一種人體觸摸按鍵控制電路的製作方法

2023-09-19 08:27:30

專利名稱：一種人體觸摸按鍵控制電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及人體觸摸按鍵，更具體地說，涉及一種新型的人體觸摸按鍵控制
電路。
背景技術：
傳統的機械式按鍵具有易磨損、安裝複雜、受溫度溼度影響變化較大等缺點，而壓 電薄磨式觸摸按鍵造價高昂，而且容易損壞，受溫度溼度影響變化更大，所以觸摸按鍵的出 現漸漸成為市場的主導。 相比傳統金屬觸摸按鍵或機械開關1、感應觸摸開關不需要人體直接接觸金屬， 可以徹底消除安全隱患，即使帶手套也可以使用，並且不受天氣乾燥潮溼人體電阻變化等 影響，使用更加方便；2、沒有任何機械部件，不會磨損並且無限壽命，減少後期維護成本； 3、其感測部分可以放置到任何絕緣層(通常為玻璃或塑料材料)的後面，很容易製成與周 圍環境相密封的鍵盤；4、面板圖案隨心所欲，按鍵大小、形狀可以任意設計，字符、商標、透 視窗等任意搭配，外型美觀、時尚，不褪色、不變形、經久耐用，從根本上解決了各種金屬面 板以及各種機械面板無法達到的效果，其可靠性和美觀設計隨意性可以直接取代現有普通 面板(金屬鍵盤、薄膜鍵盤、導電膠鍵盤)。 目前實現觸摸按鍵的方法大致分為兩種，即電阻式和電容式，電阻式的觸摸按鍵 需要觸摸面板承受一定的壓力才能感應到，而電容式觸摸按鍵無需按壓面板，靠感應人體 本身電容來實現按鍵，這是電阻式無法做到的。 總而言之，目前市面上觸摸按鍵技術五花八門，但是在防水和防電磁脈衝幹擾下 做的都不是很好，設計一種新型的防水、防電磁脈衝幹擾的人體觸摸按鍵控制電路是有必 要的。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述觸摸按鍵在防水和防電
磁脈衝幹擾都不完善的缺陷，提供了一種防水、防電磁脈衝幹擾的人體觸摸按鍵控制電路。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種人體觸摸按鍵控制電
路，包括觸摸開關、與所述觸摸開關連接的觸摸電路、以及與所述觸摸電路連接的微控制單
元，所述微控制單元對所述觸摸開關輸出的電壓進行採樣，將此次採樣電壓與上一次採樣
電壓的差值與預設的最大偏差進行比較，若差值大於最大偏差則判斷為幹擾信號，若差值
小於或等於最大偏差則判斷為有效信號。 在本實用新型所述的人體觸摸按鍵控制電路中，所述觸摸電路與高頻脈衝連接， 具有一與所述觸摸開關連接的充放電電容，所述充放電電容輸出的電壓值為所述觸摸開關 輸出的電壓值。 在本實用新型所述的人體觸摸按鍵控制電路中，所述觸摸開關包括隔離介質、以 及與所述隔離介質連接的觸摸焊盤，所述高頻脈衝通過整流使所述充放電電容充電，通過隔離介質觸摸到觸摸焊盤時，所述充放電電容放電使觸摸開關輸出的電壓變為低電位。 實施本實用新型的人體觸摸按鍵控制電路，具有以下有益效果利用簡單的外圍 電路，同時加上抗幹擾的獨特算法，避免按鍵誤動連動，具有自動校正和補償功能，完全無 需複雜的生產調整就能到達比較好的效果，能保證溫度變化的情況下觸摸按鍵的性能穩 定，還能保證面板雨淋或積水的情況下觸摸按鍵的性能穩定，同時在強電磁幹擾下也能穩 定工作。

下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中 圖1是本實用新型的人體觸摸按鍵控制電路的原理圖； 圖2是觸摸開關輸出的電壓示意圖。
