DE102020102249A1

DE102020102249A1 - Control element with a capacitive control panel and method for recognizing user input on a control element

Info

Publication number: DE102020102249A1
Application number: DE102020102249.2A
Authority: DE
Inventors: Florian Schmitt
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2020-01-30
Filing date: 2020-01-30
Publication date: 2021-08-05

Abstract

Die Erfindung betrifft Bedienelement zum Erkennen einer Benutzereingabe, aufweisend wenigstens ein kapazitives Bedienfeld (2, 4, 6) mit wenigstens einer Elektrode (S, S', S1, S2, S3) und eine mit der Elektrode (S, S', S1, S2, S3) elektrisch verbundene Auswerteeinheit (µC, µC'). Das Bedienelement zeichnet sich dadurch aus, dass die Auswerteeinheit (µC, µC') dazu ausgebildet ist, ein Verfahren mit den folgenden Schritten auszuführen:i. Einstellen der Elektrode (S, S1, S2, S3) auf ein vorbestimmtes elektrisches Anfangspotential (GND, Vcc),ii. für diesen und die nachfolgenden Schritte iii. bis v. entweder stets Aufbringen oder stets Abziehen von elektrischer Ladung auf die bzw. von der Elektrode (S, S1, S2, S3) für eine vorbestimmte Ausführungsdauer (Δt),iii. Bestimmen eines das elektrische Potential (U) der Elektrode (S, S1, S2, S3) nach der Ausführungsdauer (Δt) repräsentierenden Potentialwerts,iv. Speichern des zuvor bestimmten Potentialwerts,v. Wiederholen der Schritte ii. bis iv. eine eine Messperiode (T) bildende vorbestimmte Anzahl (N) Messzyklen oft,vi. Auswerten der in den Schritten ii. bis iv. gespeicherten Potentialwerte im Hinblick auf Abweichungen der gespeicherten Potentialwerte von den in Schritt ii. vorbestimmten Potentialwerten, die ohne Benutzereingabe zu erwarten sind, um die Benutzereingabe zu erkennen und gegebenenfalls zu signalisieren, undvii. Wiederholen der vorhergehenden Schritte ab Schritt i. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erkennen einer Benutzereingabe an einem Bedienelement (1, 3, 5).The invention relates to a control element for recognizing a user input, having at least one capacitive control panel (2, 4, 6) with at least one electrode (S, S ', S1, S2, S3) and one with the electrode (S, S', S1, S2, S3) electrically connected evaluation unit (µC, µC '). The operating element is characterized in that the evaluation unit (µC, µC ') is designed to carry out a method with the following steps: i. Setting the electrode (S, S1, S2, S3) to a predetermined electrical starting potential (GND, Vcc), ii. for this and the following steps iii. to v. either always applying or always removing electrical charge to or from the electrode (S, S1, S2, S3) for a predetermined execution time (Δt), iii. Determining a potential value representing the electrical potential (U) of the electrode (S, S1, S2, S3) after the execution time (Δt), iv. Storing the previously determined potential value, v. Repeat steps ii. to iv. a predetermined number (N) measuring cycles often forming a measuring period (T), vi. Evaluating the in steps ii. to iv. stored potential values with regard to deviations of the stored potential values from those in step ii. predetermined potential values which are to be expected without user input in order to recognize the user input and, if necessary, to signal it, and vii. Repeat the previous steps from step i. The invention also relates to a method for recognizing a user input on an operating element (1, 3, 5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Benutzereingabe an einem Bedienelement mit einem kapazitiven Bedienfeld. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Bedienelement mit einem kapazitiven Bedienfeld nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.The present invention relates to a method for recognizing a user input on a control element with a capacitive control panel. The invention also relates to a control element with a capacitive control panel according to the preamble of claim 14.

Zur Erkennung einer Benutzereingabe bei einem Bedienelement erfreuen sich sogenannte kapazitive Bedienfelder einer großen Beliebtheit. Diese Bedienfelder bestehen im Allgemeinen aus einer Elektrode und einer damit verbundenen Auswerteinheit. Übliche Auswerteinheiten beinhalten hierzu kostspielige, spezielle Hardwarekomponenten wie Kipp-Oszillatoren, Komparatoren usw. Auswerteinheiten, die keine solchen Komponenten verwenden, zum Beispiel eine in der US 8 836 350 B2 beschriebene Vorrichtung zur kapazitiven Berührungsdetektion, erweisen sich in der Praxis durchaus als anfällig gegen elektromagnetische Störungen.So-called capacitive control panels are enjoying great popularity for recognizing a user input in an operating element. These control panels generally consist of an electrode and an evaluation unit connected to it. Usual evaluation units contain expensive, special hardware components such as tilting oscillators, comparators, etc. Evaluation units that do not use such components, for example one in the US 8 836 350 B2 described device for capacitive touch detection, prove in practice to be quite susceptible to electromagnetic interference.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erkennen einer Benutzereingabe an einem Bedienelement mit einem kapazitiven Bedienfeld sowie ein Bedienelement mit einem kapazitiven Bedienfeld bereitzustellen, die sowohl ein präzises Erkennen einer Benutzerbetätigung des Bedienelements gewährleisten als auch durch die mögliche Verwendung von Standardkomponenten kostengünstig realisierbar sind und einfach bauen, d. h. eine geringe Komplexität aufweisen. Zudem sollen das Bedienelement sowie das Verfahren hinsichtlich der Qualität der Erkennung von Benutzereingaben möglichst robust gegen die Eingabeerkennung störende elektromagnetische Einflüsse sein.Against this background, the present invention is based on the object of providing a method for recognizing a user input on a control element with a capacitive control panel and a control element with a capacitive control panel, which ensure both precise detection of a user actuation of the control element and the possible use of Standard components can be implemented cost-effectively and are easy to build, d. H. have a low level of complexity. In addition, the operating element and the method should be as robust as possible with regard to the quality of the recognition of user inputs against electromagnetic influences that interfere with the input recognition.

Diese Aufgabe wird durch ein Bedienelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.This object is achieved by an operating element with the features of claim 1 and by a method with the features of claim 19. Further, particularly advantageous configurations of the invention are disclosed in the respective subclaims.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.It should be pointed out that the features listed individually in the following description can be combined with one another in any technically meaningful way and show further embodiments of the invention. The description additionally characterizes and specifies the invention, in particular in connection with the figures.

Es sei ferner angemerkt, dass eine hierin nachstehend verwendete, zwischen zwei Merkmalen stehende und diese miteinander verknüpfende Konjunktion „und/oder“ stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstands lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.It should also be noted that a conjunction “and / or” used hereinafter between two features and linking them is always to be interpreted in such a way that only the first feature can be present in a first embodiment of the subject matter according to the invention, in a second embodiment only the second feature can be present and, in a third embodiment, both the first and the second feature can be present.

Ferner gibt ein hierin verwendeter Begriff „etwa“ einen Toleranzbereich an, den der auf dem vorliegenden Gebiet tätige Fachmann als üblich ansieht. Insbesondere ist unter dem Begriff „etwa“ ein Toleranzbereich der bezogenen Größe von bis maximal +/-20 %, bevorzugt bis maximal +/-10 % zu verstehen.Furthermore, the term “about” as used herein indicates a tolerance range which the person skilled in the art working in the present field considers to be customary. In particular, the term “approximately” is to be understood as meaning a tolerance range of the related size of up to a maximum of +/- 20%, preferably up to a maximum of +/- 10%.

Des Weiteren sind im Sinne der vorliegenden Erfindung hierin verwendete relative Begriffe bezüglich eines Merkmals, wie zum Beispiel „größer“, „kleiner“, „höher“, „niedriger“ und dergleichen, stets so auszulegen, dass herstellungs- und/oder durchführungsbedingte Größenabweichungen des betreffenden Merkmals, die innerhalb der für die jeweilige Fertigung bzw. Durchführung des betreffenden Merkmals definierten Fertigungs-/Durchführungstoleranzen liegen, nicht von dem jeweiligen relativen Begriff erfasst sind. Mit anderen Worten ist gemäß der hierin geltenden Definition eine Größe eines Merkmals erst dann als im Sinne der vorliegenden Erfindung „größer“, „kleiner“, „höher“, „niedriger“ und dergleichen anzusehen als eine Größe eines Vergleichsmerkmals, wenn sich die beiden verglichenen Größen in ihrem Wert so deutlich voneinander unterscheiden, dass dieser Größenunterschied sicher nicht in den fertigungs/durchführungsbedingten Toleranzbereich des betreffenden Merkmals fällt, sondern das Ergebnis zielgerichteten Handelns ist.Furthermore, relative terms used herein with regard to a feature, such as "larger", "smaller", "higher", "lower" and the like, are always to be interpreted in such a way that manufacturing and / or implementation-related size deviations of the relevant feature, which are within the manufacturing / implementation tolerances defined for the respective production or implementation of the relevant feature, are not covered by the respective relative term. In other words, according to the definition applicable herein, a size of a feature is only to be regarded as a size of a comparative feature as a size of a comparative feature within the meaning of the present invention when the two are compared Different sizes differ so clearly in their value that this size difference certainly does not fall within the production / implementation-related tolerance range of the relevant feature, but is the result of targeted action.

