移動偵測系統及方法
2023-07-19 05:57:41
專利名稱:移動偵測系統及方法
技術領域：
本發明涉及感應面板(touch panel)，尤其涉及一種移動偵測(motion detection)系統與方法。
背景技術：
一般而言，每個人體本身對地均具有大小不同的等效電容值(equivalent capacitance)。因此，當人體的手指觸摸到感應面板的按鍵(key)或金屬墊片(pad)時，會改變觸摸到的金屬墊片的有效(effective)電容值。即使人體沒有接觸到感應面板，感應面板電路依然會產生一些寄生電容(parasitic capacitance)。許多傳統感應面板利用上述的電容效應特性，並根據雜散電容充放電次數來感測人體是否接近或觸摸感應面板的按鍵或墊片。
圖1為傳統移動偵測系統的配置圖。圖2為傳統移動偵測方法的流程圖。
請參照圖1，傳統移動偵測系統100包含時序控制器120、多個金屬墊片101～10N(N＞1，N為正整數)、計次單元130、多個切換器151～15N以及控制單元140。時序控制器120產生不同的控制信號至各切換器，以控制切換器的切換位置。在沒有人體觸摸的情況下，先將任一墊片(假設是墊片101)所屬的切換器151接到高電位Vcc，同時將其它墊片10n(1≤n≤N，n為正整數)所屬的切換器152～15N接地。此時，高電位Vcc會對墊片101與墊片102所產生的寄生電容C12充電。接著，將切換器151(或墊片101)浮接，使寄生電容C12透過各電阻R(圖中未顯示)自然放電。在一段預設時間T內重複上述的步驟，以記錄最後測得的充放電次數Mref。另一方面，當手指觸摸或接近墊片101時，會與各墊片10n之間產生大小不等的寄生電容C1～CN，繼而改變墊片101的有效電容值，最後影響墊片101的充放電次數，其中，電壓Vb為人體所接觸的大地電壓。
請參照圖2，傳統感應面板所使用的移動偵測方法包含以下步驟首先，在步驟S201中，在確定沒有人體觸摸的情況下，以及在一段預設時間T內，計算並記錄墊片的平均充放電次數Mref。接著，在步驟S202中，在未知是否有人體觸摸的情況下，同樣在預設時間T內，分別計算出各墊片的充放電次數。然後，在步驟S203中，分別比較各墊片的充放電次數M1～MN與平均充放電次數Mref，以判斷各墊片的充放電次數M1～MN與平均充放電次數Mref之間的差距是否足夠大，進而確定有無人體觸摸或接近墊片。若確定有人體觸摸，在步驟S204中，系統則執行相關處理。若無人體觸摸，則回到步驟S202。
然而，傳統移動偵測技術在感測時的有效電容值(或電容效應)受外界噪聲或外界環境因素的幹擾過大，同時，由於每個人的身體所帶有的等效電容值大小不一，以及無法實時動態校正，造成該移動偵測技術的準確度以及在不同人使用時相關性過大的問題。
發明內容本發明要解決的技術問題在於提供一種移動偵測系統，利用簡單的硬體配置，提高整體電路的抗噪聲能力。
為達成上述目的，本發明提供了一種移動偵測系統，是由感應面板、多個切換單元、偵測單元以及控制單元所組成。此感應面板具有多個金屬感應區，而且所述多個金屬感應區被依序設定為偵測感應區。每一切換單元電氣連接至對應的金屬感應區，且根據控制信號將所連接的金屬感應區浮接或電氣連接至第一電壓或第二電壓；偵測感應區在充電階段被連接至第一電壓，同時，其餘的金屬感應區被連接至第二電壓。而當偵測感應區在偵測階段呈浮接狀態時，其餘的金屬感應區被連接至第一電壓。偵測單元根據該控制信號的狀態、偵測感應區的電壓與預設參考電壓，在偵測階段時計算該偵測感應區的放電時間以產生偵測結果信號。以及，該控制單元產生預設參考電壓與控制信號，並且根據偵測單元所輸出的偵測結果信號產生移動信號。
