ESP32-Sense-kit

概述

ESP32-Sense-Kit 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-Kit：

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 5 V。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。

硬件参考

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-Kit 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-Kit 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：

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：

子板	分压电阻 (Kohm)	ADC 读数（Min）	ADC 读数 (Max)
弹簧按键	0	0	250
线性滑条	4.7	805	1305
矩阵按键	10	1400	1900
双工滑条	19.1	1916	2416
轮式滑条	47	2471	2971

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.defaults

参数配置

当使用不同厚度或不同材质的盖板时，需要重新设置各通道触摸变化率参数，即灵敏度。各通道触摸变化率是由脉冲计数值计算得到。计算公式为：(Non-touch value - Touch value) / Non-touch value。“Non-touch value” 是指不触摸时通道的脉冲计数值。“Touch value” 是指正常触摸时通道的脉冲计数值。这两个参数需要用户测量得出。系统初始化时，由触摸变化率自动计算出触摸阈值，触摸阈值与触摸变化率成正比关系。

触摸变化率确定后，填写到 ESP32-Sense 工程中的 evb.h 文件。

效果展示


Spring Button	Matrix Button

Linear Slider	Duplex Slider

Wheel Slider