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。
電dian磁ci爐lu是shi采cai用yong磁ci場chang感gan應ying電dian流liu的de加jia熱re原yuan理li對dui食shi物wu進jin行xing加jia熱re。加jia熱re時shi，通tong過guo麵mian板ban下xia方fang的de線xian圈quan產chan生sheng強qiang磁ci場chang，磁ci力li線xian穿chuan過guo導dao磁ci體ti做zuo的de鍋guo的de底di部bu時shi，鍋guo具ju切qie割ge交jiao變bian磁ci力li線xian而er在zai鍋guo具ju底di部bu產chan生sheng渦wo流liu使shi鍋guo底di迅xun速su發fa熱re
，達da到dao加jia熱re食shi物wu的de目mu的de。在zai本ben解jie決jue方fang案an中zhong采cai用yong44pin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。
[page]
3 電磁爐工作環境中的幹擾

1.電磁幹擾

電dian磁ci爐lu在zai加jia熱re鍋guo的de同tong時shi，也ye對dui電dian路lu板ban上shang感gan應ying電dian極ji正zheng向xiang或huo反fan向xiang的de電dian流liu，從cong而er會hui縮suo短duan或huo增zeng長chang按an鍵jian充chong放fang電dian時shi間jian，會hui對dui按an鍵jian的de檢jian測ce造zao成cheng很hen大da影ying響xiang，甚shen至zhi產chan生sheng誤wu動dong作zuo，常chang見jian的de方fang法fa采cai用yong硬ying件jian屏ping蔽bi和he過guo零ling點dian檢jian測ce來lai消xiao除chu電dian磁ci輻fu射she對dui按an鍵jian的de影ying響xiang。

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)。
[page]
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)。