiancifusheduianjiandeyingxiang。

硬件屏蔽

在STM8S的解決方案中，ST提供了感應電極和走線的設計規範和如圖3所示的Driven Shield功能（在Shield線上提供與按鍵管腳相同的驅動信號，電極與Shield之間的寄生電容就不會被充放電），能有效地減少感應電極走線的寄生電容對按鍵靈敏度的影響。 過零點檢測

1)硬件過零點檢測

過零點檢測可采用硬件實現，在硬件設計中
，可以增加如圖4 或圖5過零點的硬件檢測電路，通過在B端輸出為高電平時進行按鍵狀態的判斷，以期在電磁輻射最小的時候對觸摸按鍵進行檢測。

2)軟件過零點檢測

硬ying件jian過guo零ling點dian檢jian測ce增zeng加jia硬ying件jian電dian路lu設she計ji的de複fu雜za性xing，增zeng加jia方fang案an成cheng本ben，在zai我wo們men的de解jie決jue方fang案an中zhong
，針zhen對dui電dian磁ci爐lu的de工gong作zuo環huan境jing，我wo們men采cai用yong軟ruan件jian進jin行xing過guo零ling點dian檢jian測ce，從cong而er降jiang低di成cheng本ben
，有you效xiao解jie決jue電dian磁ci爐lu主zhu功gong率lv電dian路lu對dui觸chu摸mo按an鍵jian的de幹gan擾rao

2.電網幹擾

因為國內電網質量不一，在一些質量差的地區，容易影響電磁爐觸摸按鍵的正常工作。如果不能做電源隔離，就會看到一下圖6的差別（藍色表示無按鍵，紅色表示鍵被按下），而er這zhe些xie圖tu還hai隻zhi是shi在zai電dian磁ci爐lu沒mei有you開kai功gong率lv的de情qing況kuang下xia的de，當dang電dian磁ci爐lu工gong作zuo時shi產chan生sheng的de電dian磁ci輻fu射she將jiang會hui使shi看kan到dao的de信xin號hao更geng加jia雜za亂luan無wu章zhang。在zai實shi驗yan中zhong發fa現xian
，采cai用yong與yu外wai界jie電dian網wang隔ge離li或huo使shi用yong軟ruan件jian濾lv波bo，按an鍵jian效xiao果guo都dou能neng得de到dao明ming顯xian改gai善shan。
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3.濺水，濺油的影響

zaidianciludeshiyongdangzhong，changchanghuichuxianshuihuoyoujiandaochumomianbanshang
，takenengdaozhianjianwuchufa
，benjiejuefangancaiyongteshuruanjiansuanfakekaodijiangfushuijianyouyushouzhianxiadezhuangtaiqufenkai。

4.環境自適應能力

電磁爐在工作的時候
，會產生大量的熱量與濕氣
，麵板溫度/濕度，電路板溫度/濕度都是會在一個很寬的範圍浮動，而隨著使用時間的推移
，包括玻璃麵板
、PCB板都會出現不同程序的老化
，從而影響按鍵檢測的準確度。在ST的解決方案中，實現了自動校準功能，實時地提供環境檢測，實現環境自適應的機製。

總結

ST提供的解決方案包含了觸摸麵板自校準、軟件濾波、軟(ruan)件(jian)過(guo)零(ling)點(dian)檢(jian)測(ce)及(ji)環(huan)境(jing)自(zi)適(shi)應(ying)等(deng)功(gong)能(neng)

，盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)使(shi)用(yong)軟(ruan)件(jian)算(suan)法(fa)去(qu)屏(ping)蔽(bi)各(ge)種(zhong)複(fu)雜(za)環(huan)境(jing)的(de)幹(gan)擾(rao)

，具(ju)有(you)低(di)成(cheng)本(ben)及(ji)工(gong)作(zuo)可(ke)靠(kao)等(deng)特(te)點(dian)。當(dang)然(ran)在(zai)其(qi)他(ta)產(chan)品(pin)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)
，也(ye)會(hui)有(you)一(yi)些(xie)與(yu)電(dian)磁(ci)爐(lu)環(huan)境(jing)不(bu)同(tong)的(de)要(yao)求(qiu)，這(zhe)裏(li)隻(zhi)是(shi)介(jie)紹(shao)了(le)其(qi)中(zhong)一(yi)些(xie)有(you)代(dai)表(biao)性(xing)的(de)幹(gan)擾(rao)
，但(dan)隻(zhi)要(yao)掌(zhang)握(wo)了(le)電(dian)容(rong)式(shi)觸(chu)摸(mo)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)
，還(hai)是(shi)有(you)很(hen)多(duo)種(zhong)方(fang)法(fa)來(lai)處(chu)理(li)各(ge)種(zhong)應(ying)用(yong)情(qing)況(kuang)。