專利名稱：一種電容測量觸摸感應、辨認方法及實現裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到一種電容測量觸摸感應、辨認方法及實現裝置，可以應用于各種集成化的觸摸開關裝置。
背景技術：
目前的輕觸開關的實現方案中，多數存在以下缺點成本較高；功耗大；隨環(huán)境變化，靈敏度變化很大，容易誤觸發(fā)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現有技術的不足，提供一種成本低，功耗低，靈敏度可以調節(jié)，誤觸發(fā)率低的觸摸開關。
根據上述目的，本發(fā)明提供一種觸摸感應方法和辨認方法。將感應點電容的變化轉換為電荷的變化，然后轉化為可以測量的電壓，通過測量感應點的電壓來判斷是否有觸摸動作。
該觸摸感應方法包括下列步驟(a)向感應點Cs充電，每次充電電壓為VDD；(b)將感應點Cs的電荷轉移到電荷存儲器Cc；(c)測量電荷存儲器Cc處的電荷量，并轉換成電壓。
如附圖1所示，當發(fā)生觸摸動作后，接通S1，感應點Cs開始充電；斷開開關S1，接通開關S2，將感應點的電荷轉移到電荷存儲器Cc。由于感應點的電容很小，每次傳輸電荷量也很少，很難測量。電荷量的測量一般采用累計的方法，即感應點充電和電荷傳輸的過程進行多次，轉換成可以測量的電壓，通過比較器確定電荷存儲器Cc的電壓值?？梢酝ㄟ^多次接通、斷開開關S1和S2，使感應點Cs積累到充分的電荷量，即感應點多次充電和傳輸電荷，在電荷存儲器Cc處達到可以測量的電壓，以供比較器比較。
相關計算如下設C1每次充電電壓為VDD，電荷量為Q1＝C1VDD第一次充放電后的為(C1+C2)V1＝C1VDD假定N次傳輸后電壓Vn，Vref＝Vn觸摸感應裝置如圖1所示，包括1、感應點Cs其中感應點Cs是由PCB走線形成的，PCB走線需要做成如附圖2所時的形狀，以能夠形成正確的寄生電容，保證感應動作的可靠性。
2、電容-電荷-電壓轉換裝置感應點Cs所感應到的是人體與地之間的電容，從而產生一個寄生電容，通過測量在感應點Cs處的寄生電容，判斷是否發(fā)生觸摸動作。包括電荷存儲器Cc；開關電路S1、S2；通過電荷傳輸和累計，將微弱的電容變化轉換為電荷存儲器Cc的電壓變化。然后將電壓轉換為邏輯數據，把電容變化轉換為計數器的計數值變化。
觸摸辨認采用自適應功能與固定差值相結合的方法，主要是根據計數器數據變化，確定是否有觸摸動作。需要完成以下幾個工作確定每次觸摸判別的基準計數值；由于觸摸感應點的寄生電容會隨外界環(huán)境變化，需要評測計數誤差；隨外界環(huán)境變化，調整基準計數值，保證準確觸發(fā)和靈敏度的穩(wěn)定性；設定觸摸的靈敏度。
觸摸辨認方法的步驟如下
步驟一，用比較器比較電荷存儲器Cc處的電壓與參考電壓Vref的差值，來產生計數器的使能控制信號；步驟二，計數器計數，計數器的變化將反映感應點電容的變化；步驟三，比較器翻轉時，保存計數器的計數值；步驟四，當確認為第二次連續(xù)的觸摸動作時，確定為按鍵觸摸動作，刷新計數基準值。根據每次計數值的不同，調整計數基準值及設定靈敏度。
如附圖4所示，整個觸摸辨認系統(tǒng)包括三部分1、比較器在觸摸辨認系統(tǒng)中，采用一個高增益比較器，產生計數器的使能控制信號。用比較器比較電荷存儲器Cc處的電壓與參考電壓的差值，來產生計數器的使能控制信號。比較器的輸入端用一個參考電壓Vref，來與電荷存儲器Cc的電壓比較。參考電壓Vref可以采用電阻分壓來實現，如附圖5所示。
2、計數器計數器為可設初值且可重載的16位計數器；計數值的變化將反映感應點電容的變化，從而辨認出觸摸動作。
3、其他控制系統(tǒng)包括一個串行通訊接口，通過此接口，可以和主機進行通訊，實現控制和數據傳輸功能?？刂葡到y(tǒng)狀態(tài)圖如附圖6所示。感應點Cs所產生的寄生電容會隨外界變化而改變，為了保證準確觸發(fā)及較高的靈敏度，需要對感應點Cs所產生的寄生電容的變化進行評測，這樣就要不斷調整基準計數值，以及設定靈敏度。


