聂炼航

摘 要：本文对电容式触摸技术对进行了原理性分析，结合电梯实际应用，将触摸技术运用到电梯按钮上。从方案设计、可靠性设计、软件调试等多方面介绍了电梯触摸式按钮的设计应用，相关产品已经投入实际使用中，具有很强的参考价值。

关键词：电容式触摸技术；电梯按钮；自适应；防死机；Cypress；PSOC

前言：随着我国经济持续快速增长、城市化快速推进、人民生活水平提高、人口老龄化等因素的推动，我国电梯行业维持快速发展态势。一方面，按钮作为电梯必不可少的重要组成部分，无论是召唤箱上的呼梯按钮还是轿厢里的楼层、开关门按钮，人们对其美观性、可靠性、体验性都有了更高的需求。另一方面，随着触摸技术的成熟和不断发展，它被运用在越来越多的邻域和行业中，日常生活中，小到手机，大到工程设备随处可见它的身影，因此将触摸技术应用于电梯，用电容式触摸式按钮代替传统的机械式按钮也是大势所趋。

一、触摸式按钮与机械式按钮的对比如下：

二、电容式触摸技术的原理分析

1、PCB板上的感应层CapSense到GND有个分布电容Cp；

2、在电路板上方，需要非金属覆盖层，覆盖层用玻璃或者亚克力；

3、当手指接触到表面覆盖物后， 会与大地产生一个CF的电容；

4、触摸前后检测到的感应电容值分别为Cp和Cp+CF，当值超过我们设定 的阈值时，按钮触摸有效。

5、影响CF的因素

其中A为感应区域的面积，d为覆盖物的厚度，εR为覆盖物材料的介电常数，ε0为自由空间的介电常数。

常见材料的介电常数：

三、设计方案

1、 设计流程

2、 按钮整体尺寸示例

3、 按钮组成

触摸按钮由机械外壳和电子板两大部分组成，按钮的整体尺寸是充分考虑到安装的兼容性，按常规轿厢的载重量以及轿厢按钮的布局来设计的。电子板部分由按钮控制板、感应背光板组成，按钮控制板集成了电源、触摸控制、输入输出接口、程序烧录口，而感应背光板集成了感应电极、背光片，两个电子板之间采用4个5位连接器对插连接，便于拆卸维修。

4、电子板设计

4.1、关键器件的选型

我们选用的触摸IC为Cypress的CY8C4014SXI-421，Cypress公司是一家知名的电子芯片制造商，其电容式触摸技术已经广泛用于移动电话、个人电脑、消费类电子等领域，具有感应技术强大稳定、 抗噪能力强、自动调校技术等显著特点。

4.2、可靠性设计

按钮电源接口采用放电管、电感、TVS管组合方式来预防群脉冲和静电；

输入输出接口采用TVS管、自恢复保险丝组合的方式来预防静电和短路；

感应信号的线宽为7 mil，距离同层地线间距位1mm；

在感应背光板的感应器区域采用宽度为7 mil，间距为45 mil的网格；

在PCB的顶层和底层均采用宽度为7 mil，间距为70 mil的铺地网格。

5、特色功能

兼容单色、双色背光，多种颜色选择；

兼容按钮有效时输出电源电压或者0V；

支持覆盖物最大厚度为10CM；

防死机功能，一定的时间持续有效时，按钮复位；

参数自适应功能，当按钮上有灰尘或者水珠，自动调整敏感度；

6、 电气参数

额定电压：DC24V（对讲、警铃为DC12V）

额定电流：10-40MA（与按钮是否有效、按钮背光大小相关）

动作压力：0.5N–6N

電气寿命：无次数限制

贮存温度： - 20 ～ +70 °C

使用温度： - 10 ～ +60 °C

工作湿度：≤90% 不结露

四、软件调试

1、项目开发所需的软件和硬件

软件：PSoC Creator3.3，安装后包括Programmer和I2C Bridge；

电子板和外壳；

调试工具：MiniProg3；

2、调试步骤如下

2.1、新建工程并选择器件系列

2.2、选择空白模版并设置工程名称和路径

2.3、按需添加触摸、I2C、输出、定时器、时钟信号、中断等功能模块

2.4、双击设置各功能模块参数

2.5、生成代码，编写主程序