使用ESP32制作電容式觸摸傳感器的方法

　　在許多情況下，使用觸摸傳感器代替按鈕。優(yōu)點是我們不必提供力量來按下按鈕，并且我們可以使用觸摸傳感器在不觸摸它的情況下激活一個鍵。觸摸傳感技術(shù)日益流行。在過去十年左右的時間里，很難想象沒有觸敏電子產(chǎn)品的世界。電阻式和電容式觸摸方法都可以用于開發(fā)觸摸傳感器，在本文中，我們將討論使用 ESP32 制作電容式觸摸傳感器的粗略方法，之前我們還使用 Raspberry pi 構(gòu)建了電容式觸摸按鈕。

　　什么是電容式觸摸傳感器及其工作原理？

　　電容器有多種形式。最常見的形式是含鉛封裝或表面貼裝封裝，但要形成電容，我們需要用介電材料隔開的導(dǎo)體。因此，很容易創(chuàng)建一個。一個很好的例子是我們將在下面的例子中開發(fā)的例子。

　　考慮到蝕刻后的 PCB作為導(dǎo)電材料，貼紙作為介電材料，所以現(xiàn)在的問題是，觸摸銅焊盤如何導(dǎo)致電容發(fā)生變化，以使觸摸傳感器控制器能夠檢測到？當(dāng)然是人的手指。

　　那么，主要有兩個原因：一是我們手指的介電特性，二是我們手指的導(dǎo)電特性。我們將使用 基于電容的觸摸。因此，我們將把重點轉(zhuǎn)向基于電容的觸摸傳感器。但在我們討論所有這些之前，重要的是要注意沒有任何傳導(dǎo)發(fā)生，并且手指是絕緣的，因為貼紙中使用了紙張。因此，手指無法對電容器放電。

　　手指作為電介質(zhì)：

　　眾所周知，電容器具有常數(shù)值，這可以通過兩個導(dǎo)電板的面積、板之間的距離和介電常數(shù)來實現(xiàn)。我們不能僅僅通過觸摸來改變電容器的面積，但我們可以肯定地改變電容器的介電常數(shù)，因為人的手指具有與顯示它的材料不同的介電常數(shù)。在我們的例子中，它是空氣，我們用手指置換空氣。 如果你問怎么做？這是因為空氣1006在海平面室溫下的介電常數(shù)和手指的介電常數(shù)在80左右要高得多，因為人的手指主要由水組成。因此，手指與電容器電場的相互作用導(dǎo)致介電常數(shù)增加，因此電容增加。

　　現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了原理，讓我們繼續(xù)制作實際的 PCB。

　　構(gòu)建四路電容式觸摸傳感器

　　本項目使用的電容式觸摸傳感器有四個通道，制作簡單。下面我們已經(jīng)提到了制作一個的詳細(xì)過程。

　　首先，我們在Eagle PCB 設(shè)計工具的幫助下為傳感器制作了 PCB，如下圖所示。

　　在尺寸和 Photoshop 的幫助下，我們制作了模板，最后制作了傳感器的貼紙，如下圖所示，

　　現(xiàn)在，當(dāng)我們完成貼紙后，我們繼續(xù)制作我們將用于制作 PCB 的實際復(fù)合板模板，如下圖所示，

　　現(xiàn)在我們可以打印此文件并繼續(xù)制作自制 PCB 的過程。如果您是新手，可以查看有關(guān)如何在家中構(gòu)建 PCB 的文章。您也可以從以下鏈接下載所需的 PDF 和 Gerber 文件

　　四通道電容式觸摸傳感器的 GERBER 文件

　　完成后，實際的蝕刻 PCB 如下圖所示。

　　現(xiàn)在是時候鉆一些孔了，我們將一些電線與 PCB 連接起來。這樣我們就可以將它與ESP32板連接起來。完成后，如下圖所示。

　　由于我們沒有在 PCB 上放置過孔，因此焊接時焊料會到處都是，我們通過在 PCB 上鉆孔來糾正我們的錯誤，您可以在上面的下載部分中找到該鉆孔。最后，是時候貼上貼紙并制作完成了。如下圖所示。

　　現(xiàn)在我們完成了觸控面板，是時候繼續(xù)制作觸控面板的控制電路了。

　　ESP32觸控電路所需材料

　　下面給出了使用 ESP32 構(gòu)建控制器部分所需的組件，您應(yīng)該能夠在當(dāng)?shù)氐膼酆蒙痰曛姓业狡渲械拇蟛糠帧?/p>

　　我還在下表中列出了所需的類型和數(shù)量的組件，因為我們正在連接一個四通道觸摸傳感器并控制四個交流負(fù)載，我們將使用 4 個繼電器來切換交流負(fù)載和 4 個晶體管來構(gòu)建繼電器驅(qū)動電路。

