一、數字電容式觸摸傳感器的定義

數字電容式觸摸傳感器，簡稱電容式觸摸傳感器，是一種通過檢測物體（如手指）與傳感器表面之間電容變化來實現觸摸檢測的傳感器。它利用人體或其他導電物體接近或接觸傳感器表面時，引起傳感器內部電場分布的變化，進而產生電容量的變化，通過測量這一變化量并將其轉換為數字信號，實現對觸摸的識別和響應。

二、數字電容式觸摸傳感器的工作原理

數字電容式觸摸傳感器的工作原理主要基于電容感應技術。電容是描述兩個導體之間存儲電荷能力的物理量，其大小與導體間的距離、面積以及電介質的介電常數有關。在電容式觸摸傳感器中，通常包含兩層導電材料（如金屬層）和一層絕緣材料（如玻璃或塑料），形成一個電容器結構。當沒有觸摸發生時，兩層導電材料之間保持一定的距離和面積，形成穩定的電容值。當手指或其他導電物體接近或接觸傳感器表面時，會改變原有的電場分布，導致電容值發生變化。這一變化被傳感器內部的電路檢測并轉換為電信號，經過放大、濾波、模數轉換等處理后，最終輸出為數字信號，供后續電路或微處理器進行識別和處理。

具體來說，電容式觸摸傳感器的工作原理可以分為以下幾個步驟：

1. 電場建立 ：傳感器在工作時，會在兩層導電材料之間建立一個穩定的電場。這個電場是傳感器檢測觸摸事件的基礎。
2. 觸摸檢測 ：當手指或其他導電物體接近或接觸傳感器表面時，會引入一個新的電場源，與傳感器原有的電場發生相互作用，導致電場分布發生變化。這種變化會引起傳感器內部電容量的變化。
3. 信號轉換 ：傳感器內部的電路會檢測到電容量的變化，并將其轉換為電信號。這個電信號通常非常微弱，需要經過放大、濾波等處理才能被后續電路識別。
4. 模數轉換 ：經過放大和濾波處理后的模擬信號會被轉換為數字信號。這一步驟是通過模數轉換器（ADC）實現的，它能夠將連續的模擬信號轉換為離散的數字信號，便于微處理器進行處理。
5. 觸摸識別 ：微處理器會根據接收到的數字信號進行觸摸識別。它會對信號進行解析、比較和判斷，以確定是否發生了觸摸事件以及觸摸的位置、面積等參數。
6. 響應處理 ：一旦識別到觸摸事件，微處理器會根據預設的程序或指令進行相應的響應處理。例如，在智能手機上，觸摸屏幕可能會觸發屏幕顯示內容的變化或執行特定的操作命令。

三、數字電容式觸摸傳感器的組成結構

數字電容式觸摸傳感器通常由以下幾個部分組成：

1. 導電層 ：通常由金屬薄膜制成，作為電容器的一個極板。導電層通常覆蓋在絕緣材料的表面，形成傳感器的觸摸面。
2. 絕緣層 ：位于導電層之間，用于隔離兩個導電層并防止它們之間發生短路。絕緣層通常由玻璃、塑料等非導電材料制成。
3. 感應層 ：與導電層相對的另一層導電材料，也作為電容器的一個極板。感應層通常位于絕緣層的下方，與導電層之間形成電容器結構。
4. 控制電路 ：包括放大電路、濾波電路、模數轉換器等，用于檢測電容量的變化并將其轉換為數字信號。控制電路通常集成在傳感器芯片內部或外部電路板上。
5. 微處理器 ：用于接收和處理控制電路輸出的數字信號，進行觸摸識別和響應處理。微處理器通常與傳感器芯片或外部電路板相連。