本發明要解決的技術問題還在於提供一種移動偵測方法，利用感應面板來作為輸入單元並產生移動信號且該感應面板包含多個金屬感應區，該移動偵測方法包含以下四個步驟設定步驟，將多個金屬感應區依序設定為偵測感應區；充電步驟，將偵測感應區連接至第一電壓，同時其餘的金屬感應區被連接至第二電壓；偵測步驟，將偵測感應區浮接，同時其餘的金屬感應區被連接至第一電壓，並根據偵測感應區的電壓與預設參考電壓計算該偵測感應區的放電時間，以產生偵測結果信號；以及，控制步驟，根據偵測結果信號產生移動信號。
本發明利用電容效應特性，比較感應面板自然充放電的現象與人體觸摸感應面板時現象的差異，來檢測人體於感應面板上的移動。本發明的一個特色是在偵測階段時，將偵測感應區浮接的同時，將其餘的金屬感應區連接至高電位VCC，若此時有人觸摸偵測感應區，其餘金屬感應區的高電位Vcc會對偵測感應區周圍的寄生電容充電，使寄生電容產生了作用，因此整體電路抗噪聲能力提高。本發明的另一個特色是根據各偵測感應區的放電時間長度Tcon，來動態調整平均放電時間參考值Tref與預設參考電壓Vref，來因應每個人的身體所帶有的等效電容值大小不一、或者測量環境背景的差異等等外界環境因素的影響，以防止誤動作或是誤觸發狀況。
圖1為傳統移動偵測系統的配置圖。
圖2為傳統移動偵測方法的流程圖。
圖3A為本發明的移動偵測系統的架構方塊圖。
圖3B為本發明的偵測單元的一個架構方塊圖。
圖3C為本發明的移動偵測系統的架構方塊圖的另一實施例。
圖4A為根據本發明的一個實驗結果，比較本發明的放電時間曲線Tcon與動態調整的放電時間參考值曲線Tref。
圖4B為根據本發明的另一個實驗結果，比較本發明的放電時間曲線Tcon與動態調整的放電時間參考值曲線Tref。
圖5為本發明的移動偵測方法的流程圖。
具體實施方式圖3A為本發明的移動偵測系統的架構方塊圖。請參照圖3A，本發明的移動偵測系統是由感應面板310、多個切換單元151～15N(N≥2，N為正整數)、偵測單元330以及控制單元340所組成。感應面板310具有多個金屬感應區301～30N，操作時，各金屬感應區被依序設定為偵測感應區。每一切換單元15n(1≤n≤N，n為正整數)電氣連接至對應的金屬感應區，並且根據控制信號將所連接的金屬感應區浮接或電氣連接至工作電壓VCC或接地電壓GND。當金屬感應區被設定為偵測感應區時，在充電階段，其相對應的切換單元將該偵測感應區連接至工作電壓VCC，同時，其餘的切換單元將其相對應的金屬感應區連接至接地電壓GND。在偵測階段時，偵測感應區相對應的切換單元，令該偵測感應區呈現浮接狀態，其餘的切換單元則將其相對應的金屬感應區連接至工作電壓VCC。偵測單元330根據控制信號的狀態、偵測感應區的電壓與預設參考電壓Vref，在偵測階段時計算該偵測感應區的放電時間Tcon以產生一偵測結果信號。控制單元340除了產生預設參考電壓Vref與控制信號之外，並根據偵測單元330所輸出的偵測結果信號產生一移動信號。