具體實施方式為了使本實用新型所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以 下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應理解，此處所描述的具體實施 例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。 本實用新型的電容式觸摸按鍵電路外圍簡單，只需要一般的帶有A/D的MCU(即 微控制單元)即便可以實現觸摸功能，按鍵的靈敏度軟體可調，其可以穿透絕緣材料外殼 20mm(玻璃、塑料等等)以上，準確無誤地偵測到手指的有效觸摸，同時保證產品的靈敏度、 穩定性、可靠性等不會因環境條件的改變或長期使用而發生變化，並具有防水和強抗幹擾 能力。 如圖1所示，本實用新型的人體觸摸按鍵控制電路包括觸摸開關、與觸摸開關連
接的觸摸電路、以及與觸摸電路連接的微控制單元，微控制單元對觸摸開關輸出的電壓進
行採樣，將此次採樣電壓與上一次採樣電壓的差值與預設的最大偏差進行比較，若差值大
於最大偏差則判斷為幹擾信號，若差值小於或等於最大偏差則判斷為有效信號。 另外，觸摸電路與高頻脈衝CMP麗連接，具有與觸摸開關連接的充放電電容C38，
充放電電容C38輸出的電壓值CKEY1為觸摸開關輸出的電壓值。觸摸開關包括隔離介質、
以及與隔離介質連接的觸摸焊盤，高頻脈衝CMP麗通過整流使充放電電容充電，通過隔離
介質觸摸到觸摸焊盤時，充放電電容C38放電使觸摸開關輸出的電壓CKEY1變為低電位。 在圖1中，信號端CMP麗產生高頻脈衝，通過整流讓充放電電容C38積累電荷，此
時輸出的電壓CKEY1為高電位，一旦有人體(即手)接觸到觸摸焊盤正上方的隔離介質，
此時人體相當於一個電容，導致電容C38放電，輸出電壓CKEY1電位下降，觸摸開關將會根
據手指接觸的不同距離輸出幅值不同的電壓信號，從而通過下降門限值來判斷是否有鍵按下。 實現觸摸的原理很簡單，但是要如何規避脈衝幹擾和水幹擾才是本實用新型要解 決的主要問題。在此運用平均濾波、峰值濾波、趨勢處理等算法一起處理，來實現抗脈衝幹 擾和水幹擾。通常是對觸摸開關輸出的電壓信號進行AD轉換，然後比較正常狀態和接觸時 觸摸開關輸出的電壓信號的數字值來判斷開關的閉合。單片機要對觸摸開關的按下和鬆開 進行判斷，就應知道在觸摸開關沒有按下時的觸摸開關輸出的電壓值和接觸時輸出的電壓值，如果在觸摸開關鬆開狀態時輸出的電壓值也會不停變化時，那麼我們就應該每隔一段 時間對鬆開狀態的電壓進行AD轉換，並求平均作為判斷觸摸開關有無按下的基準值，觸摸 開關的按下電壓波形如圖2所示。 在接觸到觸摸開關的時候去採樣會使採樣數據產生錯誤，因此在接觸前採樣是最 理想的時間。從圖2中可以看到當接觸觸摸開關時輸出的電壓會有一個下降的幅度，在採 樣前先判斷一下觸摸開關輸出的電壓和前一次採樣的輸出電壓是否下降，就可以證明是有 效觸摸或是幹擾信號。不用採樣當前值，而把多次的採樣值求平均就可以求得觸摸開關松 開狀態時輸出的電壓基準值。因此要判斷是否按下狀態時，只需要判斷當前的採樣值和基 準值之差的大小就可以判斷是否按下。 如圖2所示，當遇到持續的強脈衝幹擾或者GSM手機信號幹擾時，A點的電壓會上 升，所以在軟體中要不斷地平均採樣AD值，讓整個判斷的基準電壓都上升，只有這樣才不 會有誤動作。但是如果遇見非持續的脈衝幹擾，觸摸開關也會有類似圖2的電壓波形，這種 情況如果軟體不處理的話同樣也會誤觸發一個按鍵動作，因此需要設法規避這種情況。這 個問題可以通過極值濾波來處理，因為幹擾是非持續的，一旦幹擾結束，電壓值會回落，這 個回落的電壓數值經過趨勢處理濾波處理後，會發現其實比設定的門限值要偏大，可以完 全濾波掉。在此所用的平均濾波算法或者限速濾波算法能很方便平滑的計算出基準值A點 的電壓。 