JHM2031在人體接近探測(cè)中的應(yīng)用

1、靜電電容——互電容

如下圖所示，互電容方式由接收電極、發(fā)送電極及脈沖發(fā)生器構(gòu)成。發(fā)送電極輸出交流脈沖時(shí)，和接收電極間產(chǎn)生電場(chǎng)耦合。此時(shí)，如果有人體接近，一部分電場(chǎng)將耦合到人體，導(dǎo)致電極間的電場(chǎng)耦合減少。通過測(cè)量接收電極上電場(chǎng)耦合的減少，可以判斷人體的接近。

2、JHM2031的電容測(cè)量方式

JHM2031支持互電容的測(cè)量方式，但需要注意互電容傳感器的圖案設(shè)計(jì)。

3、互電容傳感器的設(shè)計(jì)

互電容方式的原理，如下圖所示。

發(fā)送電極輸出脈沖，與接收電極之間通過電容耦合形成電磁場(chǎng)。當(dāng)手指接近兩個(gè)電極的間隙時(shí)，由于人體是導(dǎo)電體，一部分電磁場(chǎng)會(huì)耦合到人體，從而導(dǎo)致電容耦合減小。通過周期性監(jiān)測(cè)這個(gè)電磁場(chǎng)的變化，可以檢測(cè)到人體的接近或觸摸。

上圖是建議用于互電容方式的電極圖案。接收電極更容易受到噪聲的影響，因此周圍放置發(fā)射電極來對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。這種配置會(huì)增加Tx（發(fā)射電極）和Rx(接收電極)的正對(duì)距離以及與手指接觸的表面積。需要注意的是，電極圖案超出觸摸面積的部分并不會(huì)提高電極的效果，反而會(huì)增加寄生電容量，因此電極圖案稍大于感應(yīng)或觸摸面積即可。發(fā)射電極Tx和接收電極Rx的平行走線距離越長(zhǎng)，耦合電容越大，互電容的base電容越大。Tx/Rx正對(duì)距離越長(zhǎng)，支持的覆蓋物和氣隙厚度越大，電容耦合會(huì)減弱，base電容減小。在設(shè)計(jì)互電容傳感器時(shí)，需要優(yōu)化布局，最大化觸摸增量，最小化傳感器電容，以滿足應(yīng)用需求。最大化觸摸增量是通過電極的高度交錯(cuò)實(shí)現(xiàn)的，最小化傳感器電容則需要通過增大發(fā)射電極和接收電極的正對(duì)距離來實(shí)現(xiàn)。但增加正對(duì)距離也會(huì)縮短電極之間平行段的長(zhǎng)度，使得觸摸時(shí)所覆蓋的平行段總長(zhǎng)度較小，從而傳感器靈敏度成比例降低。

4、軟件處理

如上所述，當(dāng)有人體接近時(shí)，組成互電容方式的一對(duì)電極間的電容量減少，因此，通過測(cè)量電容值減小量來判斷發(fā)生人體觸摸或人體接近。對(duì)于JHM2031來說，可通過選擇合理量程和參數(shù)，令無人體靠近或觸摸時(shí)的濕度輸出位于80%附近，當(dāng)探測(cè)到輸出減少時(shí)判定人體靠近或觸摸。

5、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

5.1、使用2mm亞克力做覆蓋面無手掌接近時(shí)，如下圖測(cè)得數(shù)據(jù)為77.809%。

手掌貼在覆蓋面上時(shí)，如下圖測(cè)得數(shù)據(jù)為35.848%?？梢姡瑑烧咧g有40%的變化量，足以識(shí)別有無手掌貼近。

5.2、使用5mm亞克力做覆蓋面無手掌接近時(shí)，如下圖測(cè)得數(shù)據(jù)為76.620%。

手掌貼在覆蓋面上時(shí)，如下圖測(cè)得數(shù)據(jù)為51.319%。可見，兩者之間有25%的變化量，5mm覆蓋面與2mm的覆蓋面相比，變化量明顯縮小，但仍然可以識(shí)別有無手掌貼近。