一种基于电容触摸感应的互动装置

技术领域：

本发明涉及人机交互设备技术领域，具体涉及一种基于电容触摸感应的互动装置。

背景技术：

现有电容式触摸感技术应用比较广泛，多应用于人机交互系统，比如按键触摸输入，指令触摸输入，手机触摸输入，其它电子设备的触摸输入等。电容触摸感应式利用人体导电的特性，在手指进行触摸活动时改变了两个电极板间的电容值，产生了电容容值的变化，通过电容触摸感应芯片即可检测出这一细微的电容变化，即完成了通过电容的方式测量触摸活动。而现有电容触摸感应装置一体化、集成化程度较高，对互动装置上的应用不够灵活。

发明内容：

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供一种基于电容触摸感应的互动装置。本发明主要完成的功能是通过对电容容值进行识别手指是否触摸到了电容极板；本发明通过模拟现实场景中的物体，实现触摸互动反馈。

本发明的一种基于电容触摸感应的互动装置，是由图画模型、触摸电容感应部、容值计算处理部、中央控制部、声音播放部和电源构成，所述的图画模型与触摸电容感应部触摸式感应连接，触摸电容感应部、容值计算处理部、中央控制部和声音播放部依次电路连接，电源分别与触摸电容感应部、容值计算处理部、中央控制部和声音播放部电路连接；所述的图画模型位于触摸电容感应部的正上方。

作为本发明的进一步改进，所述的图画模型为平面模型或者立体模型。

作为本发明的进一步改进，所述的触摸电容感应部为触摸电容识别铜箔。

作为本发明的进一步改进，所述的触摸电容识别铜箔为15cm*15cm的正方形、厚度为0.06mm。

作为本发明的进一步改进，所述的容值计算处理部为容值计算芯片。

作为本发明的进一步改进，所述的中央控制部为中央处理器。

作为本发明的进一步改进，所述的声音播放部为声音播放器。

上述容值计算芯片为飞思卡尔半导体公司生产的MPR121芯片；上述中央处理器为意法半导体有限公司生产的STM32F103B8T6芯片。

本发明的一种基于电容触摸感应的互动装置，以图画模型作为电容两极板间介质结构的电容感应触摸板，通过判断容值，确定是否触摸，再将容值的变化转变为数字信号，进而完成播放音乐的感应识别互动，为人们的体验增加了互动乐趣。

附图说明：

图1是本发明电容触摸感应的互动装置工作流程图；

图2是基于电容的触摸感应原理图。

图中；体验者1、图画模型2、触摸电容感应部3、引出导线4。

具体实施方式：

一种基于电容触摸感应的互动装置，是由图画模型、触摸电容感应部、容值计算处理部、中央控制部、声音播放部和电源构成，所述的图画模型与触摸电容感应部触摸式感应连接，触摸电容感应部、容值计算处理部、中央控制部和声音播放部依次电路连接，电源分别与触摸电容感应部、容值计算处理部、中央控制部和声音播放部电路连接；所述的图画模型位于触摸电容感应部的正上方；所述的容值计算处理部为容值计算芯片；所述的中央控制部为中央处理器；触摸电容感应部为触摸电容识别铜箔，所述的声音播放部为声音播放器。

所述的图画模型模拟一个古钟的外形，在图画模型背部区域粘贴触摸电容识别铜箔，所述的触摸电容识别铜箔为15cm*15cm的正方形、厚度为0.06mm，当有人触摸触摸电容识别铜箔的感应区域时，中央处理器控制声音播放器，播放出古钟被敲响的声音，与互动体验者形成互动。

图画模型部分主要为互动着提供生动形象的外形感观，增强互动体验感，同时也是为触摸感应部分提供安装位置。

触摸电容感应部分，使用一块15cm*15cm正方形厚度0.06mm的铜箔作为一块电容感应区域，也就是电容的一个极板。铜箔的一角使用到线进行焊接引出，引出导线4与触摸电容识别铜箔进行连接。

容值计算处理部分主要实现的功能是将微小的容值变化转变为数字信号，具体实现的原理是电容的改变会引起两个电极板上电荷的移动，容值计算芯片就是利用电荷的移动来判断容值的变化。从而区分是静态电容，还是波动电容。波动电容的容值计算出来后即可判断出是否有人做出触摸操作。

电容触摸感应识别主要工作原理如图2所示，图中1为体验者进行触摸操作，2为中间图画模型（不导电介质），3为粘贴的触摸电容识别铜箔，4为引出导线与容值计算芯片进行连接。具体工作流程是，当有人进行触摸体验时，无论是用手指还是手掌还是身体进行接近图画模型1，人体都将被看作是电容的一个极板，假设为电容极板A，此时图画背后粘贴的铜箔就被看作为电容的另一个极板B，此时电容极板A与电容极板B组成了一个微小电容，此时由于两个极板进行充电，引出导线上此刻会有电荷进行移动，与导线另一端相连的容值计算芯片就会对外输送电荷，容值计算芯片，统计电荷移动的多少和电荷移动的快慢，就可以计算出此时的电容值。当体验者离开触摸装置时电容极板只剩下了极板B，此刻不具备形成电容的条件，由于刚刚有人触摸过电容极板，电容极板A上还有电荷纯在，开始进行放电，电荷流回容值计算芯片内，电容芯片通过电荷计算此刻电容的容值，在计算容值时，由于此刻不具备电容的形成条件，此刻电容容值可以认为是零法拉，容值计算芯片还会在引出导线上进行充电，然后继续通过计算处理最终确认电容容值是否接近零法拉，即可以检测出互动体验者离开了触摸感应区域。

这一工作过程完成了基于电容的感应触摸检测，完成了触摸操作到电容容值变化的转变，为中央控制器提供了准确的触摸信号。

中央控制部分主要完成对容值计算部分以数字形式输出的数据进行解析，解析计算后判断是否有体验者进行了触摸行为，如果有就会通过IIC总线进行控制声音播放模块进行播放音乐形成互动体验。如果没有就将进行循环扫描判断是否有触摸行为发生。

电源供电部分，主要完整将直流电源输出的DC12V直流电，转换成DC5V供给各个模块进行使用，同时供电部分加入了1A自恢复保险，模块中有一个模块出现短路大电流的情况，自恢复保险都会快速切断电源，确保不会因为发热产生严重后果。

声音播放部分，这部分主要负责完成与中央控制部分的数据通信，主要完成的是播放状态的传送，和被播放指令的接收。同时还完成对喇叭的驱动工作。