此外，在本實用新型的軟體算法中有幾點需要注意軟體中的延時時間是為了在 穩定的按下或鬆開狀態下對觸摸開關進行採樣，從而避開大部分的幹擾信號，延時時間過 長或過短都會影響到觸摸開關的靈敏度；軟體中的設定值是用來調整觸摸開關的靈敏度， 當需要觸摸開關有很高的靈敏度時只需將設定值調小即可，反之則調大；在判斷觸摸開關 輸出電壓是否下降時，應使當前採樣的時間和上一次採樣的時間差大一點，這樣可以有效 地跨過觸摸開關按下時的電壓下降階段，從而可以更加準確的計算出觸摸開關的基準值。 本實用新型採用的濾波算法具體如下預先確定兩次採樣允許的最大偏差AX， 若先後兩次採樣的信號相減數值大於AX，表明輸入的是幹擾信號，應該去掉此次採樣信 號，用上次的採樣值作為本次的採樣值；如果小於或者等於AX表明沒有受到幹擾，本次採 樣有效。 程序判斷濾波根據濾波方法不同，可以分為限幅濾波和限速濾波兩種。本實用新 型在採樣基準電壓的時候運用限速濾波方法，在判斷按鍵是否有效的時候採用限幅濾波方 法。 限幅濾波如下限幅濾波就是把兩次相鄰的採樣值進行相減，求出其增量(以絕 對值表示)，然後與兩次採樣的最大差值(由被控對象的實際情況決定)AY進行比較，如果 小於或等於AY，則取本次採樣值，如果大於AY，仍然採取上次採樣值作為本次採樣值。其 中Yn表示第n次採樣值，Yn-l表示第n-l次採樣值，A Y表示兩次採樣允許的最大偏差，其 大小取決於採樣周期T及Y值的變化動態響應。 限速濾波如下設順序採樣時刻tl、 t2、 t3所採集的參數分別為Yl、 Y2、 Y3，則 Y2-Y1| > AY，則Y2有效；|Y2-Y1| AY，貝ljY2有JL 本實用新型的人體觸摸按鍵外圍電路簡單，用普通的帶有AD的微控制單元即可以實現先進的觸摸功能，無須專用的觸摸晶片，用單晶片即可以實現觸摸和主控功能，無須 雙晶片。集成軟體算法後，其在抗幹擾方面效果不比專用的觸摸IC差，同時靈敏度可以由 軟體調整。本實用新型的電路成本低且實現容易，目前實現觸摸功能的方法有很多，也有硬 件電路類似的方案，但是區別在軟體算法上，好的算法可以使得觸摸功能實現的很好，基本 和市面上專用觸摸晶片沒有什麼分別。 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡是本 實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型 的保護範圍之內。
權利要求一種人體觸摸按鍵控制電路，其特徵在於，包括觸摸開關、與所述觸摸開關連接的觸摸電路、以及與所述觸摸電路連接的微控制單元。
2. 根據權利要求1所述的人體觸摸按鍵控制電路，其特徵在於，所述觸摸電路與高頻 脈衝連接，具有一與所述觸摸開關連接的充放電電容，所述充放電電容輸出的電壓值為所 述觸摸開關輸出的電壓值。
3. 根據權利要求2所述的人體觸摸按鍵控制電路，其特徵在於，所述觸摸開關包括隔 離介質、以及與所述隔離介質連接的觸摸焊盤，所述高頻脈衝通過整流使所述充放電電容 充電，通過隔離介質觸摸到觸摸焊盤時，所述充放電電容放電使觸摸開關輸出的電壓變為 低。
專利摘要本實用新型涉及一種人體觸摸按鍵控制電路，其包括觸摸開關、與觸摸開關連接的觸摸電路、以及與觸摸電路連接的微控制單元，微控制單元對觸摸開關輸出的電壓進行採樣，將此次採樣電壓與上一次採樣電壓的差值與預設的最大偏差進行比較，若差值大於最大偏差則判斷為幹擾信號，若差值小於或等於最大偏差則判斷為有效信號。本實用新型利用簡單的外圍電路，同時加上抗幹擾的獨特算法，避免按鍵誤動連動，具有自動校正和補償功能，完全無需複雜的生產調整就能到達比較好的效果，能保證溫度變化的情況下觸摸按鍵的性能穩定，還能保證面板雨淋或積水的情況下觸摸按鍵的性能穩定，同時在電磁幹擾下也能穩定工作。
文檔編號H03K17/96GK201523371SQ20092013169
公開日2010年7月7日 申請日期2009年5月12日 優先權日2009年5月12日
發明者朱鋅鏵, 塗柏生, 錢軍 申請人:深圳市博巨興實業發展有限公司