專利名稱：一種人體觸摸按鍵控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及人體觸摸按鍵，更具體地說(shuō)，涉及一種新型的人體觸摸按鍵控制
電路。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的機(jī)械式按鍵具有易磨損、安裝復(fù)雜、受溫度濕度影響變化較大等缺點(diǎn)，而壓 電薄磨式觸摸按鍵造價(jià)高昂，而且容易損壞，受溫度濕度影響變化更大，所以觸摸按鍵的出 現(xiàn)漸漸成為市場(chǎng)的主導(dǎo)。 相比傳統(tǒng)金屬觸摸按鍵或機(jī)械開關(guān)1、感應(yīng)觸摸開關(guān)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，并且不受天氣干燥潮濕人體電阻變化等 影響，使用更加方便；2、沒(méi)有任何機(jī)械部件，不會(huì)磨損并且無(wú)限壽命，減少后期維護(hù)成本； 3、其感測(cè)部分可以放置到任何絕緣層(通常為玻璃或塑料材料)的后面，很容易制成與周 圍環(huán)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(shè)計(jì)，字符、商標(biāo)、透 視窗等任意搭配，外型美觀、時(shí)尚，不褪色、不變形、經(jīng)久耐用，從根本上解決了各種金屬面 板以及各種機(jī)械面板無(wú)法達(dá)到的效果，其可靠性和美觀設(shè)計(jì)隨意性可以直接取代現(xiàn)有普通 面板(金屬鍵盤、薄膜鍵盤、導(dǎo)電膠鍵盤)。 目前實(shí)現(xiàn)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(yīng)到，而電容式觸摸按鍵無(wú)需按壓面板，靠感應(yīng)人體 本身電容來(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵，這是電阻式無(wú)法做到的。 總而言之，目前市面上觸摸按鍵技術(shù)五花八門，但是在防水和防電磁脈沖干擾下 做的都不是很好，設(shè)計(jì)一種新型的防水、防電磁脈沖干擾的人體觸摸按鍵控制電路是有必 要的。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述觸摸按鍵在防水和防電
磁脈沖干擾都不完善的缺陷，提供了一種防水、防電磁脈沖干擾的人體觸摸按鍵控制電路。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種人體觸摸按鍵控制電
路，包括觸摸開關(guān)、與所述觸摸開關(guān)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(duì)所述觸摸開關(guān)輸出的電壓進(jìn)行采樣，將此次采樣電壓與上一次采樣
電壓的差值與預(yù)設(shè)的最大偏差進(jìn)行比較，若差值大于最大偏差則判斷為干擾信號(hào)，若差值
小于或等于最大偏差則判斷為有效信號(hào)。 在本實(shí)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沖連接， 具有一與所述觸摸開關(guān)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(guān) 輸出的電壓值。 在本實(shí)用新型所述的人體觸摸按鍵控制電路中，所述觸摸開關(guān)包括隔離介質(zhì)、以 及與所述隔離介質(zhì)連接的觸摸焊盤，所述高頻脈沖通過(guò)整流使所述充放電電容充電，通過(guò)隔離介質(zhì)觸摸到觸摸焊盤時(shí)，所述充放電電容放電使觸摸開關(guān)輸出的電壓變?yōu)榈碗娢弧?實(shí)施本實(shí)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(jiǎn)單的外圍 電路，同時(shí)加上抗干擾的獨(dú)特算法，避免按鍵誤動(dòng)連動(dòng)，具有自動(dòng)校正和補(bǔ)償功能，完全無(wú) 需復(fù)雜的生產(chǎn)調(diào)整就能到達(dá)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(wěn) 定，還能保證面板雨淋或積水的情況下觸摸按鍵的性能穩(wěn)定，同時(shí)在強(qiáng)電磁干擾下也能穩(wěn) 定工作。

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中 圖1是本實(shí)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(guān)輸出的電壓示意圖。
具體實(shí)施方式為了使本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以 下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)理解，此處所描述的具體實(shí)施 例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。 本實(shí)用新型的電容式觸摸按鍵電路外圍簡(jiǎn)單，只需要一般的帶有A/D的MCU(即 微控制單元)即便可以實(shí)現(xiàn)觸摸功能，按鍵的靈敏度軟件可調(diào)，其可以穿透絕緣材料外殼 20mm(玻璃、塑料等等)以上，準(zhǔn)確無(wú)誤地偵測(cè)到手指的有效觸摸，同時(shí)保證產(chǎn)品的靈敏度、 穩(wěn)定性、可靠性等不會(huì)因環(huán)境條件的改變或長(zhǎng)期使用而發(fā)生變化，并具有防水和強(qiáng)抗干擾 能力。 如圖1所示，本實(shí)用新型的人體觸摸按鍵控制電路包括觸摸開關(guān)、與觸摸開關(guān)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(duì)觸摸開關(guān)輸出的電壓進(jìn)
