ESP32 触摸功能开发套件
1. 概述
ESP32-Sense 开发套件用于评估和开发 ESP32 触摸传感器功能。评估套件包含一个主板和若干子板，主板包含显示单元，主控单元，调试单元；子板的触摸电极的形状和排列方式多样，包括线性滑条、矩阵按键、弹簧按键、轮式滑条等，可以满足不同的使用场景。用户也可以自行设计子板以满足特殊的使用场景。
下图是 ESP32-Sense 开发套件：
2. 相关资源
开发环境
- ESP-IDF 是 ESP32 平台的软件开发包。文档 Get Started 介绍编译环境的搭建和软件开发包的使用说明。
- ESP-Prog 是 ESP32 调试工具，有下载和 Jtag 调试功能。
ESP32 IoT 应用方案
- ESP32 IoT Solution 基于 ESP-IDF 开发，包含多种应用解决方案。文档 build-system-and-dependency 介绍了如何编译解决方案。
- ESP32-Sense 项目工程 是 ESP32-Sense 开发套件对应的软件工程文件。下载程序到主板即可使用触摸功能。
硬件手册
- ESP32-Sense 开发套件的硬件原理图，PCB 文件，BOM 等文件参考 乐鑫官网。
- ESP-Prog 的介绍请参考文档 ESP-Prog 介绍。
其他参考资料
- Espressif 官网
- ESP32 编程指南 : ESP32 相关开发文档的汇总平台，包含硬件手册，软件 API 介绍等。
- 触摸传感器应用设计参考文档: ESP32 触摸传感器功能应用设计手册，包括触摸传感器原理介绍，软件设计，PCB 设计等内容。
技术支持
- 若在 ESP32-Sense 开发套件使用时遇到问题，请在 ESP32-Sense 工程中提交 issue。
购买方式
- 微信公众号： espressif_systems
- 商务咨询
3. 开发板操作
保护盖板安装
塑料材质保护盖板厚度应小于 3 mm。空气间隙会导致手指的触摸感应变弱，所以保护盖板应紧贴子板安装。如果有空气间隙可以使用双面胶填充。弹簧子板上应使用 7 mm 螺柱安装保护盖板。
子板安装
子板与主板之间使用连接器连接，连接器既有连通作用，也可以固定住子板。子板安装孔可安装 4 个 7 mm 塑料镙柱，使子板水平支撑在主板上，如下图：
ESP-Prog 调试器设置
ESP-Prog 起到下载程序和供电作用。调试器上有两组跳针，IO0 跳针和供电跳针，供电跳针上的供电电压选择为 5V。因为 IO0 既有启动模式（下载模式、运行模式）选择功能，同时也是触摸功能管脚，如果 IO0 作为触摸功能使用，则运行模式时，调试器上 IO0 跳针应断开。调试器设置如下图：
ESP-Prog 调试器连接主板
调试器包含 Jtag 接口和 Program 接口。与主板连接使用 Program 下载接口。
编译下载
配置 ESP32-Sense 项目工程 的 config 参数，执行命令make menuconfig配置参数，如下图所示。执行命令make flash，程序会自动下载到开发板中。
更换子板
ESP32 上电时会检测子板上的分压电阻的分压值，识别不同的子板。更换子板后需给开发板重新上电。
4. 硬件介绍
4.1 主板
主板系统框图
下图是主板的功能框图。
主板硬件资源
显示单元包括数码管和 RGB 三色灯电路。调试单元包括 ESP-Prog 调试器接口。主控单元包含 ESP32 模组。Mini USB 供电作用。
电源管理系统
ESP32-Sense 开发套件上 Mini USB 和 ESP-Prog 均可供电，两者之间有保护二极管隔离，供电不相互影响。USB 只具有供电功能。ESP-Prog 接口除了供电功能还具有自动烧写固件功能。下图是电源管理系统的硬件原理图：
显示电路
ESP32-Sense 开发套件的主板上有显示单元，可直观地反馈触摸动作。三个数码管分别显示被触摸按键的位置和触摸动作的持续时间。数码管驱动芯片为 CH455G，使用 I2C 接口控制。RGB 灯用于触摸时的颜色反馈。用户滑动滑条，RGB 灯的颜色会相应变化。
下图是显示单元的硬件原理图：
4.2 子板
- 子板分压电阻
子板上的触摸电极有多种形状和排列方式。每个子板上有分压电阻，每个分压电阻的阻值不同，主板应用程序通过 ADC 读取分压值，识别不同类型的子板。分压电路如下图所示：
主板上的分压电阻是 10 KΩ，下表是各子板上对应的分压电阻阻值：
| 子板 | 分压电阻 (Kohm) | ADC 读数（Min） | ADC 读数 (Max) |
|---|---|---|---|
| 弹簧按键 | 0 | 0 | 120 |
| 线性滑条 | 4.7 | 935 | 1175 |
| 矩阵按键 | 10 | 1530 | 1770 |
| 双工滑条 | 33 | 2400 | 2620 |
| 轮式滑条 | 47 | 2630 | 2810 |
5. 应用程序介绍
ESP32 IoT Solution 工程下的 ESP32-Sense 项目 是 ESP32-Sense 开发套件对应的应用程序。目录结构如下图所示：
├── main
│ ├── evb_adc.c //使用 ADC 功能识别不同子板，设置每个子板对应的 ADC 阈值
│ ├── evb.h //主板应用程序参数设置（触摸阈值，ADC I/O，I2C I/O）
│ ├── evb_led.cpp //RGB LED 初始化程序
│ ├── evb_seg_led.c //数码管驱动程序
│ ├── evb_touch_button.cpp //子板驱动程序-触摸按键
│ ├── evb_touch_wheel.cpp //子板驱动程序-轮式滑条
│ ├── evb_touch_matrix.cpp //子板驱动程序-矩阵按键
│ ├── evb_touch_seq_slide.cpp //子板驱动程序-双工滑条
│ ├── evb_touch_slide.cpp //子板驱动程序-线性滑条
│ ├── evb_touch_spring.cpp //子板驱动程序-弹簧按键
│ ├── Kconfig.projbuild
│ └── main.cpp //主程序入口
├── Makefile
└── sdkconfig.defaults5.1. 参数配置
当使用不同厚度的盖板时，需要调节触摸触摸阈值。触摸阈值直接反映为触摸的灵敏度。触摸阈值越高，灵敏度越高，阈值过高会出现手指未接触按键时即发生触摸响应。触摸阈值越低，灵敏度越低，阈值过低会出现触摸无反馈或触摸延迟。
通过 ESP32-Sense 工程中的 evb.h 文件调节触摸阈值。
下面是触摸阈值设置的示例：
#define TOUCHPAD_THRES_PERCENT 980 //触摸阈值 980，识别 >2% 的触摸读数变化率
#define TOUCHPAD_SPRING_THRESH_PERCENT 970 //弹簧子板触摸阈值 970，识别 >3% 的触摸读数变化率5.2. 效果展示
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|---|---|
| Spring Button | Matrix Button |
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| Linear Slider | Duplex Slider |
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| Wheel Slider |