以金屬感應區301設定為偵測感應區為例，在充電階段時，除了金屬感應區301被連接到高電位VCC之外，其餘的金屬感應區均接地。此時，若無人觸摸金屬感應區301，被連接到高電位VCC的金屬感應區301隻會對寄生電容C12充電。若有人觸摸金屬感應區301，被連接到高電位VCC的金屬感應區301會同時對寄生電容C1與C12充電(假設手指觸摸或接近金屬感應區301時，會與各金屬感應區302～30N之間產生大小不等的寄生電容C1～CN)，寄生電容C2幾乎沒有作用，因此噪聲的幹擾相對較大。在偵測階段時，被設定為偵測感應區的金屬感應區301浮接，其餘的金屬感應區302～30N均被連接到高電位VCC。此時，若無人觸摸金屬感應區301，被連接到高電位VCC的金屬感應區302隻對寄生電容C12充電。若此時有人觸摸金屬感應區301，金屬感應區302的高電位Vcc會對寄生電容C1、C2與C12充電，C2產生了作用，因此整體電路抗噪聲能力提高。
偵測單元330有兩種實施樣式，第一種實施樣式的偵測單元330包含多個電壓偵測器331，分別連接至對應的金屬感應區。各電壓偵測器331則根據控制信號的狀態來激活偵測。第二種實施樣式的偵測單元330包含多任務器332與電壓偵測器331，電壓偵測器331的輸入端連接至多任務器的輸出端332。請參照圖3B，多任務器332的輸入端連接至各金屬感應區，並根據該控制信號的狀態將偵測感應區的電壓輸出。
依迴路定理可推導出放電時偵測感應區的電壓iR+qCeq=0dqq=-dtRCeq=>q=Be-t/Rceq]]>(當t＝0時，q＝q0＝εCeq)，B=Ceq=>q=Ceqe-t/RCeq]]>Vcon=qCeq=e-t/RCeq]]>其中，Ceq為金屬感應區的等效電容值，會依人體是否觸摸、或者測量環境背景不同而有所差異，ε＝VCC。放電電阻R(圖中未顯示)連接至各金屬感應區，其另一端接地。偵測階段中當t＝0時，也就是偵測感應區剛開始放電時的電壓Vcon＝ε，偵測感應區的等效電容值越大，Vcon越小。各金屬感應區被依序分別設定為偵測感應區，當各偵測感應區由電壓Vcon＝ε放電至Vcon＝Vref時，分別記錄各偵測金屬感應區的放電時間長度，並將其平均以得到偵測金屬感應區的平均放電時間參考值Tref。
在確定沒有人體觸摸的情況下，本發明先計算出所有偵測感應區的平均放電時間參考值Tref，也就是在充電階段先將偵測感應區連接至工作電壓VCC，同時，其餘的金屬感應區連接至接地電壓GND。接著，將偵測感應區浮接，同時其餘的金屬感應區連接至工作電壓VCC，並根據偵測感應區的電壓與預設參考電壓Vref以計算各偵測感應區的平均放電時間Tref。
在未知是否有人體觸摸的情況下，偵測單元330於偵測階段開始偵測時，依序計算各偵測感應區放電至電壓等於預設參考電壓Vref的放電時間長度Tcon。偵測單元330分別比較各金屬感應區的放電時間長度Tcon與平均放電時間參考值Tref之間的時間差距是否大於時間臨界值Tth(誤差範圍)，以判斷是否有人體觸摸。若任一偵測感應區的放電時間長度Tcon與平均放電時間參考值Tref之間的時間差距大於時間臨界值Tth，表示有人體觸摸，偵測單元330將偵測結果信號致能。反之，若偵測感應區的放電時間長度Tcon與平均放電時間參考值Tref之間的時間差距均小於時間臨界值Tth，表示無人觸摸，偵測單元330將偵測結果信號禁能。同時，移動偵測系統300亦分別根據各偵測感應區的放電時間長度Tcon，來修正平均放電時間參考值Tref與預設參考電壓Vref。由於每個人的身體所帶有的等效電容值大小不一、或者測量環境背景的差異等等外界環境因素的影響，必須動態調整平均放電時間參考值Tref與預設參考電壓Vref，以防止誤動作或是誤觸發狀況。