　　我們的電容式觸摸傳感器的控制電路

　　下圖顯示了我們基于 ESP32 的觸摸傳感器的完整電路圖。

　　如您所見，這是一個非常簡單的電路，所需的組件非常少。

　　由于它是一個簡單的觸摸傳感器電路，因此在您希望通過觸摸與設(shè)備交互的地方非常有用，例如，您可以通過觸摸打開/關(guān)閉設(shè)備，而不是使用典型的板載開關(guān)。

　　在原理圖中，DC 筒形千斤頂用作輸入，我們提供為電路供電所需的必要電源，從那里我們有我們的 7805 穩(wěn)壓器，它將未穩(wěn)壓的 DC 輸入轉(zhuǎn)換為恒定的 5V DC，通過它我們提供ESP32 模塊的電源。

　　接下來，在原理圖中，我們在引腳 25、26、27、28 上有觸摸連接器，我們將在此處連接觸摸板。

　　接下來，我們的繼電器通??過 BD139 晶體管切換，二極管 D2、D3、D4、D5 用于保護(hù)電路免受繼電器切換時產(chǎn)生的任何瞬態(tài)電壓的影響，這種配置中的二極管被稱為反激二極管/續(xù)流二極管。每個晶體管基極的 560R 電阻器用于限制通過基極的電流。

　　電容式觸摸傳感器電路的 PCB 設(shè)計

　　我們的觸摸傳感器電路的 PCB 是為單面板設(shè)計的。我們使用 Eagle 來設(shè)計我的 PCB，但您可以使用您選擇的任何設(shè)計軟件。我們的電路板設(shè)計的 2D 圖像如下所示。

　　足夠的跡線直徑用于制作電源跡線，用于使電流流過電路板。我們將螺絲端子放在頂部，因為這樣連接負(fù)載要容易得多，而電源連接器（一個DC 筒形插孔）被放置在側(cè)面，這也便于使用。可以從下面的鏈接下載 Eagle 的完整設(shè)計文件和 Gerber。

　　基于 ESP32 的觸摸傳感器控制電路的 GERBER 文件

　　現(xiàn)在我們的設(shè)計已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，是時候蝕刻和焊接電路板了。蝕刻、鉆孔和焊接過程完成后，電路板如下圖所示，

基于 ESP32 的電容式觸摸傳感器的 Arduino 代碼

對于這個項目，我們將使用我們將在稍后描述的自定義代碼對 ESP32 進(jìn)行編程。代碼非常簡單易用，

我們首先定義所有必需的引腳，在我們的例子中，我們定義了觸摸傳感器和繼電器的引腳。

?

#define Relay_PIN_1 15
#define Relay_PIN_2 2
#define Relay_PIN_3 4
#define Relay_PIN_4 16
#define TOUCH_SENSOR_PIN_1 13
#define TOUCH_SENSOR_PIN_2 12
#define TOUCH_SENSOR_PIN_3 14
#define TOUCH_SENSOR_PIN_4 27

?

接下來，在設(shè)置部分，我們首先初始化 UART 以進(jìn)行調(diào)試，接下來我們引入了 1S 的延遲，這給了我們一點時間來打開串行監(jiān)視器窗口。接下來，我們使用Arduinos pinMode函數(shù)將 Relay 引腳作為輸出，這標(biāo)志著Setup()部分的結(jié)束。

?

無效設(shè)置（）{
  序列號.開始（115200）；
  延遲（1000）；
  pinMode(Relay_PIN_1, OUTPUT);
  pinMode（Relay_PIN_2，輸出）；
  pinMode(Relay_PIN_3, OUTPUT);
  pinMode(Relay_PIN_4, OUTPUT);
}

?

我們以if語句開始我們的循環(huán)部分，內(nèi)置函數(shù)touchRead(pin_no)用于確定引腳是否被觸摸。touchRead?(pin_no)函數(shù)返回一個整數(shù)值范圍（0 - 100），該值始終保持在 100 附近，但是如果我們觸摸選定的引腳，該值會下降到接近零，并且在變化的值的幫助下，我們可以確定特定的引腳是否被手指觸摸。

在if語句中，我們正在檢查整數(shù)值是否有任何變化，如果該值低于 28，我們可以確定我們已經(jīng)確認(rèn)了一次觸摸。一旦if?語句為真，我們等待 50ms 并再次檢查參數(shù)，這將幫助我們確定傳感器值是否被錯誤觸發(fā)，然后我們使用digitalWrite(Relay_PIN_1, !digitalRead (Relay_PIN_1))?方法，其余代碼保持不變。

?