四、數字電容式觸摸傳感器的應用

數字電容式觸摸傳感器因其高靈敏度、快速響應和低功耗等特性，在多個領域得到了廣泛應用：

1. 智能手機和平板電腦 ：作為最主要的輸入設備之一，電容式觸摸屏為用戶提供了直觀、便捷的交互體驗。用戶可以通過觸摸屏幕來瀏覽網頁、觀看視頻、玩游戲等。
2. 智能家居 ：在智能家居系統中，電容式觸摸傳感器被廣泛應用于各種智能設備中，如智能門鎖、智能開關、智能照明等。用戶可以通過觸摸這些設備來實現對家居環境的控制和管理。
3. 工業自動化 ：在工業自動化領域，電容式觸摸傳感器被用于各種自動化設備和機器中，如觸摸屏控制面板、機器人手臂等。它們為工人提供了更加安全、高效的操作方式。
4. 醫療設備 ：在醫療設備中，電容式觸摸傳感器也被廣泛應用。例如，在心電圖機中，電容式觸摸傳感器可以檢測用戶的皮膚電阻變化，從而獲取心電信號。

五、基于Arduino的數字電容式觸摸傳感器設計

我們需要開關來控制電子或者電器什么的，有時候我們用濕手使用電器開關然后觸摸來控制電器或者電子負載時，電器開關會有震動，比普通開關互動性強，可能有些項目需要觸摸轉變。這里以數字電容式觸摸傳感器arduino接口作為實驗。

基于 TTP223B IC 的數字電容傳感器價格非常實惠，觸摸時響應良好，該傳感器分線器可以輕松與任何類型的微控制器連接，并且僅包含三個外部接口端子。

數字電容式觸摸傳感器分線板

TTP223-IC

TTP223是1鍵觸摸板檢測IC，適合檢測電容元件變化。它消耗的功率非常低，工作電壓僅在2.0V至5.5V之間。快速模式下響應時間最大約 60mS，低功耗模式下 220mS VDD=3V。靈敏度可通過外部電容（0至50pF）調節。

Arduino 數字電容式觸摸傳感器接口

將傳感器分線板的 Vcc 引腳連接到 Arduino 的 +5V 引腳，并將 Gnd 連接到 Gnd。將信號 (SIG) 引腳連接到 Arduino 數字引腳 D1 并上傳以下代碼，以便在觸摸電容式傳感器時獲得響應。

用于板載LED和串行監視器觀察的 Arduino 代碼。

//Digital Capacitive Touch Sensor Arduino Interfacing 
#define sensorPin 1 // capactitive touch sensor - Arduino Digital pin D1 
int ledPin = 13; // Output display LED (on board LED) - Arduino Digital pin D13 
void setup() 
{ 
< strong >Serial< /strong >.begin(9600); 
pinMode(ledPin, OUTPUT); 
pinMode(sensorPin, INPUT); 
} 
void loop() 
{ 
int senseValue = digitalRead(sensorPin); 
if (senseValue == HIGH)
{  
digitalWrite(ledPin, HIGH); 
< strong >Serial< /strong >.println("TOUCHED"); 
} 
else
{ 
digitalWrite(ledPin,LOW); 
< strong >Serial< /strong >.println("not touched"); 
} 
 delay(500); 
 }

電容式觸摸傳感器開關 Arduino

該 arduino 連接控制與 5V DC繼電器連接的負載（交流燈泡） ，繼電器的信號引腳取自 Arduino 數字引腳 D13，電容式觸摸傳感器的其他接線與觀察連接相同。

上傳以下Arduino代碼來控制（開/關）負載設備

//Digital Capacitive Touch Sensor Switch Arduino Interfacing 
#define sensorPin 1 // capactitive touch sensor - Arduino Digital pin D1 
int relayPin = 13; // Output RelayPin - Arduino Digital pin D13 
boolean currentState = LOW; 
boolean lastState = LOW; 
boolean RelayState = LOW;
 void setup() 
{ 
< strong >Serial< /strong >.begin(9600);
 pinMode(relayPin, OUTPUT); 
 pinMode(sensorPin, INPUT); 
} 
void loop()
 { 
currentState = digitalRead(sensorPin); 
if (currentState == HIGH && lastState == LOW)
{ 
 delay(1); 
 if (RelayState == HIGH)
{ 
digitalWrite(relayPin, LOW); 
 RelayState = LOW; 
 } 
else { 
digitalWrite(relayPin, HIGH); 
RelayState = HIGH; 
 } 
} 
lastState = currentState; 
}