摘要：此规划在PCB上运用焊盘制造的接触按键来构成接触区域，完结接触手写板的硬件规划。规划选用低功耗的MSP4302553作为手写板接触检测中心，经过试验研讨的办法，剖析了PCB板上接触按键尺度和接触板分辨率，按键到控制器的布线方法和间隔，以及按键彼此之间间隔对手写检测的影响。在单个接触按键精确检测的基础上，挑选适宜的参数完结了手写板规划，完结了对用户手写输入信息二值图画的精确获取。在PCB上规划接触手写板，具有规划简略、造价低、耐磨损、不易损坏的特色。
传统手写板有电阻式、电容式、电磁压感式3类。电阻与电容式手写板别离经过阻值和容值的改动来断定用户输入;电磁压感式经过手写板上电后，表层电路在必定范围内发生的磁场与手写笔中发生的磁场构成互感完结对用户输入的检测。3类手写板都结合接触屏作输入设备，不免有不能接受重压、耐磨性差、本钱高的缺陷。而直接在PCB上运用焊盘规划接触按键构成手写板，完结电容式接触手写输入，弥补了接触屏输入在一些简略手写输入环境中的约束。
PCB板上手写板接触按键区域的规划，学习矩阵键盘的结构方法。主控制器运用较少的I/O资源就能够完结手写板检测。控制器经过队伍扫描手写接触板上的接触按键，并记载下各个接触点状况，然后得到用户输入信息的二值图画。
1 单接触点精确检测
1.1 接触按键电容散布
电容式接触按键的检测是经过一个张弛振动器来完结的，当有接触动作时按键电容值变大，张弛振动器的振动频率减小。主控制器经过检测张弛振动的频率改动断定是否有接触动作发生。
接触按键电容散布如图1所示，无接触时按键等效电容为C1=Cg∥Cp∥Ctr∥Ce;而有接触时按键等效电容为C2=C1∥Cto。所以有接触时按键的张弛振动电容相关于无按键时变大，按键的振动频率 
相对无接触时下降。
1.2 固定时刻门变电极振动按键检测
因为当有接触动作发生时按键等效电容变大，所以在固定时刻内按键的脉冲个数变小。然后经过检测两种情况下脉冲个数能够判别有无接触动作发生。固定时刻门变电极振动的方法原理如图2所示。
别离记载等时刻门Tgate内有无接触时的张弛振动器脉冲个数，能够得到脉冲个数的相对改动率为：
将η与参阅相对改动率η0作比较就能够判别有无接触动作。当η>η0时，阐明电容显着添加，有接触动作;当ηη0时，阐明电容改动不显着，没有接触动作。所以参阅值η的值选取十分要害，直接决议了接触按键的灵敏度和精确性。
1.3 单个按键检测的自适应算法
因为空气湿度、密度以及PCB上电路环境等要素的不安稳，没有按键按下时C1并非固定不变的，而存在必定的动摇。所以，若Key_LVL=N无按键-N有按键值选取太小，即η0的选取太小，那么N无按键的改动就可能误判成有接触动作;而Key_LVL的值选取过大，即η0大于有细微接触动作时的相对改动率，那么可能使接触动作发生时不能被检测到，影响按键的灵敏度。Tgate内计数脉冲个数为N=Tgate/T，Tgate是给定的计数时刻，T张弛振动周期，则Key_LVL的表达式如下：
假如接触按键所在的环境根本安稳，那么C1与 
，在Tgate时刻给定后都是定值。可是，实践环境并不是安稳不变的，所以为了消除这些改动的要素对接触检测的影响，依据自适应的思维对Key_LVL修改为：
Key_LVLi=Key_LVLi-1+△M[i(i-1)]。 (3)
其间△M[i(i-1)]。是每次判别参阅的批改值，△M[i(i-1)]。
是前两次得到的Key_LVL作差所得的△Mi(i-1)。可是这种较少的比较成果的批改作用并不抱负，受环境改动影响较大。所以记载前7次的Key_LVL值，并将相邻两次Key_LVL值做差，得到6次加权的差值，所以△M[i(i-1)]。的批改如下：
其间Ci-n是加权系数，表明各次比较的差值在△M[i(i-1)]。中所占权重。为了适应环境的改动，Ci-1…Ci-6顺次减小，经过屡次试验测验，体系规划中选取Ci-1=0.4，Ci-2=0.2，Ci-3=0.1，Ci-4=0.1，Ci-5=0.1，Ci-6=0.1，可使参阅η0主动调整，减小环境要素的影响。依据很多试验丈量规划中取η0=10%，能够较为精确的检测到接触动作。
2 PCB上的手写板规划剖析
在固定巨细的PCB板上规划完结电容式手写板时，根本单元接触按键是由两个分隔的焊盘经过队伍导线连接到控制器的两个I/O口上构成。手写板规划时首要考虑按键分辨率、接触按键的尺度、按键与按键之间的间隔、按键与控制器之间导线的长度和布线等要素。这些参数的选取都会影响到手写板上用户输入信息检测的精确性。下面就剖析每个因数对手写板的输入检测的影响程度，然后在PCB手写板规划挑选适宜的参数完结手写板的硬件规划。
2.1 按键分辨率与按键巨细剖析