行采樣，將此次采樣電壓與上一次采樣電壓的差值與預(yù)設(shè)的最大偏差進(jìn)行比較，若差值大
于最大偏差則判斷為干擾信號(hào)，若差值小于或等于最大偏差則判斷為有效信號(hào)。 另外，觸摸電路與高頻脈沖CMP麗連接，具有與觸摸開關(guān)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(guān)輸出的電壓值。觸摸開關(guān)包括隔離介質(zhì)、
以及與隔離介質(zhì)連接的觸摸焊盤，高頻脈沖CMP麗通過(guò)整流使充放電電容充電，通過(guò)隔離
介質(zhì)觸摸到觸摸焊盤時(shí)，充放電電容C38放電使觸摸開關(guān)輸出的電壓CKEY1變?yōu)榈碗娢弧?在圖1中，信號(hào)端CMP麗產(chǎn)生高頻脈沖，通過(guò)整流讓充放電電容C38積累電荷，此
時(shí)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(zhì)，
此時(shí)人體相當(dāng)于一個(gè)電容，導(dǎo)致電容C38放電，輸出電壓CKEY1電位下降，觸摸開關(guān)將會(huì)根
據(jù)手指接觸的不同距離輸出幅值不同的電壓信號(hào)，從而通過(guò)下降門限值來(lái)判斷是否有鍵按下。 實(shí)現(xiàn)觸摸的原理很簡(jiǎn)單，但是要如何規(guī)避脈沖干擾和水干擾才是本實(shí)用新型要解 決的主要問(wèn)題。在此運(yùn)用平均濾波、峰值濾波、趨勢(shì)處理等算法一起處理，來(lái)實(shí)現(xiàn)抗脈沖干 擾和水干擾。通常是對(duì)觸摸開關(guān)輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，然后比較正常狀態(tài)和接觸時(shí) 觸摸開關(guān)輸出的電壓信號(hào)的數(shù)字值來(lái)判斷開關(guān)的閉合。單片機(jī)要對(duì)觸摸開關(guān)的按下和松開 進(jìn)行判斷，就應(yīng)知道在觸摸開關(guān)沒(méi)有按下時(shí)的觸摸開關(guān)輸出的電壓值和接觸時(shí)輸出的電壓值，如果在觸摸開關(guān)松開狀態(tài)時(shí)輸出的電壓值也會(huì)不停變化時(shí)，那么我們就應(yīng)該每隔一段 時(shí)間對(duì)松開狀態(tài)的電壓進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并求平均作為判斷觸摸開關(guān)有無(wú)按下的基準(zhǔn)值，觸摸 開關(guān)的按下電壓波形如圖2所示。 在接觸到觸摸開關(guān)的時(shí)候去采樣會(huì)使采樣數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯(cuò)誤，因此在接觸前采樣是最 理想的時(shí)間。從圖2中可以看到當(dāng)接觸觸摸開關(guān)時(shí)輸出的電壓會(huì)有一個(gè)下降的幅度，在采 樣前先判斷一下觸摸開關(guān)輸出的電壓和前一次采樣的輸出電壓是否下降，就可以證明是有 效觸摸或是干擾信號(hào)。不用采樣當(dāng)前值，而把多次的采樣值求平均就可以求得觸摸開關(guān)松 開狀態(tài)時(shí)輸出的電壓基準(zhǔn)值。因此要判斷是否按下狀態(tài)時(shí)，只需要判斷當(dāng)前的采樣值和基 準(zhǔn)值之差的大小就可以判斷是否按下。 如圖2所示，當(dāng)遇到持續(xù)的強(qiáng)脈沖干擾或者GSM手機(jī)信號(hào)干擾時(shí)，A點(diǎn)的電壓會(huì)上 升，所以在軟件中要不斷地平均采樣AD值，讓整個(gè)判斷的基準(zhǔn)電壓都上升，只有這樣才不 會(huì)有誤動(dòng)作。但是如果遇見非持續(xù)的脈沖干擾，觸摸開關(guān)也會(huì)有類似圖2的電壓波形，這種 情況如果軟件不處理的話同樣也會(huì)誤觸發(fā)一個(gè)按鍵動(dòng)作，因此需要設(shè)法規(guī)避這種情況。這 個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)極值濾波來(lái)處理，因?yàn)楦蓴_是非持續(xù)的，一旦干擾結(jié)束，電壓值會(huì)回落，這 個(gè)回落的電壓數(shù)值經(jīng)過(guò)趨勢(shì)處理濾波處理后，會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)比設(shè)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(jì)算出基準(zhǔn)值A(chǔ)點(diǎn) 的電壓。 