如果（觸摸讀取（TOUCH_SENSOR_PIN_1）<28）{
    如果（觸摸讀?。═OUCH_SENSOR_PIN_1）<28）{
      Serial.println("傳感器一被觸摸");
      digitalWrite(Relay_PIN_1, !digitalRead(Relay_PIN_1));
    }
  }
  否則如果 (touchRead(TOUCH_SENSOR_PIN_2) < 28) {
    如果 (touchRead(TOUCH_SENSOR_PIN_2) < 28) {
      Serial.println("傳感器二被觸摸");
      digitalWrite(Relay_PIN_2, !digitalRead(Relay_PIN_2));
    }
  }
  否則，如果（觸摸讀?。ㄓ|摸傳感器_PIN_3）<28）{
    如果 (touchRead(TOUCH_SENSOR_PIN_3) < 28) {
      Serial.println("傳感器三被觸摸");
      digitalWrite(Relay_PIN_3, !digitalRead(Relay_PIN_3));
    }
  }
  否則如果 (touchRead(TOUCH_SENSOR_PIN_4) < 28) {
    如果 (touchRead(TOUCH_SENSOR_PIN_4) < 28) {
      Serial.println("傳感器四被觸摸");
      digitalWrite(Relay_PIN_4, !digitalRead(Relay_PIN_4));
    }
  }

?

　　最后，我們以另外 200 毫秒的阻塞延遲結(jié)束我們的代碼。

　　測試基于 ESP32 的觸摸傳感器電路

　　由于這是一個非常簡單的項目，因此測試裝置非常簡單，如您所見，我連接了 4 個 LED 和電阻作為負(fù)載，因為它與繼電器連接，您可以輕松連接高達(dá) 3 安培的任何負(fù)載。

#define Relay_PIN_1 15
#define Relay_PIN_2 2
#define Relay_PIN_3 4
#define Relay_PIN_4 16
//所有繼電器引腳定義
#define TOUCH_SENSOR_PIN_1 13
#define TOUCH_SENSOR_PIN_2 12
#define TOUCH_SENSOR_PIN_3 14
#define TOUCH_SENSOR_PIN_4 27
//所有觸摸傳感器引腳定義
無效設(shè)置（）{
序列號.開始（115200）；//開始UART
延遲（1000）；// 給我時間啟動串口監(jiān)視器
pinMode(Relay_PIN_1, OUTPUT);
pinMode（Relay_PIN_2，輸出）；
pinMode(Relay_PIN_3, OUTPUT);
pinMode(Relay_PIN_4, OUTPUT);
//所有繼電器引腳設(shè)置為輸出
}
無效循環(huán)（）{
/*
取消注釋以進(jìn)行調(diào)試
序列號.println(" ");
Serial.println("#############################");
Serial.print("Button1:");
Serial.println(touchRead(TOUCH_SENSOR_PIN_1)); // 獲取 Touch 0 pin = GPIO 4 的值
Serial.print("Button2:");
Serial.println(touchRead(TOUCH_SENSOR_PIN_2));
Serial.print("Button3:");
Serial.println(touchRead(TOUCH_SENSOR_PIN_3));
Serial.print("Button4:");
Serial.println(touchRead(TOUCH_SENSOR_PIN_4));
Serial.println("#############################");
序列號.println(" ");
*/
if ( touchRead(TOUCH_SENSOR_PIN_1) < 28) { // 檢查值是否達(dá)到 28 以下
延遲（50）；
if ( touchRead(TOUCH_SENSOR_PIN_1) < 28) { //再次檢查值是否低于 28
Serial.println("傳感器一被觸摸");
digitalWrite(Relay_PIN_1, !digitalRead(Relay_PIN_1));
}
}
否則如果 (touchRead(TOUCH_SENSOR_PIN_2) < 28) {
延遲（50）；
如果 (touchRead(TOUCH_SENSOR_PIN_2) < 28) {
Serial.println("傳感器二被觸摸");
digitalWrite(Relay_PIN_2, !digitalRead(Relay_PIN_2));
}
}
否則，如果（觸摸讀?。ㄓ|摸傳感器_PIN_3）<28）{
延遲（50）；
如果 (touchRead(TOUCH_SENSOR_PIN_3) < 28) {
Serial.println("傳感器三被觸摸");
digitalWrite(Relay_PIN_3, !digitalRead(Relay_PIN_3));
}
}
否則如果 (touchRead(TOUCH_SENSOR_PIN_4) < 28) {
延遲（50）；// 用作去抖動延遲。
如果 (touchRead(TOUCH_SENSOR_PIN_4) < 28) {
Serial.println("傳感器四被觸摸");
digitalWrite(Relay_PIN_4, !digitalRead(Relay_PIN_4));
}
}
延遲（200）；
}