手写板上按键的分辨率直接影响手写板对用户输入信息的检测，分辨率越大手写板对用户信息的取得的数字图画越精确，反之精确性越差。而手写板巨细确认后，手写板上按键的分辨率与单个按键的面积呈反比的联系。而人体的接触电容C=ε0εrs/d，跟着按键面积的减小而减小。假如按键面积太小，接触电容很小，接触时的脉冲个数相对改动率小于η0，导致接触板不能检测到按键的接触动作;反之，接触按键的面积过大，不只会使手写板的分辨率减小，影响到手写板对用户输入信息检测的精确性，而且还可能使手写板呈现接触盲区，遗失用户手写输入的信息。
在面积巨细为10 cmx10 cm的PCB板上，运用焊盘制造尺度不同的矩形接触按键时，试验测得按键在有无按键时的张弛振动脉冲数，如图3所示。
从图3中能够看出跟着按键面积的改动，用户接触时发生的接触电容根本不变，可是电容C1和单个按键检测的脉冲相对改动率减小。所以接触板的分辨率不能一向进步，当分辨率进步到某个点时，接触动作发生时检测到的计数脉冲个数相对改动率ηη0，然后无法判别此刻的接触动作。因而，为了挑选一个相对较高的分辨率，而且确保η>η0。此规划中手写板中单个接触按键的尺度挑选为8 mmX8 mm，此刻的脉冲相对改动率为12.3%>η0，能够检测到接触动作。所以在10 cmx10 cm的手写板上按键分辨率选取8×8比较适宜。
2.2 按键焊盘传输导线长度剖析
传输导线给接触按键带来寄生电容跟着传输线的间隔的改动联系如下式：
其间D为导线到地线的间隔，d为导线的直径，L为导线的长度，ε0为真空介电常数。能够看出跟着PCB板上制造的接触按键到控制器的导线越长，则传输线电容越大。如图4所
示，为两个面积巨细为8 mmx8 mm接触按键0和1，在有无接触动作发生时，所测得的脉冲个数和有无接触动作时的脉冲个数差值随导线长度改动的曲线。
从图4能够看出接触按键0和1的脉冲个数跟着导线长度的添加根本上成线性减小的联系，这也满意式(5)的联系。而接触动作发生时，改动的脉冲个数随导线据长度的添加根本保持在一个水平，所以跟着导线长度的添加脉冲个数的相对改动率η也添加，可是不管导线的长度是多少都满意η>η0的接触动作判定条件。
所以，PCB手写板的焊盘的导线长度关于人体接触的接触电容检测并不会发生显着的影响。因而在巨细为10 cmx10 cm左右的PCB板上规划电容式手写板，焊盘导线长度关于手写板的接触检测不会发生显着的影响。
2.3 手写板上按键自由空间耦合电容剖析
在接触板上接触按键和矩阵键盘的摆放方法相同，队伍导向成笔直走向。接触按键之间的间隔会引起横向和纵向按键的耦合电容发生显着的改动。PCB手写板规划需求找出横向和纵向按键之间的间隔对按键电容量影响的改动规则。然后规划接触按键时，确认按键之间应该预留的间隔，使得一个按键接触动作发生时，对周围按键的影响最小，然后进步手写板对手写输入信息检测的精确性。
如图5所示为手写板中4个不同方位的接触按键发生接触动作时，对x方向和y方向的接触按键的影响丈量数据曲线图。从图中曲线能够看出手写板上接触点在x和y方向上，0到10 mm内成二次曲线快速的衰减，而在间隔大于10 mm之后陡峭的减小。阐明在这种按队伍式摆放的接触按键组成的手写板，要减小有接触动作的按键对周围按键的影响，在横向和纵向按键之间的间隔尽量的要保持在10 mm以上。然后在进行手写动作时，使被接触点对周围按键的影响较小，尽可能的下降手彼此影响发生不精确。
2.4 手写输入试验测验成果
经过试验研讨剖析在PCB板上运用焊盘制造的接触按键构成的手写板的首要影响要素。确认在10 cmx10 cm的PCB板上制造分辨率为8×8的接触手写板，每个接触按键制造成巨细为8 minx8 mim，队伍之间的彼此间隔为2 mm的适宜的参数后。在PCB上制造完结手写接触板，控制器经过扫描横向和纵向的I/O口接触电容对应的张弛振动脉冲数，计算出每个按键的脉冲数相对改动率，并与选取的相对改动率进行比较，确认每个接触按键的状况组成一幅数字图画。如图6所示，是PCB上手写板收集到的手写输入‘8’和‘S’时的二值数据图画。
从图6可得，PCB制造完结的接触手写板能够较为精确的得到用户的手写输入数据的二值图画。从而，经过图画辨认算法对二值图画进行处理完结手写字符辨认，判别出手写板用户输入的字符信息，完结用户的手写输入。
3 定论
接触按键手写板规划选用%&&&&&%接触的原理，在PCB上运用焊盘制造接触按键来规划手写板输入设备。在完结了单个接触按键精确检测的基础上，剖析了在PCB上制造手写板制造时，单个接触按键尺度、按键到控制器的间隔对手写检测的影响，以及在PCB上按键笔直布线时，按键横向和纵向间隔对检测作用的影响。最终经过剖析选取适宜的参数，在10 cm×10 cm的PCB上完结手写板制造，并得到较为精确的手写输入字符的数字二值图画，完结了在PCB板上手写板的硬件规划。可是取得二值图画并没有完结手写板规划的悉数使命，二值图画的辨认还需求学习图画辨认算法完结。