圖3C是本發明的移動偵測系統的架構方塊圖的另一實施例。圖3C的移動偵測系統300』與圖3A的移動偵測系統300大致上相同，唯一不同之處是圖3C的移動偵測系統300』在充電階段時偵測感應區經由切換單元接地，而其它感應面板經由切換單元接到工作電壓Vcc。之後，在偵測階段時，偵測感應區經由切換單元切換成浮接，而其它感應面板經由切換單元接地。其餘的動作方式均相同。所以，移動偵測系統300』與移動偵測系統300的差異是電容的充放電方向相反。
圖4A為根據本發明的一個實驗結果，比較本發明的放電時間曲線Tcon與動態調整的放電時間參考值曲線Tref。圖4B為根據本發明的另一個實驗結果，比較本發明的放電時間曲線Tcon與動態調整的放電時間參考值曲線Tref。
請參照圖4A，當人體靠近感應面板時，金屬感應區的等效電容值Ceq增加，所以放電時間Tcon增加。移動偵測系統300會依據放電時間曲線Tcon來動態調整放電時間參考值曲線Tref，該放電時間參考值曲線Tref並具有上升慢、下降快的特性。根據此特性，當手放在金屬感應區一段足夠長的時間後，放電時間參考值曲線Tref會修正得與放電時間曲線Tcon一致(如圖4B所示)，此時，由於兩條曲線之間無差異，偵測單元330反而會判斷為沒有人體碰觸。
移動偵測系統300中，每一控制信號的致能期間(enable period)均分開、不重疊，因此可單獨設定並測量偵測感應區的充放電時間。金屬感應區可以利用金屬墊片、或金屬按鍵、或一般的I/O接腳(pin)來實施。
圖5為本發明的移動偵測方法的流程圖。本發明的移動偵測方法，是利用感應面板310來作為輸入單元並產生移動信號，且該感應面板310包含多個金屬感應區301～30N。該移動偵測方法包含以下四個步驟首先，在步驟S501中，將多個金屬感應區301～30N依序設定為偵測感應區。接著，在步驟S502中，將偵測感應區連接至工作電壓VCC，同時，其餘的金屬感應區連接至接地電壓GND。假設將金屬感應區301設定為偵測感應區而言，此時，若無人觸摸，高電位VCC只會對寄生電容C12充電。若有人觸摸金屬感應區301，連接至高電位VCC的金屬感應區301會對寄生電容C1與C12充電(假設手指觸摸或接近金屬感應區301時，會與各金屬感應區30n之間產生大小不等的寄生電容C1～CN)，對寄生電容C2則幾乎沒有作用。此時，除了金屬感應區301為高電位之外，其餘的金屬感應區均接地，所以寄生電容C2幾乎沒有作用，故噪聲的幹擾相對較大。
然後，在步驟S503中，將偵測感應區浮接，同時其餘的金屬感應區連接至工作電壓VCC，並根據偵測感應區的電壓與預設參考電壓Vref計算該偵測感應區的放電時間Tcon，以產生偵測結果信號。假設將金屬感應區301設定為偵測感應區而言，此時，若無人觸摸，連接至高電位VCC的金屬感應區302隻對寄生電容C12充電。若此時有人觸摸偵測感應區301，金屬感應區302的高電位Vcc會對周圍的寄生電容C1、C2與C12充電，C2產生了作用，因此整體電路抗噪聲能力提高。
最後，在步驟S504中，根據偵測結果信號來產生移動信號。
在確定沒有人體觸摸的情況下，本發明先利用步驟502與503的方法，計算出所有偵測感應區的平均放電時間參考值Tref。也就是先將偵測感應區連接至工作電壓VCC，同時，其餘的金屬感應區連接至接地電壓GND。接著，將偵測感應區浮接，同時其餘的金屬感應區連接至工作電壓VCC，並根據偵測感應區的電壓與預設參考電壓Vref以計算各偵測感應區的平均放電時間Tref。