此外，在本實(shí)用新型的軟件算法中有幾點(diǎn)需要注意軟件中的延時(shí)時(shí)間是為了在 穩(wěn)定的按下或松開狀態(tài)下對(duì)觸摸開關(guān)進(jìn)行采樣，從而避開大部分的干擾信號(hào)，延時(shí)時(shí)間過(guò) 長(zhǎng)或過(guò)短都會(huì)影響到觸摸開關(guān)的靈敏度；軟件中的設(shè)定值是用來(lái)調(diào)整觸摸開關(guān)的靈敏度， 當(dāng)需要觸摸開關(guān)有很高的靈敏度時(shí)只需將設(shè)定值調(diào)小即可，反之則調(diào)大；在判斷觸摸開關(guān) 輸出電壓是否下降時(shí)，應(yīng)使當(dāng)前采樣的時(shí)間和上一次采樣的時(shí)間差大一點(diǎn)，這樣可以有效 地跨過(guò)觸摸開關(guān)按下時(shí)的電壓下降階段，從而可以更加準(zhǔn)確的計(jì)算出觸摸開關(guān)的基準(zhǔn)值。 本實(shí)用新型采用的濾波算法具體如下預(yù)先確定兩次采樣允許的最大偏差A(yù)X， 若先后兩次采樣的信號(hào)相減數(shù)值大于AX，表明輸入的是干擾信號(hào)，應(yīng)該去掉此次采樣信 號(hào)，用上次的采樣值作為本次的采樣值；如果小于或者等于AX表明沒(méi)有受到干擾，本次采 樣有效。 程序判斷濾波根據(jù)濾波方法不同，可以分為限幅濾波和限速濾波兩種。本實(shí)用新 型在采樣基準(zhǔn)電壓的時(shí)候運(yùn)用限速濾波方法，在判斷按鍵是否有效的時(shí)候采用限幅濾波方 法。 限幅濾波如下限幅濾波就是把兩次相鄰的采樣值進(jìn)行相減，求出其增量(以絕 對(duì)值表示)，然后與兩次采樣的最大差值(由被控對(duì)象的實(shí)際情況決定)AY進(jìn)行比較，如果 小于或等于AY，則取本次采樣值，如果大于AY，仍然采取上次采樣值作為本次采樣值。其 中Yn表示第n次采樣值，Yn-l表示第n-l次采樣值，A Y表示兩次采樣允許的最大偏差，其 大小取決于采樣周期T及Y值的變化動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 限速濾波如下設(shè)順序采樣時(shí)刻tl、 t2、 t3所采集的參數(shù)分別為Yl、 Y2、 Y3，則 Y2-Y1| > AY，則Y2有效；|Y2-Y1| < A Y，則不采用Y2，但仍然保留，再采樣一次，得Y3 ; Y3_Y2|《AY，貝U Y3有$女；|Y3_Y2| > AY，貝ljY2有JL 本實(shí)用新型的人體觸摸按鍵外圍電路簡(jiǎn)單，用普通的帶有AD的微控制單元即可以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的觸摸功能，無(wú)須專用的觸摸芯片，用單芯片即可以實(shí)現(xiàn)觸摸和主控功能，無(wú)須 雙芯片。集成軟件算法后，其在抗干擾方面效果不比專用的觸摸IC差，同時(shí)靈敏度可以由 軟件調(diào)整。本實(shí)用新型的電路成本低且實(shí)現(xiàn)容易，目前實(shí)現(xiàn)觸摸功能的方法有很多，也有硬 件電路類似的方案，但是區(qū)別在軟件算法上，好的算法可以使得觸摸功能實(shí)現(xiàn)的很好，基本 和市面上專用觸摸芯片沒(méi)有什么分別。 以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡是本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種人體觸摸按鍵控制電路，其特征在于，包括觸摸開關(guān)、與所述觸摸開關(guān)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(jù)權(quán)利要求1所述的人體觸摸按鍵控制電路，其特征在于，所述觸摸電路與高頻 脈沖連接，具有一與所述觸摸開關(guān)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(guān)輸出的電壓值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的人體觸摸按鍵控制電路，其特征在于，所述觸摸開關(guān)包括隔 離介質(zhì)、以及與所述隔離介質(zhì)連接的觸摸焊盤，所述高頻脈沖通過(guò)整流使所述充放電電容 充電，通過(guò)隔離介質(zhì)觸摸到觸摸焊盤時(shí)，所述充放電電容放電使觸摸開關(guān)輸出的電壓變?yōu)?低。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種人體觸摸按鍵控制電路，其包括觸摸開關(guān)、與觸摸開關(guān)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(duì)觸摸開關(guān)輸出的電壓進(jìn)行采樣，將此次采樣電壓與上一次采樣電壓的差值與預(yù)設(shè)的最大偏差進(jìn)行比較，若差值大于最大偏差則判斷為干擾信號(hào)，若差值小于或等于最大偏差則判斷為有效信號(hào)。本實(shí)用新型利用簡(jiǎn)單的外圍電路，同時(shí)加上抗干擾的獨(dú)特算法，避免按鍵誤動(dòng)連動(dòng)，具有自動(dòng)校正和補(bǔ)償功能，完全無(wú)需復(fù)雜的生產(chǎn)調(diào)整就能到達(dá)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(wěn)定，還能保證面板雨淋或積水的情況下觸摸按鍵的性能穩(wěn)定，同時(shí)在電磁干擾下也能穩(wěn)定工作。
文檔編號(hào)H03K17/96GK201523371SQ20092013169
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月12日
發(fā)明者朱鋅鏵, 涂柏生, 錢軍 申請(qǐng)人:深圳市博巨興實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司