圖1是觸摸感應原理的基本原理圖。
圖2是觸摸感應點PCB和等效電容示意圖。
圖3是其他幾種觸摸感應點PCB形式。
圖4是觸摸辨認系統(tǒng)。
圖5是采用電阻分壓來實現參考電壓。
圖6是控制系統(tǒng)的狀態(tài)圖。
圖7時觸摸辨認方法的流程圖。
具體實施例方式
開關電路S1、S2可用MOS管來實現。所屬開關電路還可以用三極管、繼電器、光藕等實現。
在比較器輸入端產生用于比較的參考電壓Vref值小于每次充電電壓的二分之一，即小于VDD/2，如果參考電壓值較高，會引入一定的系統(tǒng)誤差。將電荷存儲器Cc處的電壓與參考電壓Vref的比較，其差值用來產生計數器的一個使能控制信號。
觸摸感應裝置要有自適應的能力——感應點的充電時間會隨其所處環(huán)境的溫度和濕度的改變而改變。判斷有觸摸動作是通過兩次讀取感應點充電時間值做差，然后與先前規(guī)定的標準差值做比較來實現的。我們以上電第一次讀取的感應點充電時間值作為無觸摸充電時間值Tnkn，如果無觸摸充電時間值Tnkn始終保持不變的話，那么隨著環(huán)境的變化，實際的無觸摸充電時間值會緩慢發(fā)生變化，而當這個變化差值大于規(guī)定的標準差值的話，則認為是有觸摸動作。為了解決這個問題，我們提出了一個解決方案，即無觸摸充電時間值Tnkn始終處于變化中而且是隨著環(huán)境的變化而變化，使保存的無觸摸充電時間值Tnkn始終等于或逼近實際的無觸摸充電時間值，實現感應點對環(huán)境的自適應。
相關公式為Tnkn=Tnkn0+Tnkn12]]>
(Tnkn新的無觸摸充電時間值，Tnkn0前一次無觸摸充電時間值，Tnkn1新讀取的無觸摸充電時間值)。
要達到這個目的，實現方法如下具體步驟，流程圖如圖7所示步驟1，判斷比較器是否有翻轉(1)有翻轉，跳到步驟2；(2)沒有翻轉，結束。
步驟2，進入觸摸按鍵處理程序，讀取充電時間計數器低8位的值，并保存。
步驟3，通過比較讀取值與上一次觸摸按鍵值的大小，進行判斷(1)讀取值大于上一次觸摸按鍵值，跳到步驟4；(2)讀取值小于上一次觸摸按鍵值，跳到步驟5。
步驟4，觸摸按鍵松開判斷程序，判斷按鍵是否處于觸摸狀態(tài)(1)如果按鍵是處于觸摸狀態(tài)，跳到步驟6；(2)如果按鍵是處于非觸摸狀態(tài)，自適應刷新無觸摸動作計數值，退出掃描程序。
步驟5，按鍵觸摸判斷程序，判斷按鍵是否處于觸摸狀態(tài)(1)如果按鍵是處于觸摸狀態(tài)，直接刷新有鍵觸摸計數值，退出掃鍵程序；(2)如果按鍵是處于非觸摸狀態(tài)，跳到步驟7。
步驟6，將讀取值與上一次的觸摸按鍵值做差，結果與非觸摸狀態(tài)標準差值做比較，判斷觸摸按鍵是否松開，(1)觸摸按鍵松開，做按鍵松開處理，直接刷新無鍵計數值，退出按鍵掃描程序；(2)觸摸按鍵沒有松開，退出按鍵掃描程序。
步驟7，讀取值與上一次的觸摸按鍵值做差，結果與按鍵觸摸標準差值做比較，判斷是否觸摸按鍵，(1)有觸摸動作，跳到步驟8；(2)沒有觸摸動作，跳到步驟9。
步驟8，判斷是否連續(xù)第二次確認有觸摸動作(1)是連續(xù)第二次確認有觸摸動作，做確認觸摸按鍵觸摸處理動作，直接刷新有鍵觸摸計數值，退出掃鍵程序；(2)不是，置1次按鍵觸摸標志，退出按鍵掃描程序。
步驟9，讀取值與上一次的觸摸按鍵值做差，結果與(按鍵觸摸標準差值/4)做比較，判斷是否刷新按鍵計數值(1)是，自適應刷新無鍵計數值，退出掃描程序；(2)否，退出按鍵掃描程序。
權利要求
1.一種觸摸感應方法，通過測量感應點的電壓來判斷是否有觸摸動作，該方法包括下列步驟(a)向感應點Cs充電，每次充電電壓為VDD；(b)將感應點Cs的電荷轉移到電荷存儲器Cc；(c)測量電荷存儲器Cc處的電荷量，并轉換成電壓。
2.如權利要求1所述的觸摸感應方法，其具體步驟為步驟(1)，向感應點Cs進行多次充電，以便積累到足夠的電荷，每次充電電壓為VDD；步驟(2)，將感應點Cs的電荷轉移到電荷存儲器Cc，電荷傳輸和電荷存儲的過程進行多次，即電荷量的測量一般采用累計的方法，保證電荷存儲器Cc的電荷較多，可以轉換成可比較的電壓，通過比較器確定電荷存儲器Cc的電壓值；步驟(3)，測量電荷存儲器Cc處的電荷量，并轉換成電壓。