Erfindungsgemäß weist ein Verfahren zum Erkennen einer Benutzereingabe an einem Bedienelement, das wenigstens ein kapazitives Bedienfeld mit wenigstens einer Elektrode und eine mit der Elektrode elektrisch verbundene Auswerteeinheit aufweist, wenigstens die folgenden Schritte auf:

i. Einstellen der Elektrode auf ein vorbestimmtes elektrisches Anfangspotential, beispielsweise durch temporäres elektrisches Verbinden der Elektrode mit dem gewünschten Anfangspotential (z. B. Masse-/Erdpotential, GND, Betriebsspannung, Vcc, oder ein anderes vorbestimmtes elektrisches Potential),
ii. für diesen und die nachfolgenden Schritte iii. bis v. entweder stets Aufbringen oder stets Abziehen von elektrischer Ladung auf die bzw. von der Elektrode für eine vorbestimmte Ausführungsdauer,
iii. Bestimmen eines das elektrische Potential der Elektrode nach der Ausführungsdauer repräsentierenden Potentialwerts,
iv. Speichern des zuvor bestimmten Potentialwerts,
v. Wiederholen der Schritte ii. bis iv. eine eine Messperiode bildende vorbestimmte Anzahl N Messzyklen oft,
vi. Auswerten der in den Schritten ii. bis iv. gespeicherten Potentialwerte im Hinblick auf Abweichungen der gespeicherten Potentialwerte von den in Schritt ii. vorbestimmten Potentialwerten, die ohne Benutzereingabe zu erwarten sind, um die Benutzereingabe zu erkennen und gegebenenfalls zu signalisieren, und
vii. Wiederholen der vorhergehenden Schritte ab Schritt i.

According to the invention, a method for recognizing a user input on an operating element, which has at least one capacitive operating panel with at least one electrode and an evaluation unit electrically connected to the electrode, has at least the following steps:

i. Setting the electrode to a predetermined electrical starting potential, for example by temporarily electrically connecting the electrode to the desired starting potential (e.g. ground / earth potential, GND , Operating voltage, Vcc, or another predetermined electrical potential),
ii. for this and the following steps iii. to v. either always applying or always removing electrical charge to or from the electrode for a predetermined execution period,
iii. Determining a potential value representing the electrical potential of the electrode after the execution time,
iv. Saving the previously determined potential value,
v. Repeat steps ii. to iv. a predetermined number constituting a measurement period N Measuring cycles often,
vi. Evaluating the in steps ii. to iv. stored potential values with regard to deviations of the stored potential values from those in step ii. predetermined potential values which are to be expected without user input in order to recognize the user input and, if necessary, to signal it, and
vii. Repeat the previous steps from step i.

Das Aufbringen bzw. Abziehen von elektrischer Ladung in Schritt ii. für die vorbestimmte Ausführungsdauer führt zu einer Veränderung des elektrischen Potentials der Elektrode. Durch die in Schritt v. festgelegte Anzahl N an Wiederholungen erzeugt jeder Messzyklus eine von den anderen Messzyklen derselben Messperiode verschiedene Potentialstufe an der Elektrode, deren Niveau in Schritt iii. bestimmt, d. h. gemessen, werden.The application or removal of electrical charge in step ii. for the predetermined execution time leads to a change in the electrical potential of the electrode. Through the in step v. fixed number N In terms of repetitions, each measurement cycle generates a potential level on the electrode that is different from the other measurement cycles of the same measurement period, the level of which in step iii. determined, ie measured.

Die in Schritt v. definierte Anzahl N an Messzyklen definiert eine Messperiode, die dementsprechend N Messzyklen beinhaltet. Während einer Messperiode wird das Potential der Elektrode stets in eine Richtung verändert (Schritt ii.), nämlich entweder je Messzyklus stets erhöht (d. h. durch Aufbringen von elektrischer Ladung geladen) oder stets verringert (d. h. durch Abziehen von elektrischer Ladung entladen). Somit wird die Erkennung einer möglichen Benutzereingabe in jedem Messzyklus derselben Messperiode mit Hilfe eines anderen elektrischen Potentials der Elektrode (d. h. auf unterschiedlichen Potentialstufen) durchgeführt.The in step v. defined number N of measuring cycles defines a measuring period, which accordingly contains N measuring cycles. During a measurement period, the potential of the electrode is always changed in one direction (step ii.), Namely either always increased (ie charged by applying electrical charge) or always reduced (ie discharged by removing electrical charge) for each measurement cycle. Thus, the detection of a possible user input is carried out in each measurement cycle of the same measurement period with the aid of a different electrical potential of the electrode (ie at different potential levels).

Ein solches Verfahren ist besonders einfach realisier- und durchführbar, da dieses beispielsweise bereits ausschließlich mit elektronischen Standardkomponenten verwirklicht werden kann. Dies macht das Verfahren gemäß der Erfindung besonders kostengünstig, da keine kostspieligen Spezialkomponenten, z. B. Kipp-Oszillatoren, Komparatoren usw., erforderlich sind. Andererseits hat sich in überraschender Weise herausgestellt, dass die Benutzereingabe bei stufenweiser Beaufschlagung der Elektrode mit jeweils einem anderen elektrischen Potential besonders zuverlässige Erkennungsraten der Benutzereingaben ergibt. Zudem erweist sich dieses Vorgehen als äußerst robust gegen elektromagnetische Störungen. Derartige Störungen lassen sich so deutlich von durch Benutzereingaben bewirkte Potentialänderungen an der Elektrode unterscheiden, dass eine falsch-positive Erkennung einer Benutzereingabe zuverlässig vermieden wird. Hierdurch wird die Qualität der Erkennung von Benutzereingaben deutlich gesteigert.Such a method is particularly easy to implement and carry out, since it can already be implemented, for example, exclusively with standard electronic components. This makes the method according to the invention particularly inexpensive, since no expensive special components, e.g. B. tilt oscillators, comparators, etc. are required. On the other hand, it has surprisingly been found that the user input results in particularly reliable recognition rates of the user inputs when the electrode is subjected to a different electrical potential in stages. In addition, this approach proves to be extremely robust against electromagnetic interference. Disturbances of this kind can be clearly distinguished from changes in potential at the electrode caused by user inputs, so that false-positive recognition of a user input is reliably avoided. This significantly increases the quality of the recognition of user input.

Beispielsweise kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Auswerteeinheit als eine elektronische Rechen- und Speichereinheit ausgebildet sein, die eingerichtet ist, alle Schritte i. bis vii. auszuführen. Besonders bevorzugt ist die Rechen- und Speichereinheit ein Mikrocontroller, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.For example, in an advantageous embodiment of the invention, the evaluation unit can be designed as an electronic computing and storage unit which is set up to carry out all steps i. to vii. to execute. The computing and storage unit is particularly preferably a microcontroller, but without being restricted to this.

Ein Mikrocontroller (oder auch andere bevorzugte elektronische Rechen- und Speichereinheiten) ist jedoch besonders vorteilhaft, da dieser wenigstens einen programmierbaren Eingangsanschluss aufweisen kann, mit dem die Elektrode elektrisch verbunden ist. Dann kann z. B. Schritt ii. auf einfache Weise durchgeführt werden, indem der Eingangsanschluss für die vorbestimmte Ausführungsdauer über einen Widerstand (z. B. ein Pull-Up- oder Pull-Down-Widerstand) elektrisch mit einem vom Anfangspotential, z. B. GND oder Vcc o. ä., verschiedenen elektrischen Zielpotential, z. B. Vcc bzw. GND o. ä., verbunden wird und ansonsten vom Zielpotential elektrisch getrennt wird. Als Zielpotential ist ein sich vom Ausgangspotential unterscheidendes elektrisches Potential zu verstehen, in dessen Richtung die Elektrode ausgehend vom Anfangspotential während der einzelnen Messzyklen aufgeladen oder entladen wird. Damit stellt das Zielpotential ein für das Verfahren maximal oder minimal (je nach in Schritt ii. gewählter Ladungs-/Entladungsrichtung) erreichbares elektrisches Potential der Elektrode dar.A microcontroller (or also other preferred electronic computing and storage units) is particularly advantageous, however, since it can have at least one programmable input connection to which the electrode is electrically connected. Then z. B. Step ii. can be carried out in a simple manner by the input connection for the predetermined execution time via a resistor (z. B. a pull-up or pull-down resistor) electrically with one of the initial potential, z. B. GND or Vcc or the like, different target electrical potential, e.g. B. Vcc or GND o. Ä., Is connected and is otherwise electrically isolated from the target potential. A target potential is to be understood as an electrical potential that differs from the initial potential, in the direction of which the electrode is charged or discharged starting from the initial potential during the individual measurement cycles. The target potential thus represents a maximum or minimum (depending on the charge / discharge direction selected in step ii.) Achievable electrical potential of the electrode for the method.

Das Zielpotential kann von der Elektrode am Ende einer vollständigen Messperiode erreicht werden oder nicht. Insbesondere kann das Potential der Elektrode am Ende einer Messperiode vom Zielpotential abweichen, wenn beispielsweise die Messempfindlichkeit und/oder die Messauflösung zum Bestimmen des elektrischen Potentials der Elektrode in Schritt iii. bei Erreichen des Zielpotentials abnimmt (z. B. ein zur Bestimmung des Elektrodenpotentials verwendeter Analog-Digital-Wandler in Sättigung gerät).The target potential may or may not be reached by the electrode at the end of a complete measurement period. In particular, the potential of the electrode can deviate from the target potential at the end of a measurement period if, for example, the measurement sensitivity and / or the measurement resolution for determining the electrical potential of the electrode in step iii. decreases when the target potential is reached (e.g. an analog-to-digital converter used to determine the electrode potential saturates).

Schritt iii. kann nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels eines Analog-Digital-Wandlers (hierin auch als ADC bezeichnet) der Rechen- und Speichereinheit durchgeführt werden. Auch hier bietet sich die Verwendung eines Mikrocontrollers als Rechen- und Speichereinheit besonders vorteilhaft an, wenn dieser bereits wenigstens einen ADC aufweist. Mit diesem kann dann in einfacher Weise das Potential der Elektrode bestimmt werden, wenn diese mit dem Eingangsanschluss der Rechen- und Speichereinheit bzw. des Mikrocontrollers verbunden ist, so dass der ADC in Schritt iii. direkt das am Eingangsanschluss anliegende Potential bestimmt.Step iii. can, according to another advantageous embodiment of the method according to the invention, by means of an analog-digital converter (also referred to herein as ADC designated) of the computing and storage unit. Here, too, the use of a microcontroller as a computing and storage unit is particularly advantageous if it already has at least one ADC having. With this, the potential of the electrode can then be determined in a simple manner when it is connected to the input connection of the computing and storage unit or the microcontroller, so that the ADC in step iii. directly determines the potential at the input connection.