在步驟S503中，開始偵測時，在未知是否有人體觸摸的情況，偵測單元330依序計算各偵測感應區放電至電壓等於預設參考電壓Vref的放電時間長度Tcon。偵測單元330分別比較各金屬感應區的放電時間長度Tcon與平均放電時間參考值Tref之間的時間差距是否大於時間臨界值Tth(誤差範圍)，以判斷是否有人體觸摸。若任一偵測感應區的放電時間長度Tcon與平均放電時間參考值Tref之間的時間差距大於時間臨界值Tth，表示有人體觸摸，偵測單元330將偵測結果信號致能。反之，若偵測感應區的放電時間長度Tcon與平均放電時間參考值Tref之間的時間差距均小於時間臨界值Tth，表示無人觸摸，偵測單元330將偵測結果信號禁能。同時，移動偵測系統300亦分別根據各偵測感應區的放電時間長度Tcon，來修正平均放電時間參考值Tref與預設參考電壓Vref。由於每個人的身體所帶有的等效電容值大小不一、或者測量環境背景的差異等等外界環境因素的影響，必須動態調整平均放電時間參考值Tref與預設參考電壓Vref，以防止誤動作或是誤觸發狀況。
移動偵測系統300在步驟S504中的運作方式以下面的例子作說明。假設，移動偵測系統300隻有四個金屬感應區，亦即n＝4，並且，控制單元340在收到被致能的偵測結果信號後，將相對應的位設為1，否則設為0。倘若第一回合的字節合是1000，即金屬感應區301有檢測到人體觸摸，其餘則無。第二回合的字節合是0100，第三回合的字節合是0010，第四回合的字節合是0001。從字節合的變化，控制單元340就知道使用者的手是從金屬感應區301一路滑到金屬感應區304，確定有移動現象發生，即產生移動信號，該移動信號中可包含移動的方位資料、或者是選項資料(即不移動時)等等，系統可採取相對應的後續處理，例如控制音量的大小聲等等。
需注意的是，上述的作法是對偵測感應區先充電再放電，接著，其餘金屬感應區再充電，以測量偵測感應區的電壓Vcon拉低至等於預設參考電壓Vref時的放電時間Tcon。應用上，移動偵測系統300也可執行相反動作，也就是對偵測感應區先放電再充電，接著，其餘金屬感應區再放電，以測量偵測感應區的電壓Vcon拉高至等於預設參考電壓Vref時的充電時間Tcon1，稱之為預設充電方式。因此，移動偵測系統300也可利用預設充電方式來測量各金屬感應區的充電時間Tcon1，來判斷是否有人體的接觸。
以上雖以實施例說明本發明，但並不因此限定本發明的範圍，只要不脫離本發明的要旨，本領域的普通技術人員可進行各種變形或變更。
權利要求
1.一種移動偵測系統，其特徵在於，包含感應面板，具有多個金屬感應區，且所述多個金屬感應區被依序設定為偵測感應區；多個切換單元，每一切換單元電氣連接至對應的所述金屬感應區，且根據控制信號將所連接的金屬感應區浮接或電氣連接至第一電壓或第二電壓，所述偵測感應區在準備階段被連接至所述第一電壓，其餘的金屬感應區被連接至所述第二電壓，而所述偵測感應區在偵測階段呈浮接狀態，其餘的金屬感應區被連接至所述第一電壓；偵測單元，根據所述控制信號的狀態、偵測感應區的電壓與預設參考電壓，在所述偵測階段時計算該偵測感應區的電荷恢復時間，以產生偵測結果信號；以及控制單元，產生所述預設參考電壓與所述控制信號，且根據偵測單元所輸出的偵測結果信號產生移動信號。
2.如權利要求
1所述的移動偵測系統，其特徵在於，所述偵測單元包含多個電壓偵測器，分別連接至對應的金屬感應區。
3.如權利要求