3.一種觸摸感應裝置，包括電源、感應點Cs；其特征在于還包括一個電容-電荷-電壓轉換裝置，感應點Cs感應到人體與地之間的電容，從而形成一個寄生電容，通過測量這個寄生電容，判斷是否發(fā)生觸摸動作。
4.如權利要求3所述的觸摸感應裝置，其中電容-電荷-電壓轉換裝置包括電荷存儲器Cc；其特征在于電容-電荷-電壓轉換裝置中還進一步包括兩個開關控制元件S1、S2，控制多次充電及電荷傳輸的過程，通過電荷傳輸和累計，將微弱的電容變化轉換為電荷存儲器Cc的電壓變化。
5.如權利要求4所述的觸摸感應裝置，其特征在于開關控制元件S1、S2是MOS管。
6.一種觸摸辨認方法，其步驟為步驟一，用比較器比較電荷存儲器Cc處的電壓與參考電壓Vref，其差值用來產生計數器的使能控制信號；步驟二，計數器計數，計數器的變化將反映感應點電容的變化；步驟三，比較器翻轉時，保存計數器的計數值；步驟四，當確認為第二次連續(xù)的觸摸動作時，確定為按鍵觸摸動作，刷新計數基準值；根據每次計數值的不同，調整計數基準值及設定靈敏度。
7.如權利要求6的觸摸辨認方法，實現感應點對環(huán)境的自適應，感應點的無觸摸充電時間值始終處于變化中而且是隨著環(huán)境的變化而變化，使保存的無觸摸充電時間值始終等于或逼近真實的無觸摸充電時間值，其公式為Tnkn=Tnkn0+Tnkn12]]>(Tnkn新的無觸摸充電時間值，Tnkn0前一次無觸摸充電時間值，Tnkn1新讀取的無觸摸充電時間值)。
8.如權利要求6或7，觸摸辨認方法的具體步驟為步驟1，判斷比較器是否有翻轉(1)有翻轉，跳到步驟2；(2)沒有翻轉，結束；步驟2，進入觸摸按鍵處理程序，讀取充電時間計數器低8位的值，并保存；步驟3，通過比較讀取值與上一次觸摸按鍵值的大小，進行判斷讀取值大于上一次觸摸按鍵值，跳到步驟4；讀取值小于上一次觸摸按鍵值，跳到步驟5；步驟4，觸摸按鍵松開判斷程序，判斷按鍵是否處于觸摸狀態(tài)(1)如果按鍵是處于觸摸狀態(tài)，跳到步驟6；(2)如果按鍵是處于非觸摸狀態(tài)，自適應刷新無觸摸動作計數值，退出掃描程序；步驟5，按鍵觸摸判斷程序，判斷按鍵是否處于觸摸狀態(tài)(1)如果按鍵是處于觸摸狀態(tài)，直接刷新有鍵觸摸計數值，退出掃鍵程序；(2)如果按鍵是處于非觸摸狀態(tài)，跳到步驟7；步驟6，將讀取值與上一次的觸摸按鍵值做差，結果與非觸摸狀態(tài)標準差值做比較，判斷觸摸按鍵是否松開，(1)觸摸按鍵松開，做按鍵松開處理，直接刷新無鍵計數值，退出按鍵掃描程序；(2)觸摸按鍵沒有松開，退出按鍵掃描程序；步驟7，讀取值與上一次的觸摸按鍵值做差，結果與按鍵觸摸標準差值做比較，判斷是否觸摸按鍵，(1)有觸摸動作，跳到步驟8；(2)沒有觸摸動作，跳到步驟9；步驟8，判斷是否連續(xù)第二次確認有觸摸動作(1)是連續(xù)第二次確認有觸摸動作，做確認觸摸按鍵觸摸處理動作，直接刷新有鍵觸摸計數值，退出掃鍵程序；(2)不是，置1次按鍵觸摸標志，退出按鍵掃描程序；步驟9，讀取值與上一次的觸摸按鍵值做差，結果與(按鍵觸摸標準差值/4)做比較，判斷是否刷新按鍵計數值(1)是，自適應刷新無鍵計數值，退出掃描程序；(2)否，退出按鍵掃描程序。
9.一個觸摸辨認系統(tǒng)，包括比較器、計數器、控制裝置、串行通訊接口；其特征在于其中的比較器為電壓比較器，產生計數器的一個使能控制信號。
10.如權利要求9所述的觸摸辨認系統(tǒng)，其特征在于其中的計數器為可設初值且可重載的16位計數器，將電壓轉換為邏輯數據，從而將電容變化轉換為計數器的計數值變化。
全文摘要
一種電容測量觸摸感應方法，將電容的變化轉換為電荷的變化，然后轉化為可以測量的電壓。該方法包括下列步驟(a)向感應點Cs充電，每次充電電壓為V
文檔編號H03K17/955GK1832349SQ200610075679
公開日2006年9月13日 申請日期2006年4月19日 優(yōu)先權日2006年4月19日
發(fā)明者李志謙 申請人:北京希格瑪晶華微電子有限公司