Der Eingangsanschluss der Rechen- und Speichereinheit bzw. des Mikrocontrollers kann wahlweise mit einem controller-internen Pull-Up- oder einem controller-internen Pull-Down-Widerstand und mit einem controller-internen Analog-Digital-Wandler (ADC) elektrisch verbunden werden. Es ist zu verstehen, dass der Pull-Up- und/oder Pull-Down-Widerstand und/oder der ADC auch controller-externe Komponenten sein kann/können und von der vorliegenden Erfindung ebenfalls umfasst sind.The input connection of the arithmetic and storage unit or the microcontroller can optionally be equipped with a controller-internal pull-up or a controller-internal pull-down resistor and with a controller-internal analog-to-digital converter ( ADC ) are electrically connected. It should be understood that the pull-up and / or pull-down resistor and / or the ADC can also be controller-external components and are also encompassed by the present invention.

Die Speicherung der in Schritt iv. bestimmten Potentialwerte kann in einem Speicher der Rechen- und Speichereinheit erfolgen, insbesondere in einem controller-internen Speicher (z. B. RAM, Rechenregister und dergleichen), da dieser besonders schnelle Zugriffe von der Recheneinheit erlaubt, so dass die in Schritt ii. bestimmte Ausführungsdauer klein gewählt werden kann, das heißt eine große Anzahl an unterschiedlichen Potentialstufen je Messperiode realisiert werden kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von controllereigenem Speicher beschränkt, so dass auch Speicher außerhalb des Mikrocontrollers verwendet werden kann.The storage of the in step iv. certain potential values can take place in a memory of the arithmetic and storage unit, in particular in a controller-internal memory (e.g. RAM, arithmetic register and the like), since this allows particularly fast access from the arithmetic unit, so that the data in step ii. certain execution time can be selected to be small, that is, a large number of different potential levels can be implemented per measurement period. However, the invention is not restricted to the use of the controller's own memory, so that memory outside the microcontroller can also be used.

Die in Schritt ii. vorbestimmte Ausführungsdauer kann, wie vorstehend erwähnt, verhältnismäßig kurz gewählt werden, so dass jeder Messzyklus nur eine kurze Lade-/Entladezeit der Elektrode aufweist und die Elektrode insbesondere nicht in einem einzigen Messzyklus aufgeladen bzw. entladen wird. Beispielsweise kann die Ausführungsdauer wenige Mikrosekunden, z. B. 1 µs bis 2 µs oder 0,5 µs bis 10 µs, beispielsweise 5 µs, betragen. Die in Schritt ii. bestimmte Ausführungsdauer kann jedoch ebenfalls noch deutlich kürzer sein und lediglich einige wenige Taktzyklen der verwendeten Rechen- und Speichereinheit betragen. Beispielsweise kann die Rechen- und Speichereinheit bzw. der Mikrocontroller mit einer Taktfrequenz von 64 MHz betrieben werden, so dass die Ausführungsdauer in Schritt ii. auch im Bereich von einigen wenigen Nanosekunden oder einigen wenigen zehn Nanosekunden oder einigen wenigen hundert Nanosekunden liegen kann.The in step ii. As mentioned above, the predetermined execution time can be selected to be relatively short, so that each measuring cycle has only a short charging / discharging time of the electrode and the electrode in particular is not charged or discharged in a single measuring cycle. For example, the execution time can be a few microseconds, e.g. B. 1 µs to 2 µs or 0.5 µs to 10 µs, for example 5 µs. The in step ii. However, a certain execution time can also be significantly shorter and only amount to a few clock cycles of the computing and storage unit used. For example, the computing and storage unit or the microcontroller can be operated with a clock frequency of 64 MHz, so that the execution time in step ii. can also be in the range of a few nanoseconds or a few tens of nanoseconds or a few hundred nanoseconds.

Es versteht sich, dass je kürzer die Ausführungsdauer in Schritt ii. bestimmt wird, desto mehr Messzyklen (Anzahl N) lassen sich je Messperiode realisieren, während der die Elektrode ausgehend von ihrem Anfangspotential in Richtung des Zielpotentials geladen bzw. entladen wird.It goes without saying that the shorter the execution time in step ii. is determined, the more measuring cycles (number N ) can be implemented for each measurement period during which the electrode is charged or discharged starting from its initial potential in the direction of the target potential.

Weiterhin sei erwähnt, dass die in Schritt ii. bestimmte Ausführungsdauer während einer einzigen Messperiode konstant sein kann. Sie kann während einer einzigen Messperiode aber auch verändert werden. Zum Beispiel kann die Ausführungsdauer im Fall des Aufladens der Elektrode von ihrem Anfangspotential zu Beginn einer Messperiode (d. h. zum Beispiel beim ersten Messzyklus) länger gewählt werden als bei den nachfolgenden Messzyklen, um die Elektrode direkt zu Beginn der Messperiode auf ein bestimmtes Mindestpotential zu bringen, ab dem eine höhere Messempfindlichkeit zur Erkennung einer Benutzereingabe gegeben ist. Die nachfolgenden Messzyklen können dann mit einer (deutlich) kürzeren Ausführungszeit durchgeführt werden, um viele Potentialstufen in einer Messperiode zu erreichen. Beispielsweise kann die Ausführungsdauer beim ersten Messzyklus im Falle eines Aufladens der Elektrode so gewählt werden, dass die Elektrode bezogen auf das Zielpotential bereits nach dem ersten Messzyklus eine Aufladung von etwa 70 % erreicht, um insbesondere die Qualität der Messergebnisse einer ganzen Messperiode weiter zu erhöhen. Der Unterschied zwischen den in Schritt iii. gemessenen Potentialwerten bei Nicht-Berührung und Berührung kann sich maßgeblich z. B. erst mit steigender Aufladung (oder Entladung) der Elektrode ändern, d. h. erst nach längerer Lade-/Entladezeit. Die Ausführungszeit kann dann in Schritt ii. entsprechend angepasst werden. Die Potentialdifferenzen der in den nachfolgenden Messzyklen eingestellten Potentialstufen können gegenüber dem Potentialwert nach dem ersten Messzyklus vergleichsweise gering gewählt werden, d. h. nur einen Bruchteil hiervon betragen, z. B. 1/4 oder kleiner.It should also be mentioned that the in step ii. certain execution duration can be constant during a single measurement period. However, it can also be changed during a single measurement period. For example, if the electrode is charged from its initial potential at the beginning of a measurement period (i.e. for the first measurement cycle, for example), the duration of execution can be selected to be longer than in the subsequent measurement cycles, in order to bring the electrode to a certain minimum potential right at the beginning of the measurement period, from which a higher measurement sensitivity is given for recognizing a user input. The subsequent measuring cycles can then be carried out with a (significantly) shorter execution time in order to achieve many potential levels in one measuring period. For example, if the electrode is charged, the duration of the first measurement cycle can be selected so that the electrode, based on the target potential, already reaches a charge of around 70% after the first measurement cycle, in particular to further increase the quality of the measurement results for an entire measurement period. The difference between the in step iii. measured potential values when not touching and touching can significantly change z. B. only change with increasing charge (or discharge) of the electrode, d. H. only after a longer charging / discharging time. The execution time can then be set in step ii. be adjusted accordingly. The potential differences between the potential levels set in the subsequent measuring cycles can be selected to be comparatively small compared to the potential value after the first measuring cycle, i.e. H. be only a fraction of this, e.g. B. 1/4 or smaller.

Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet das Auswerten in Schritt vi. das Bilden einer Summe der gespeicherten Potentialwerte derselben Messperiode. Die gebildete Summe wird dann als Vergleichsgröße zum Erkennen der Benutzereingabe verwendet. Auf diese Weise wird auf besonders einfache und von der Auswerteinheit schnell durchzuführenden Weise ein einziger Vergleichswert gewonnen, der die Potentialwerte aller Messzyklen einer Messperiode charakterisiert. Als Vergleichswert kann der durch die in Schritt ii. definierten Potentialstufen zu erwartende Summenwert herangezogen werden, so dass Abweichungen von diesem Erwartungswert ohne Benutzereingabe in einer vorbestimmten Größe als Benutzerbetätigung am kapazitiven Bedienfeld interpretiert werden können. Ein solches Vorgehen ist besonders einfach zu realisieren, benötigt wenig Rechenressourcen und liefert dennoch die angestrebte Erkennungspräzision und Robustheit gegen elektromagnetische Störungen.According to an advantageous further embodiment of the invention, the evaluation in step vi includes. forming a sum of the stored potential values for the same measurement period. The sum formed is then used as a comparison variable for recognizing the user input. In this way, a single comparison value is obtained in a particularly simple manner that can be carried out quickly by the evaluation unit and characterizes the potential values of all measurement cycles of a measurement period. As a comparison value, the by the in step ii. defined potential levels, the total value to be expected can be used, so that deviations from this expected value without user input in a predetermined size can be interpreted as user actuation on the capacitive control panel. Such a procedure is particularly easy to implement, requires few computing resources and still provides the desired detection precision and robustness against electromagnetic interference.