1所述的移動偵測系統，其特徵在於，所述偵測單元包含多任務器，其輸入端連接至所述金屬感應區，並根據所述控制信號將所述偵測感應區的電壓輸出；以及電壓偵測器，連接至所述多任務器的輸出端。
4.如權利要求
1、2或3所述的任一項移動偵測系統，其特徵在於，所述準備階段為充電階段，所述電荷恢復時間為放電時間。
5.如權利要求
4所述的移動偵測系統，其特徵在於，所述第一電壓為工作電壓，所述第二電壓為接地電壓。
6.如權利要求
1、2或3所述的任一項移動偵測系統，其特徵在於，所述準備階段為放電階段，所述電荷恢復時間為充電時間。
7.如權利要求
6所述的移動偵測系統，其特徵在於，所述第一電壓為接地電壓，所述第二電壓為工作電壓。
8.一種移動偵測方法，利用感應面板來作為輸入單元並產生移動信號且所述感應面板包含多個金屬感應區，其特徵在於，包含以下步驟將多個金屬感應區依序設定為偵測感應區；充電步驟，將所述偵測感應區連接至第一電壓，而其餘的金屬感應區被連接至第二電壓；以及偵測步驟，將所述偵測感應區浮接，而其餘的金屬感應區被連接至所述第一電壓，並根據偵測感應區的電壓與預設參考電壓計算所述偵測感應區的放電時間，以產生偵測結果信號；以及控制步驟，根據所述偵測結果信號產生所述移動信號。
9.如權利要求
8所述的移動偵測方法，其特徵在於，所述偵測步驟中，當偵測感應區的電壓等於所述預設參考電壓時，停止計算所述偵測感應區的放電時間。
10.如權利要求
9所述的移動偵測方法，其特徵在於，還包含修正步驟，根據外界環境因素修正平均放電時間參考值與所述預設參考電壓。
11.如權利要求
8所述的移動偵測方法，其特徵在於，所述第一電壓為工作電壓，且所述第二電壓為接地電壓。
12.一種移動偵測方法，利用感應面板來作為輸入單元並產生移動信號且所述感應面板包含多個金屬感應區，其特徵在於，包含以下步驟將多個金屬感應區依序設定為偵測感應區；放電步驟，將所述偵測感應區連接至第一電壓，而其餘的金屬感應區被連接至第二電壓；以及偵測步驟，將所述偵測感應區浮接，而其餘的金屬感應區被連接至所述第一電壓，並根據偵測感應區的電壓與預設參考電壓計算所述偵測感應區的充電時間，以產生偵測結果信號；以及控制步驟，根據所述偵測結果信號產生所述移動信號。
13.如權利要求
12所述的移動偵測方法，其特徵在於，所述偵測步驟中，當偵測感應區的電壓等於所述預設參考電壓時，停止計算所述偵測感應區的充電時間。
14.如權利要求
13所述的移動偵測方法，其特徵在於，還包含修正步驟，根據外界環境因素修正平均充電時間參考值與所述預設參考電壓。
15.如權利要求
12所述的移動偵測方法，其特徵在於，所述第一電壓為接地電壓，且所述第二電壓為工作電壓。
專利摘要
本發明公開了一種移動偵測系統，是由感應面板區、多個切換單元、偵測單元以及控制單元所組成。感應面板上設有多個金屬感應區，且各金屬感應區被依序設定為偵測感應區。每一金屬感應區電氣連接至一個切換單元，藉以切換各金屬感應區的電位。偵測單元在偵測階段時計算該偵測感應區的電荷恢復時間，以產生一偵測結果信號。控制單元根據偵測單元所輸出的偵測結果信號產生移動信號。本發明還公開了一種移動偵測方法。本發明利用電容效應特性與簡單的硬體配置，偵測手指於感應面板上的移動，可用於選項及方位控制。
文檔編號G06F3/041GK1996220SQ200610000360
公開日2007年7月11日 申請日期2006年1月6日
發明者廖棟才, 黃瑞文 申請人:凌陽科技股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan