ESP32 学习笔记（十五）Touch Sensor

Touch Sensor

介绍

触摸传感器系统构建在基板上，该基板在保护性平坦表面下承载电极和相关连接。当用户触摸表面时，触发电容变化并产生二进制信号以指示触摸是否有效。

ESP32 可提供多达 10 个电容式触摸板/GPIO。传感垫可以以不同的组合（例如矩阵，滑块）布置，从而可以检测更大面积或更多点。触摸板感测过程在硬件实现的有限状态机（FSM）的控制下，该有限状态机由软件或专用硬件定时器启动。

ESP32 技术参考手册（PDF）中讨论了触摸传感器的设计，操作和控制寄存器。有关此子系统如何工作的更多详细信息，请参阅它。

有关ESP32的触摸传感器设计和固件开发指南的详细信息，请参阅触摸传感器应用说明。如果您想在各种配置下测试触摸传感器而无需自行构建，请查看ESP32-Sense 开发套件指南。

功能概述

API 的描述分为几组功能，以提供以下功能的快速概述：

• 触摸板驱动器的初始化
• 触摸板 GPIO 引脚的配置
• 进行测量
• 调整测量参数
• 过滤测量值
• 触摸检测方法
• 设置中断以报告触摸检测
• 在中断时从睡眠模式唤醒

有关特定功能的详细说明，请转到 API 参考部分。应用示例部分介绍了此 API 的实际实现。

初始化

触摸板驱动程序应在使用前通过调用函数 touch_pad_init() 进行初始化。此函数在“宏”下的 API 参考中设置了几个 .._ DEFAULT 驱动程序参数。它还清除之前触摸过的焊盘信息（如果有）并禁用中断。

如果不再需要，可以通过调用 touch_pad_deinit() 来禁用驱动程序。

配置

使用 touch_pad_config() 可以为特定 GPIO 启用触摸传感器功能。

函数 touch_pad_set_fsm_mode() 用于选择是否由硬件定时器或软件自动启动触摸板测量（由 FSM 操作）。如果选择了软件模式，则使用 touch_pad_sw_start() 启动 FSM。

触摸状态测量

以下两个功能可以方便地从传感器读取原始或过滤的测量值：

• touch_pad_read()
• touch_pad_read_filtered()

通过在触摸或释放垫时检查传感器读数的范围，它们可用于表征特定的触摸板设计。然后可以使用该信息来建立触摸阈值。

通过调用下面描述的特定过滤器函数，在使用touch_pad_read_filtered()之前启动并配置过滤器。

要了解如何使用这两种读取功能，请检查 peripherals/touch_pad_read应用示例。

优化测量

触摸传感器具有多个可配置参数，以匹配特定触摸板设计的特性。例如，为了感测较小的容量变化，可以缩小触摸板充电/放电的参考电压范围。使用 touch_pad_set_voltage() 函数设置高和低参考电压。除了识别较小容量变化的能力之外，积极的副作用还将是降低低功率应用的功耗。可能的负面影响是测量噪声的增加。如果获得的读数的动态范围仍然令人满意，则可以通过用 touch_pad_set_meas_time() 降低测量时间来进一步降低功耗。

以下总结了可用的测量参数和相应的“设置”功能：

• 触摸板充电/放电参数：
  • 电压范围：touch_pad_set_voltage()
  • 速度（斜率）：touch_pad_set_cnt_mode()
• 测量时间：touch_pad_set_meas_time()

电压范围（高/低参考电压），速度（斜率）和测量时间之间的关系如下图所示。

最后一个图表“输出”表示触摸传感器读数，即在测量时间内收集的脉冲计数。

所有函数成对提供以“设置”特定参数并“获取”当前参数的值，例如，touch_pad_set_voltage() 和 touch_pad_get_voltage()。

过滤测量

如果测量结果有噪音，您可以使用提供的 API 过滤它们。首次使用前应通过调用 touch_pad_filter_start() 启动过滤器。

滤波器类型是 IIR（无限脉冲响应），它具有可配置的周期，可以通过功能 touch_pad_set_filter_period() 进行设置。

您可以使用 touch_pad_filter_stop() 停止过滤器。如果不再需要，可以通过调用 touch_pad_filter_delete() 删除过滤器。

触摸检测

触摸检测在 ESP32 的硬件中实现，基于用户配置的阈值和 FSM 执行的原始测量。使用 touch_pad_get_status() 函数检查触摸的触摸板和touch_pad_clear_status()以清除触摸状态信息。

硬件触摸检测也可以连接到中断，这将在下一节中介绍。

如果测量结果有噪声且容量变化很小，则硬件触摸检测可能不可靠。要解决此问题，请在您自己的应用程序中实施测量过滤并执行触摸检测，而不是使用硬件检测/提供的中断。有关两种触摸检测方法的示例实现，请参阅peripherals / touch_pad_interrupt。

触摸触发中断

在触摸检测中启用中断之前，用户应建立触摸检测阈值。当触摸和释放打击垫时，使用上述功能读取和显示传感器测量值。当测量结果有噪声并且相对变化很小时，应用滤波器。根据您的应用和环境条件，测试温度和电源电压变化对测量值的影响。

一旦建立了检测阈值，就可以在初始化时使用 touch_pad_config() 或在运行时使用 touch_pad_set_thresh() 进行设置。

在下一步中，配置如何触发中断。可以在低于或高于阈值的情况下触发它们，并使用函数 touch_pad_set_trigger_mode() 进行设置。

最后使用以下函数配置和管理中断调用：

• touch_pad_isr_register()/ touch_pad_isr_deregister()
• touch_pad_intr_enable()/ touch_pad_intr_disable()

当中断运行时，您可以通过调用 touch_pad_get_status() 并使用 touch_pad_clear_status() 清除焊盘状态来获取特定焊盘触发中断的信息。

触摸检测中断根据用户建立的阈值检查原始/未过滤测量，并在硬件中实现。启用软件过滤API（请参阅过滤度量）不会影响此过程。

从睡眠模式唤醒

如果使用触摸板中断将芯片从休眠模式唤醒，则用户可以选择应触摸的某些焊盘配置（SET1 或 SET1 和 SET2），以触发中断并导致后续唤醒。为此，请使用 touch_pad_set_trigger_source() 函数。

可以通过以下方式为每个 ‘SET’ 管理所需的焊盘位模式的配置：

• touch_pad_set_group_mask()/touch_pad_get_group_mask()
• touch_pad_clear_group_mask()

应用示例

触摸传感器读取示例：peripherals/touch_pad_read.
触摸传感器中断示例：peripherals/touch_pad_interrupt.

API Reference

Header File

• driver/include/driver/touch_pad.h

参考资料

• Touch Sensor