Um insbesondere den Einfluss elektromagnetischer Störungen auf die Erkennung der Benutzereingabe weiter zu verringern, sieht eine noch weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die in Schritt ii. vorbestimmte Ausführungsdauer so gewählt wird, dass die während der Ausführungsdauer durch die Ladungsänderung bewirkte Potentialänderung an der Elektrode zwischen zwei einzelnen Messzyklen stets größer ist als eine durch eine Benutzereingabe bewirkbare Potentialänderung der Elektrode. Hierdurch lässt sich der Einfluss einer elektromagnetischen Störung besonders einfach detektieren und eine falsch-positive Erkennung einer Benutzereingabe sicher vermeiden, denn die Benutzereingabe liegt in diesem Fall stets innerhalb des Potentialabstands zweier benachbarter Potentialstufen, wohingegen der Einfluss einer elektromagnetischen Störung über diesen Potentialabstand hinausgeht und daher sicher erkannt werden kann.In order, in particular, to further reduce the influence of electromagnetic interference on the recognition of the user input, yet another advantageous embodiment of the invention provides that the in step ii. predetermined execution time is selected so that the change in potential at the electrode between two individual measurement cycles caused by the change in charge during the execution time is always greater than a change in potential of the electrode that can be brought about by a user input. This allows the influence Detect an electromagnetic interference particularly easily and reliably avoid a false-positive recognition of a user input, because in this case the user input is always within the potential distance of two adjacent potential levels, whereas the influence of an electromagnetic interference goes beyond this potential distance and can therefore be reliably detected.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstands sieht vor, dass der in Schritt iv. bestimmte Potentialwert und wahlweise zusätzlich alle nachfolgenden Potentialwerte derselben Messperiode nicht gespeichert wird/werden, wenn die Differenz zwischen dem bestimmten Potentialwert des aktuellen Messzyklus und dem bestimmten Potentialwert des vorhergehenden Messzyklus derselben Messperiode größer ist als die durch den Schritt ii. bewirkte Potentialänderung. Mit anderen Worten wird wenigstens der eine Messwert des betroffenen Messzyklus verworfen oder sogar die gesamte Messperiode, da eine solche Potentialänderung mit hoher Wahrscheinlichkeit durch eine auf die Elektrode einwirkende elektromagnetische Störung hervorgerufen wurde. Das Verwerfen der gesamten Messperiode verhindert außerdem, dass eine Fortpflanzung der aufgetretenen elektromagnetischen Störung auf die nachfolgenden Messzyklen nicht in die Auswertung des Schritts vi. eingeht und möglicherweise zu einer falsch-positiven Erkennung einer Benutzereingabe führen würde. Nachdem in Schritt vii. die Wiederholung der Schritte beginnend mit dem Schritt i., in dem die Elektrode erneut auf das definierte Angangspotential eingestellt wird, angestoßen wird, ist sichergestellt, dass der Einfluss bzw. die Fortpflanzung einer vorhergehenden elektromagnetischen Störung beseitigt wird.A further advantageous embodiment of the subject matter according to the invention provides that the in step iv. certain potential value and optionally all subsequent potential values of the same measuring period is / are not stored if the difference between the certain potential value of the current measuring cycle and the certain potential value of the previous measuring cycle of the same measuring period is greater than that resulting from step ii. caused change in potential. In other words, at least one measured value of the measurement cycle concerned is discarded, or even the entire measurement period, since such a change in potential was caused with high probability by an electromagnetic interference acting on the electrode. Rejecting the entire measurement period also prevents the electromagnetic interference that has occurred from being propagated to the subsequent measurement cycles from being included in the evaluation of step vi. and would possibly lead to a false positive recognition of user input. After in step vii. the repetition of the steps beginning with step i., in which the electrode is again set to the defined starting potential, is initiated, it is ensured that the influence or the propagation of a previous electromagnetic disturbance is eliminated.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Elektrode zu Beginn des Schritts ii. auf ein vorbestimmtes elektrisches Zwischenpotential eingestellt. Das Zwischenpotential kann dem Anfangspotential, beispielsweise GND oder Vcc o. ä., entsprechen, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Die in Schritt ii. bestimmte Ausführungsdauer wird in diesem Fall abhängig vom eingestellten Zwischenpotential so festgelegt, dass die gewünschte Potentialänderung der Elektrode nach der Ausführungsdauer des aktuellen Messzyklus gegenüber dem Potential des vorhergehenden Messzyklus derselben Messperiode den gewünschten Potentialabstand (Potentialstufe) aufweist. Durch dieses Vorgehen wird der Einfluss, insbesondere die Fortpflanzung, elektromagnetischer Störungen bereits innerhalb derselben Messperiode beseitigt, das die Elektrode zu Beginn jedes Messzyklus auf das wohl definierte Zwischenpotential eingestellt wird.According to an advantageous development of the invention, the electrode is at the beginning of step ii. set to a predetermined intermediate electrical potential. The intermediate potential can be the initial potential, for example GND or Vcc or the like, correspond to, but are not limited to. The in step ii. In this case, the specific execution duration is determined depending on the set intermediate potential so that the desired change in potential of the electrode after the execution duration of the current measuring cycle has the desired potential difference (potential level) compared to the potential of the previous measuring cycle of the same measuring period. This procedure eliminates the influence, in particular the propagation, of electromagnetic interference within the same measurement period that the electrode is set to the well-defined intermediate potential at the beginning of each measurement cycle.

Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden vor dem Schritt vi. die Schritte ii. bis v. zweimal nacheinander ausgeführt, wobei während der ersten Ausführung mit jedem Messzyklus stets elektrische Ladung auf die Elektrode aufgebracht wird und während der zweiten Ausführung mit jedem Messzyklus stets elektrische Ladung von der Elektrode abgezogen wird oder umgekehrt. Damit wird die Elektrode einmal geladen und wieder entladen oder umgekehrt. Die Erkennung der Benutzereingabe wird in Schritt vi. dann aus allen zuvor gespeicherten Potentialwerten vorgenommen, das heißt aus den Messwerten der ersten und zweiten Ausführung der Schritte ii. bis v. Eine solche Kombination vermag die Erkennungsqualität von Benutzereingaben sowie die Unterdrückung von unerwünschten elektromagnetischen Störeinflüssen noch weiter zu verbessern.According to yet another advantageous embodiment of the invention, prior to step vi. the steps ii. to v. carried out twice in succession, with electrical charge always being applied to the electrode with each measurement cycle during the first execution and electrical charge being always withdrawn from the electrode with each measurement cycle during the second execution, or vice versa. This means that the electrode is charged once and then discharged again or vice versa. The recognition of the user input is carried out in step vi. then made from all previously stored potential values, that is to say from the measured values of the first and second execution of steps ii. to v. Such a combination can further improve the recognition quality of user inputs and the suppression of undesired electromagnetic interference.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden mehrere Elektroden in wenigstens benachbart miteinander wechselwirkender, räumlich dichter Weise angeordnet und die Schritte i. bis vii. mit den Elektroden zeitgleich ausgeführt. Die räumlich dichte Anordnung kann beispielsweise eine aneinander angrenzende Anordnung der einzelnen Elektroden sein. Durch den zeitgleichen, parallelen Betrieb der mehreren Elektroden wird der Einfluss parasitärer Kapazitäten, der bei dem Einzelbetrieb einer einzigen Elektrode stets vorhanden ist, deutlich verringert. Außerdem lassen sich durch die parallele Ansteuerung gleichzeitig mehrere Elektroden auslesen.According to an advantageous further development of the invention, a plurality of electrodes are arranged in at least adjacent mutually interacting, spatially dense manner, and steps i. to vii. carried out at the same time as the electrodes. The spatially dense arrangement can be, for example, an adjoining arrangement of the individual electrodes. Due to the simultaneous, parallel operation of the multiple electrodes, the influence of parasitic capacitances, which is always present when a single electrode is operated individually, is significantly reduced. In addition, multiple electrodes can be read out at the same time thanks to the parallel control.

Noch weiter werden bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstands im kapazitiven Bedienfeld die Elektrode (in diesem Zusammenhang auch als erste Elektrode bezeichnet) sowie eine mit dieser wechselwirkende Gegenelektrode angeordnet, wobei die Schritte iii. und iv. zweimal nacheinander ausgeführt werden, wobei die Gegenelektrode während der zweiten Ausführung mit einem vorbestimmten elektrischen Potential, beispielsweise GND, Vcc, o. ä., verbunden wird und ansonsten von diesem elektrischen Potential getrennt wird. Die Verbindung der Gegenelektrode mit dem vorbestimmten Potential während der zweiten Ausführung der Schritte iii. und iv. bewirkt eine Potentialänderung an der ersten Elektrode. Eine solche Anordnung zweier Elektroden ist damit stets durch den gemeinsamen Betrieb gekennzeichnet (im Gegensatz zum Einzelbetrieb einer einzigen Elektrode). Das erfindungsgemäße Verfahren bietet bei der Verwendung zweier im gegenseitigen Betrieb wirkender Elektroden besondere Vorteile bei der Erkennung von beispielsweise Feuchtigkeit, Wasser und dergleichen auf den Elektroden und/oder bei der Erkennung von Defekten an den Elektroden oder an deren elektrische Kopplung untereinander und/oder zu einer Koppelfläche des Bedienfelds und dergleichen, beispielsweise fehlerhafte Kontaktierungen der Koppelfläche o. ä.In an advantageous embodiment of the object according to the invention, the electrode (also referred to as the first electrode in this context) and a counter-electrode interacting therewith are arranged in the capacitive control panel, steps iii. and iv. are carried out twice in succession, the counter electrode during the second execution with a predetermined electrical potential, for example GND , Vcc, or the like, and is otherwise separated from this electrical potential. The connection of the counter electrode to the predetermined potential during the second execution of steps iii. and iv. causes a change in potential at the first electrode. Such an arrangement of two electrodes is therefore always characterized by joint operation (in contrast to the individual operation of a single electrode). When using two mutually operating electrodes, the method according to the invention offers particular advantages in the detection of, for example, moisture, water and the like on the electrodes and / or in the detection of defects on the electrodes or their electrical coupling to one another and / or to one Coupling surface of the control panel and the like, for example faulty contacting of the coupling surface or the like.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung weist ein Bedienelement zum Erkennen einer Benutzereingabe wenigstens ein kapazitives Bedienfeld mit wenigstens einer Elektrode und eine mit der Elektrode elektrisch verbundene Auswerteeinheit auf, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausgestaltungen auszuführen.According to a second aspect of the invention, a control element for recognizing a user input has at least one capacitive control panel with at least one electrode and an evaluation unit electrically connected to the electrode, the evaluation unit being designed to carry out a method according to one of the preceding embodiments.

Bezüglich vorrichtungsbezogener Begriffsdefinitionen sowie der Wirkungen und Vorteile vorrichtungsgemäßer Merkmale wird vollumfänglich auf die Offenbarung sinngemäßer Definitionen, Wirkungen und Vorteile hierin bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen. Mit anderen Worten sollen Offenbarungen hierin bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens in sinngemäßer Weise ebenso zur Definition des erfindungsgemäßen Bedienelements herangezogen werden können, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist. Ebenfalls sollen Offenbarungen hierin bezüglich des erfindungsgemäßen Bedienelements in sinngemäßer Weise zur Definition des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen werden können, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist. Insofern kann auf eine Wiederholung von Erläuterungen sinngemäß gleicher Merkmale, deren Wirkungen und Vorteile des hierin offenbarten erfindungsgemäßen Bedienelements sowie des hierin offenbarten erfindungsgemäßen Verfahrens zugunsten einer kompakteren Beschreibung weitgehend verzichtet werden, ohne dass derartige Auslassungen als Einschränkung auszulegen wären.With regard to device-related term definitions and the effects and advantages of device-related features, reference is made in full to the disclosure of corresponding definitions, effects and advantages herein with regard to the method according to the invention. In other words, it should be possible to use disclosures herein with regard to the method according to the invention in a corresponding manner for the definition of the operating element according to the invention, unless this is expressly excluded. Likewise, it should be possible to use disclosures herein with regard to the control element according to the invention in an analogous manner to define the method according to the invention, unless this is expressly excluded. In this respect, a repetition of explanations corresponding to the same features, their effects and advantages of the operating element according to the invention disclosed herein and the inventive method disclosed herein can largely be dispensed with in favor of a more compact description, without such omissions having to be interpreted as a restriction.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands ist die Auswerteeinheit als eine elektronische Rechen- und Speichereinheit, beispielsweise als Mikrocontroller, ausgebildet, die wenigstens einen über einen Widerstand, z. B. einen Pull-Up- oder Pull-Down-Widerstand, an ein vorbestimmtes elektrisches Potential, beispielsweise GND, Vcc, o. ä., temporär schaltbaren Eingangsanschluss, der elektrisch mit der Elektrode verbunden ist, und wenigstens einen Analog-Digital-Wandler aufweist, mit dem das am Eingangsanschluss anliegende elektrische Potential wahlweise bestimmbar ist, wobei ein das bestimmte elektrische Potential repräsentierender Potentialwert in der Speichereinheit speicherbar ist.According to a preferred development of the subject matter according to the invention, the evaluation unit is designed as an electronic computing and storage unit, for example as a microcontroller, which is connected to at least one via a resistor, e.g. B. a pull-up or pull-down resistor, to a predetermined electrical potential, for example GND , Vcc, or the like, temporarily switchable input terminal, which is electrically connected to the electrode, and has at least one analog-digital converter with which the electrical potential applied to the input terminal can be determined optionally, with a potential value representing the determined electrical potential can be stored in the storage unit.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Widerstand ein interner Widerstand der elektronischen Rechen- und Speichereinheit, insbesondere ein interner Pull-Up- bzw. Pull-Down-Widerstand.According to an advantageous embodiment of the invention, the resistor is an internal resistor of the electronic computing and storage unit, in particular an internal pull-up or pull-down resistor.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Analog-Digital-Wandler ein interner Analog-Digital-Wandler der elektronischen Rechen- und Speichereinheit.According to a further advantageous embodiment of the invention, the analog-digital converter is an internal analog-digital converter of the electronic computing and storage unit.

Nach einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Elektroden räumlich dicht zueinander angeordnet, wobei jede Elektrode jeweils mit einem separaten Eingangsanschluss der Auswerteeinheit elektrisch verbunden sind. Als räumlich dichte Anordnung der Elektroden ist insbesondere eine solche räumliche Anordnung zu verstehen, bei welcher wenigstens benachbarte Elektroden miteinander elektromagnetisch wechselwirken. Mehrere Eingangsanschlüsse der Rechen- und Speichereinheit erlauben den parallelen Anschluss mehrerer Elektroden und somit einen parallelen, gleichzeitigen Betrieb aller angeschlossenen Elektroden, um insbesondere den Einfluss parasitärer Kapazitäten der gesamten Elektrodenanordnung gegenüber einem Einzelbetrieb einer einzigen Elektrode deutlich zu verringen.According to yet another advantageous embodiment of the invention, several electrodes are arranged spatially close to one another, each electrode being electrically connected to a separate input connection of the evaluation unit. A spatially dense arrangement of the electrodes is to be understood in particular as a spatial arrangement in which at least adjacent electrodes interact electromagnetically with one another. Several input connections of the computing and storage unit allow the parallel connection of several electrodes and thus a parallel, simultaneous operation of all connected electrodes, in particular to significantly reduce the influence of parasitic capacitances of the entire electrode arrangement compared to a single operation of a single electrode.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands sieht außerdem vor, dass für jeden Eingangsanschluss ein separater Analog-Digital-Wandler zum wahlweisen Bestimmen des am jeweiligen Eingangsanschluss anliegenden elektrischen Potentials vorgesehen ist. Auf diese Weise lässt sich die Zeit zur Bestimmung des elektrischen Potentials (Schritt iii.) beim parallelen Betrieb mehrerer Elektroden deutlich verringern, so dass eine größere Anzahl N Messzyklen je Messperiode erreicht werden kann.An advantageous development of the subject matter according to the invention also provides that a separate analog-digital converter is provided for each input connection for the optional determination of the electrical potential present at the respective input connection. In this way, the time for determining the electrical potential (step iii.) Can be significantly reduced when several electrodes are operated in parallel, so that a greater number N Measuring cycles per measuring period can be achieved.

Alternativ zum Vorsehen mehreres ADCs ist auch die Verwendung eines einzigen ADC möglich, der dann wahlweise mit einem der mehreren, zu erfassenden Eingangsanschlüssen verbindbar ist. Beispielsweise kann ein Multiplexer hierzu verwendet werden.As an alternative to providing several ADCs, it is also possible to use a single one ADC possible, which can then optionally be connected to one of the several input connections to be detected. For example, a multiplexer can be used for this.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung nicht einschränkend zu verstehender Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser Zeichnung zeigen schematisch:

1 ein Ausführungsbeispiel eines Bedienelements gemäß der Erfindung,
2 in Ansicht (a) ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Erkennen einer Benutzereingabe an dem Bedienelement aus 1 gemäß der Erfindung und in Ansicht (b) ein Spannungs-Zeit-Diagramm eines an einer Elektrode des kapazitiven Bedienfelds des Bedienelements aus 1 anliegenden Potentials bei Anwendung des Verfahrens aus Ansicht (a),
3 ein Diagramm zur Auswertung gespeicherter Potentialwerte, um eine Benutzereingabe zu erkennen,
4 in Ansicht (a) ein Ablaufdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Erkennen einer Benutzereingabe an dem Bedienelement aus 1 gemäß der Erfindung, in einer linken Hälfte von Ansicht (b) ein Spannungs-Zeit-Diagramm eines an einer Elektrode des kapazitiven Bedienfelds des Bedienelements aus 1 anliegenden Potentials bei Anwendung des Verfahrens aus Ansicht (a) und in einer rechten Hälfte von Ansicht (b) ein Spannungs-Zeit-Diagramm eines an einer Elektrode des kapazitiven Bedienfelds des Bedienelements aus 1 anliegenden Potentials bei Anwendung eines in Ansicht (c) dargestellten, noch weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Erkennen einer Benutzereingabe an dem Bedienelement aus 1 gemäß der Erfindung,
5 ein Ausführungsbeispiel eines weiteren Bedienelements gemäß der Erfindung,
6 Spannungs-Zeit-Diagramme zum Bestimmen von Potentialwerten mehrerer Elektroden des kapazitiven Bedienfelds des Bedienelements aus 5,
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bedienelements gemäß der Erfindung und
8 in Ansicht (a) ein Ablaufdiagramm eines noch weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Erkennen einer Benutzereingabe mit dem Bedienelement aus 7 und in Ansicht (b) ein Spannungs-Zeit-Diagramm eines an einer Elektrode des kapazitiven Bedienfelds des Bedienelements aus 7 anliegenden Potentials bei Anwendung des Verfahrens aus Ansicht (a).

Further features and advantages of the invention emerge from the following description of non-restrictive exemplary embodiments of the invention, which are explained in more detail below with reference to the drawing. In this drawing show schematically:

1 an embodiment of a control element according to the invention,
2 in view (a) a flowchart of an exemplary embodiment of a method for recognizing a user input on the operating element 1 according to the invention and in view (b) a voltage-time diagram of an electrode on the capacitive control panel of the control element 1 applied potential when applying the method from view (a),
3 a diagram for evaluating stored potential values in order to recognize user input,
4th in view (a) a flowchart of a further exemplary embodiment of a method for recognizing a user input on the operating element 1 According to the invention, in a left half of view (b), a voltage-time diagram of an electrode on the capacitive control panel of the control element 1 applied potential when using the method from view (a) and in a right half of view (b) a voltage-time diagram of an electrode of the capacitive control panel of the control element 1 applied potential when using a still further exemplary embodiment, shown in view (c), of a method for recognizing a user input on the operating element 1 according to the invention,
5 an embodiment of a further control element according to the invention,
6th Voltage-time diagrams for determining potential values of several electrodes of the capacitive control panel of the control element 5 ,
7th a further embodiment of a control element according to the invention and
8th in view (a) a flowchart of yet another exemplary embodiment of a method for recognizing a user input with the operating element 7th and in view (b) a voltage-time diagram of an electrode on the capacitive control panel of the control element 7th applied potential when applying the method from view (a).

In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.In the different figures, parts that are equivalent in terms of their function are always provided with the same reference symbols, so that they are usually only described once.

1 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Bedienelements 1 zum Erkennen einer Benutzereingabe gemäß der Erfindung dar. Wie zu erkennen ist, weist das Bedienelement 1 vorliegend ein kapazitives Bedienfeld 2 mit einer Elektrode S sowie eine mit der Elektrode S elektrisch verbundene Auswerteeinheit µC auf. Die Auswerteeinheit µC ist vorliegend als elektronische Rechen- und Speichereinheit, insbesondere als Mikrocontroller, ausgebildet und weist einen über einen Widerstand R an ein vorbestimmtes elektrisches Potential, z. B. GND, Vcc o. ä., temporär schaltbaren Eingangsanschluss I auf. Ferner weist der Mikrocontroller µC vorliegend einen Analog-Digital-Wandler ADC auf, mit dem das am Eingangsanschluss I anliegende elektrische Potential U wahlweise bestimmbar ist. Ein das bestimmte elektrische Potential U repräsentierender Potentialwert ist weiterhin in einer Speichereinheit (nicht gesondert dargestellt), z. B. RAM, Flash und dergleichen, der Auswerteeinheit µC speicherbar. Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Widerstand R ein interner Widerstand der elektronischen Rechen- und Speichereinheit µC, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. 1 represents an embodiment of a control element 1 for recognizing a user input according to the invention. As can be seen, the operating element 1 in the present case a capacitive control panel 2 with an electrode S. as well as one with the electrode S. electrically connected evaluation unit µC on. The evaluation unit µC is presently designed as an electronic computing and storage unit, in particular as a microcontroller, and has a resistor R. to a predetermined electrical potential, e.g. B. GND , Vcc or similar, temporarily switchable input connection I. on. Furthermore, the microcontroller µC in the present case an analog-to-digital converter ADC with the that at the input port I. applied electrical potential U is optionally determinable. A certain electric potential U representing potential value is also in a memory unit (not shown separately), e.g. B. RAM, Flash and the like, the evaluation unit µC storable. In the exemplary embodiment shown here, the resistor is R. an internal resistance of the electronic computing and storage unit µC but not limited to this.

2 stellt in Ansicht (a) ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Erkennen einer Benutzereingabe an dem Bedienelement 1 aus 1 gemäß der Erfindung und in Ansicht (b) ein Spannungs-Zeit-Diagramm eines an der Elektrode S des kapazitiven Bedienfelds 2 des Bedienelements 1 aus 1 anliegenden Potentials U bei Anwendung des Verfahrens aus Ansicht (a) dar. 2 shows in view (a) a flowchart of an exemplary embodiment of a method for recognizing a user input on the operating element 1 the end 1 according to the invention and in view (b) a voltage-time diagram of one at the electrode S. of the capacitive control panel 2 of the control element 1 the end 1 applied potential U when applying the procedure from view (a).

In Ansicht (a) sind die einzelnen Verfahrensschritte wie folgt dargestellt. In Schritt i. wird die Elektrode 5 auf ein vorbestimmtes elektrisches Anfangspotential, vorliegend beispielsweise GND, eingestellt, das heißt elektrisch kurzzeitig mit GND verbunden. Dies kann durch den Mikrocontroller µC durchgeführt werden, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Anschließend wird in einem mikrocontrollerspezifischen Schritt µC(i). zur Vorbereitung des Mikrocontrollers µC der Eingangsanschluss I tatsächlich als Eingang definiert und anschließend in einem mikrocontrollerspezifischen Schritt µC(ii). der mikrocontroller-interne Widerstand R als Pull-Up-Widerstand aktiviert, das heißt vorliegend elektrisch mit Vcc verbunden. Im Verfahrensschritt ii wird für diesen und die nachfolgenden Schritte iii. bis v. stets ein Aufbringen von elektrischer Ladung auf die Elektrode S für eine vorbestimmte Ausführungsdauer Δt bestimmt. Nachdem die Ausführungsdauer Δt verstrichen ist, wird in einem weiteren controller-spezifischen Schritt pC(iii). der interne Pull-Up-Widerstand R deaktiviert, das heißt vorliegend elektrisch von Vcc getrennt. Im nachfolgenden Verfahrensschritt iii. wird ein das elektrische Potential U der Elektrode S nach der Ausführungsdauer Δt repräsentierender Potentialwert mittels des controller-internen ADC bestimmt und dieser Wert in Schritt iv. in der Speichereinheit gespeichert. Anschließend wird in Schritt v. zum Schritt µC(ii). zurückgekehrt, in welchem der interne Pull-Up-Widerstand erneut aktiviert wird, um die Elektrode S auf die nächste Potentialstufe einzustellen. Die Wiederholungen des Schritts v. werden eine vorbestimmte Anzahl N oft durchgeführt. Jede einzelne Wiederholung definiert einen Messzyklus, N Messzyklen definieren eine Messperiode T. Nachdem N Wiederholungen durchgeführt wurden, gelangt das erfindungsgemäße Verfahren zu Schritt vi., in welchem die in den Schritten ii. bis iv. gespeicherten Potentialwerte im Hinblick auf Abweichungen der gespeicherten Potentialwerte von den in Schritt ii. für die Elektrode S vorbestimmten Potentialwerten, die ohne Benutzereingabe zu erwarten sind, ausgewertet werden, um die Benutzereingabe zu erkennen und gegebenenfalls zu signalisieren. Im abschließenden Verfahrensschritt vii. wird zu Schritt i. zurückgekehrt und die vorbeschriebenen Schritte werden wiederholt.In view (a) the individual process steps are shown as follows. In step i. becomes the electrode 5 to a predetermined electrical starting potential, in the present case for example GND , set, i.e. electrically briefly with GND connected. This can be done by the microcontroller µC can be carried out, but not limited to this. Then in a microcontroller-specific step µC (i). to prepare the microcontroller µC the input port I. actually defined as an input and then in a microcontroller-specific step µC (ii). the microcontroller internal resistance R. activated as a pull-up resistor, i.e. electrically connected to Vcc in the present case. In process step ii, for this and the following steps iii. to v. always an application of electrical charge to the electrode S. for a predetermined execution period Δt definitely. After the execution time Δt has elapsed, in a further controller-specific step pC (iii). the internal pull-up resistor R. deactivated, that is to say in the present case electrically isolated from Vcc. In the following process step iii. becomes an electrical potential U the electrode S. according to the duration of execution Δt representing potential value by means of the controller-internal ADC determined and this value in step iv. stored in the storage unit. Then in step v. to step µC (ii). returned, in which the internal pull-up resistor is activated again, to the electrode S. set to the next potential level. The repetitions of step v. will be a predetermined number N often done. Each individual repetition defines a measuring cycle, N measuring cycles define a measuring period T . After this N Repetitions have been carried out, the method according to the invention goes to step vi., In which the steps ii. to iv. stored potential values with regard to deviations of the stored potential values from those in step ii. for the electrode S. Predetermined potential values, which are to be expected without user input, are evaluated in order to recognize the user input and, if necessary, to signal it. In the final Step vii. becomes step i. is returned and the above steps are repeated.

Eine beispielhafte Messperiode T ist in Ansicht (b) der 2 dargestellt. Deutlich sind die einzelnen Potentialstufen des Elektrodenpotentials jedes Messzyklus zu erkennen. Insgesamt besteht die dargestellte Messperiode T aus sechs einzelnen Messzyklen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht ein Messzyklus einer Ausführungsdauer Δt von etwa 4 µs. Jede nachfolgende Potentialstufe ist höher als die vorhergehende. Insbesondere ist die in Schritt ii. vorbestimmte Ausführungsdauer Δt hier so gewählt, dass die während der Ausführungsdauer Δt durch die Ladungsänderung bewirkte Potentialänderung ΔU an der Elektrode S zwischen zwei Messzyklen stets größer ist als eine durch eine Benutzereingabe bewirkbare Potentialänderung der Elektrode S. Aus dem Spannungs-Zeit-Diagramm der Ansicht (b) lässt sich die Höhe der ersten Potentialstufe über dem Anfangspotential GND (entspricht vorliegend 0 V) zu etwa 450 mV bzw. 0,45 V ablesen. Eine durch eine Benutzereingabe bewirkbare Potentialänderung der Elektrode S beträgt hingegen zwischen etwa 10 mV bis 20 mV und liegt damit deutlich unterhalb der in Schritt ii. bewirkten Potentialänderung ΔU, wenn keine Benutzereingabe vorliegt, das heißt die Elektrode S bzw. das kapazitive Bedienfeld 2 des Bedienelements 1 nicht berührt wird.An exemplary measurement period T is in view (b) of 2 shown. The individual potential levels of the electrode potential of each measurement cycle can be clearly seen. Overall, there is the measurement period shown T from six individual measuring cycles. In the present exemplary embodiment, a measurement cycle corresponds to an execution duration Δt of about 4 µs. Each subsequent potential level is higher than the previous one. In particular, in step ii. predetermined execution time Δt chosen here so that the during the execution period Δt change in potential caused by the change in charge ΔU at the electrode S. between two measuring cycles is always greater than a potential change in the electrode that can be brought about by a user input S. . The voltage-time diagram in view (b) shows the height of the first potential level above the initial potential GND (in this case corresponds to 0 V) read off at around 450 mV or 0.45 V. A change in potential of the electrode that can be brought about by a user input S. on the other hand is between about 10 mV to 20 mV and is thus significantly below that in step ii. caused change in potential ΔU if there is no user input, i.e. the electrode S. or the capacitive control panel 2 of the control element 1 is not touched.

3 stellt ein Diagramm zur Auswertung gespeicherter Potentialwerte dar, um eine Benutzereingabe zu erkennen. In dem Diagramm sind auf einer Summenachse Σ die Summenwerte aufgetragen, die in Schritt vi. aus den gespeicherten Potentialwerten derselben Messperiode T gebildet werden. Entlang der Zeitachse t sind die Summenwerte Σ aufeinanderfolgender Messperioden T aufgetragen, wobei die Messperioden T in der vorliegenden Darstellung mit einer fortlaufenden Nummer gekennzeichnet sind. Deutlich ist eine Benutzereingabe durch eine signifikante Verringerung der Summenwerte Σ von etwa 12.975 auf etwa 12.890 zwischen etwa den Messperiodennummern 20.638.150 und 20.638.187 zu erkennen. Als Summen-Vergleichsgröße kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Wert von beispielhaft etwa zwischen 12.960 und etwa 12.990 herangezogen werden, bei dem keine Benutzereingabe vorliegt, sondern erst bei Summenwerten Σ unterhalb von etwa 12.900. 3 shows a diagram for evaluating stored potential values in order to recognize user input. In the diagram are on a sum axis Σ plotted the sum values obtained in step vi. from the stored potential values of the same measuring period T are formed. Along the timeline t are the sum values Σ successive measurement periods T plotted, with the measurement periods T are marked with a consecutive number in the present illustration. A user input is clear through a significant reduction in the total values Σ from approximately 12,975 to approximately 12,890 between approximately the measurement period numbers 20,638,150 and 20,638,187. In the present exemplary embodiment, a value of approximately between 12,960 and approximately 12,990, for which there is no user input, but only in the case of sum values, can be used as the sum comparison variable Σ below about 12,900.

4 stellt in Ansicht (a) ein Ablaufdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Erkennen einer Benutzereingabe an dem Bedienelement 1 aus 1 gemäß der Erfindung dar. In einer linken Hälfte von Ansicht (b) ist ein Spannungs-Zeit-Diagramm eines an der Elektrode S des kapazitiven Bedienfelds 2 des Bedienelements 1 aus 1 anliegenden Potentials U bei Anwendung des Verfahrens aus Ansicht (a) dargestellt und in einer rechten Hälfte von Ansicht (b) ein Spannungs-Zeit-Diagramm eines an der Elektrode S des kapazitiven Bedienfelds 2 des Bedienelements 1 aus 1 anliegenden Potentials U bei Anwendung eines in Ansicht (c) dargestellten, noch weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Erkennen einer Benutzereingabe an dem Bedienelement 1 aus 1 gemäß der Erfindung. 4th shows in view (a) a flowchart of a further exemplary embodiment of a method for recognizing a user input on the operating element 1 the end 1 according to the invention. In a left half of view (b) there is a voltage-time diagram of one on the electrode S. of the capacitive control panel 2 of the control element 1 the end 1 applied potential U when using the method from view (a) shown and in a right half of view (b) a voltage-time diagram of one at the electrode S. of the capacitive control panel 2 of the control element 1 the end 1 applied potential U when using a still further exemplary embodiment of a method for recognizing a user input on the operating element, shown in view (c) 1 the end 1 according to the invention.

Der wesentliche Unterschied des in Ansicht (a) der 4 dargestellten Ausführungsbeispiels des Verfahrens gegenüber dem in 1(a) dargestellten Verfahren ist, dass die Elektrode S bei jeder Wiederholung gemäß Schritt v. zu Beginn des Schritts ii. auf ein vorbestimmtes elektrisches Zwischenpotential, bei dem in der linken Hälfte der Ansicht (b) dargestellten Fall beispielhaft auf GND (entspricht hier 0 V), eingestellt wird. Dieser Zusatzschritt ist in 4(a) als Verfahrensteilschritt ii.bis gekennzeichnet. Die Ausführungsdauer Δt wird in diesem Fall für jeden einzelnen Messzyklus derart neu festgelegt, dass die gewünschte Potentialänderung ΔU der Elektrode S nach der jeweiligen Ausführungsdauer Δt des aktuellen Messzyklus gegenüber dem Potential U des vorhergehenden Messzyklus derselben Messperiode T den gewünschten Potentialabstand (Potentialstufe) aufweist, das heißt ein höheres Potential U aufweist als die vorhergehende Potentialstufe. Diese Neufestsetzung der Ausführungsdauer Δt ist in 4(a) als Verfahrensteilschritt ii.ter gekennzeichnet.The main difference in view (a) of the 4th illustrated embodiment of the method compared to the in 1 (a) The method presented is that the electrode S. with each repetition according to step v. at the beginning of step ii. to a predetermined intermediate electrical potential, in the case shown in the left half of view (b) by way of example GND (corresponds here to 0 V). This additional step is in 4 (a) identified as process sub-step ii.bis. The execution time Δt is redefined in this case for each individual measuring cycle in such a way that the desired change in potential ΔU the electrode S. according to the respective duration of execution Δt of the current measuring cycle against the potential U of the previous measuring cycle of the same measuring period T has the desired potential distance (potential level), that is, a higher potential U than the previous potential level. This resetting of the execution time Δt is in 4 (a) marked as process sub-step ii.ter.

Der wesentliche Unterschied des in Ansicht (c) der 4 dargestellten Ausführungsbeispiels des Verfahrens gegenüber dem in 1(a) dargestellten Verfahren ist, dass das Anfangspotential der Elektrode S in Schritt i. auf Vcc eingestellt wird und in jedem nachfolgenden Messzyklus verringert wird. Außerdem wird die Elektrode S bei jeder Wiederholung gemäß Schritt v. zu Beginn des Schritts ii. auf ein vorbestimmtes elektrisches Zwischenpotential, bei dem in der rechten Hälfte der Ansicht (b) dargestellten Fall beispielhaft auf Vcc, eingestellt wird. Dieser Zusatzschritt ist in 4(c) als Verfahrensteilschritt ii.bis gekennzeichnet. Die Ausführungsdauer Δt wird in diesem Fall für jeden einzelnen Messzyklus derart neu festgelegt, dass die gewünschte Potentialänderung ΔU der Elektrode S nach der jeweiligen Ausführungsdauer Δt des aktuellen Messzyklus gegenüber dem Potential U des vorhergehenden Messzyklus derselben Messperiode T den gewünschten Potentialabstand (Potentialstufe) aufweist, das heißt ein niedrigeres Potential U aufweist als die vorhergehende Potentialstufe. Diese Neufestsetzung der Ausführungsdauer Δt ist in 4(c) als Verfahrensteilschritt ii.ter gekennzeichnet.The main difference in view (c) of the 4th illustrated embodiment of the method compared to the in 1 (a) The method presented is that the initial potential of the electrode S. in step i. is set to Vcc and is reduced in each subsequent measurement cycle. In addition, the electrode S. with each repetition according to step v. at the beginning of step ii. is set to a predetermined intermediate electrical potential, in the case shown in the right half of view (b), for example, to Vcc. This additional step is in 4 (c) identified as process sub-step ii.bis. The execution time Δt is redefined in this case for each individual measuring cycle in such a way that the desired change in potential ΔU the electrode S. according to the respective duration of execution Δt of the current measuring cycle against the potential U of the previous measuring cycle of the same measuring period T has the desired potential spacing (potential level), i.e. a lower potential U than the previous potential level. This resetting of the execution time Δt is in 4 (c) marked as process sub-step ii.ter.

5 stellt ein Ausführungsbeispiel eines weiteren Bedienelements 3 gemäß der Erfindung dar. Im Unterschied zum Bedienelement 1 aus 1 weist das Bedienelement 3 der 5 mehrere Elektroden S1, S2, S3 auf, die räumlich dicht zueinander angeordnet sind, das heißt so dicht, dass die Elektroden S1, S2 und S3 miteinander elektromagnetisch wechselwirken bzw. gekoppelt sind, was durch die parasitären Kapazitäten Cp1 und Cp2 in 5 dargestellt ist. Eine Kapazität Cf eines sich dem Bedienfeld 4 nähernden Fingers F ist in 5 ebenfalls dargestellt. Die Kapazitäten der jeweiligen Sensoren Cs1, Cs2, Cs3 sollen bestimmt werden, um die entsprechende Benutzereingabe am Sensor S1 oder S2 oder S3 zu erkennen. 5 represents an embodiment of a further control element 3 according to the invention. In contrast to the control element 1 the end 1 instructs the control element 3 the 5 several electrodes S1, S2, S3 which are spatially arranged close to one another, that is to say so close that the electrodes S1, S2 and S3 interact or are coupled with one another electromagnetically, which is caused by the parasitic capacitances Cp1 and Cp2 in 5 is shown. One capacity Cf one on the control panel 4th approaching finger F. is in 5 also shown. The capacities of the respective sensors Cs1, Cs2, Cs3 should be determined in order to recognize the corresponding user input on sensor S1 or S2 or S3.

Bei dem Bedienelement 3 ist ferner jede Elektrode S1, S2, S3 jeweils mit einem separaten Eingangsanschluss I1, I2, I3 der Auswerteeinheit µC elektrisch verbunden. Des Weiteren ist vorliegend für jeden Eingangsanschluss I1, I2, I3 ein separater Analog-Digital-Wandler ADC1, ADC2, ADC3 zum wahlweisen Bestimmen des am jeweiligen Eingangsanschluss I1, I2, I3 anliegenden elektrischen Potentials U vorgesehen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das Vorsehen von mehreren ADCs beschränkt. So kann auch lediglich ein ADC vorgesehen sein, der entsprechend mit jeweils einem Eingangsanschluss I1, I2 oder I3 verbindbar ist. Dies ist in 5 durch die gestrichelten Umrisslinien um die ADC2 und ADC3 verdeutlicht. Ebenfalls ist in 5 verdeutlicht, dass die Widerstände R nicht zwingend controller-interne Widerstände sein müssen, sondern auch controller-extern mit den Eingangsanschlüssen I, I1, I2, I3 verschaltet sein können. Dies wäre beispielsweise in 5 bei der Rechen- und Speichereinheit µC' der Fall. Es ist zu verstehen, dass der Widerstand bzw. mehrere Widerstände R (z. B. Pull-Up/Pull-Down) grundsätzlich auch bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Bedienelements 1 vorgesehen sein kann/können.With the control element 3 each electrode S1, S2, S3 is also each with a separate input connection I1, I2, I3 of the evaluation unit µC electrically connected. Furthermore, there is a separate analog-digital converter ADC1, ADC2, ADC3 for each input connection I1, I2, I3 for the optional determination of the electrical potential present at the respective input connection I1, I2, I3 U intended. However, the invention is not limited to the provision of multiple ADCs. So can only one ADC be provided, which can be connected to an input terminal I1, I2 or I3, respectively. This is in 5 illustrated by the dashed outlines around the ADC2 and ADC3. Is also in 5 illustrates that the resistances R. not necessarily have to be controller-internal resistors, but also controller-external with the input connections I. , I1, I2, I3 can be interconnected. For example, this would be in 5 the case with the computing and storage unit µC '. It should be understood that the resistor or several resistors R. (e.g. pull-up / pull-down) basically also with the in 1 illustrated embodiment of the control element 1 can be provided.

In 6 sind in zwei Ansichten (a) und (b) jeweils drei Spannungs-Zeit-Diagramme zum Bestimmen von Potentialwerten der mehreren Elektroden S1, S2, S3 des kapazitiven Bedienfelds 4 des Bedienelements 3 aus 5 dargestellt. Die parallele, zeitgleiche Ansteuerung der Elektroden S1, S2, S3 geht aus dem Spannungsverlauf der Spannungs-Zeit-Diagramme der Ansichten (a) und (b) jeweils unmittelbar hervor. Der Unterschied zwischen den Ansichten (a) und (b) der 6 ist darin zu sehen, dass in der Ansicht (a) nach dem Erreichen einer vorbestimmten Potentialstufe die Potentiale der Elektroden S1, S2 und S3 mittels eines einzigen ADC der Reihe nach (zeitversetzt) ermittelt werden. Obwohl nur ein einziger ADC vorgesehen ist, lässt sich die Abtastzeit der mehreren Elektroden S1, S2 und S3 dennoch erheblich reduzieren, da das Einstellen der jeweiligen Potentialstufe wesentlich mehr Zeit erfordert als das Bestimmen der Potentialwerte der einzelnen Elektroden S1, S2 und S3 durch den ADC, der hierzu lediglich wahlweise mit der jeweiligen Elektrode zu verbinden ist (z. B. über einen Multiplexer). Die Ansicht (a) entspricht damit einer Ausgestaltung des Bedienelements 3 aus 5 mit der Rechen- und Speichereinheit µC oder µC' und lediglich einem einzigen ADC, nämlich ADC1.In 6th are in two views (a) and (b) three voltage-time diagrams for determining potential values of the plurality of electrodes S1, S2, S3 of the capacitive control panel 4th of the control element 3 the end 5 shown. The parallel, simultaneous activation of the electrodes S1, S2, S3 can be seen directly from the voltage curve in the voltage-time diagrams of views (a) and (b). The difference between views (a) and (b) of the 6th it can be seen that in the view (a) after reaching a predetermined potential level, the potentials of the electrodes S1, S2 and S3 by means of a single ADC are determined one after the other (time-delayed). Although only one ADC is provided, the scanning time of the plurality of electrodes S1, S2 and S3 can nevertheless be reduced considerably, since the setting of the respective potential level requires considerably more time than the determination of the potential values of the individual electrodes S1, S2 and S3 by the ADC , which for this purpose only has to be optionally connected to the respective electrode (e.g. via a multiplexer). The view (a) thus corresponds to an embodiment of the control element 3 the end 5 with the computing and storage unit µC or µC 'and only one ADC , namely ADC1.

Ansicht (b) der 6 stellt den Fall dar, in dem die Potentialwerte der Elektroden S1, S2 und S3 zeitgleich bestimmt werden, da für jede Elektrode jeweils ein eigener ADC1, ADC2 und ADC3 vorgesehen ist, wie es bei der Ausgestaltung des Bedienelements 3 aus 5 mit der Rechen- und Speichereinheit µC oder µC' mit den drei ADCs, nämlich ADC1, ADC2, ADC3, dar Fall ist.View (b) of the 6th represents the case in which the potential values of electrodes S1, S2 and S3 are determined at the same time, since a separate ADC1, ADC2 and ADC3 is provided for each electrode, as is the case with the design of the control element 3 the end 5 with the computing and storage unit µC or µC 'with the three ADCs, namely ADC1, ADC2, ADC3, is the case.

7 stellt ein noch weiteres Ausführungsbeispiel eines Bedienelements 5 gemäß der Erfindung dar. Bei diesem Bedienelement 5 werden im Unterschied zu den Bedienelementen 3 und 1 der 5 bzw. 1 im kapazitiven Bedienfeld 6 die Elektrode S sowie eine mit dieser wechselwirkende Gegenelektrode S' angeordnet. 7th represents yet another embodiment of a control element 5 according to the invention. In this control element 5 are different from the controls 3 and 1 the 5 or. 1 in the capacitive control panel 6th the electrode S. as well as a counter electrode interacting with it S ' arranged.

8 stellt in Ansicht (a) ein Ablaufdiagramm eines noch weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Erkennen einer Benutzereingabe mit dem Bedienelement 5 aus 7 und in Ansicht (b) ein Spannungs-Zeit-Diagramm eines an den Elektroden S und S' des kapazitiven Bedienfelds 6 des Bedienelements 5 aus 7 anliegenden Potentials U bei Anwendung des Verfahrens aus Ansicht (a) dar. 8th shows in view (a) a flowchart of yet another exemplary embodiment of a method for recognizing a user input with the operating element 5 the end 7th and in view (b) a voltage-time diagram of one at the electrodes S. and S ' of the capacitive control panel 6th of the control element 5 the end 7th applied potential U when applying the procedure from view (a).

Insbesondere werden bei dem Verfahren nach 8(a) im kapazitiven Bedienfeld 6 die Elektrode S sowie eine mit dieser wechselwirkende Gegenelektrode S' angeordnet (vgl. auch 7), wobei die Verfahrensschritte iii. und iv. zweimal nacheinander ausgeführt werden, wie dies in 8(a) mit den Verfahrensschritten ii.bis und iii.bis angegeben ist. Die Gegenelektrode S' wird vor der zweiten Ausführung, das heißt vor Ausführung der Schritte iii.bis und iv.bis, elektrisch mit einem vorbestimmten elektrischen Potential, zum Beispiel GND, Vcc, o. ä., verbunden und ansonsten von diesem elektrischen Potential getrennt. Das elektrische Verbinden der Gegenelektrode S' mit dem vorbestimmten Potential erfolgt vor der Ausführung des Schritts iii.bis (zweite Ausführung) in dem controller-spezifischen Teilschritt µC(iv), das elektrische Trennen der Gegenelektrode S' von dem vorbestimmten Potential nach der Ausführung des Schritts iv.bis (zweite Ausführung) in dem controller-spezifischen Teilschritt µC(v).In particular, the method according to 8 (a) in the capacitive control panel 6th the electrode S. as well as a counter electrode interacting with it S ' arranged (see also 7th ), the process steps iii. and iv. be executed twice in a row as shown in 8 (a) with process steps ii.bis and iii.bis is indicated. The counter electrode S ' is electrically connected to a predetermined electrical potential, for example GND, Vcc, or the like, and is otherwise disconnected from this electrical potential before the second execution, i.e. before executing steps iii.bis and iv.bis. The electrical connection of the counter electrode S ' With the predetermined potential, before step iii.bis (second execution) is carried out in the controller-specific substep µC (iv), the counter-electrode is electrically isolated S ' from the predetermined potential after the execution of step iv.bis (second execution) in the controller-specific substep µC (v).

Während der Ausführung der Schritte iii. und iv. (erste Ausführung) ist die Gegenelektrode S' elektrisch mit keinem anderen elektrischen Potential verbunden (potentialfrei).While performing steps iii. and iv. (first version) is the counter electrode S ' electrically not connected to any other electrical potential (potential-free).

Der Potentialverlauf an der Elektrode S ist in 8(b) dargestellt. Zum Zeitpunkt t1 erfolgt die Ausführung des Verfahrensschritts iii. (erste Ausführung) und unmittelbar darauffolgend die Aktivierung der Gegenelektrode S', was durch den gestrichelten Rahmen in 8(b) gekennzeichnet ist. Wie zu erkennen ist, verändert die Aktivierung der Gegenelektrode S' den Potentialwert an der Elektrode S und zum Zeitpunkt t2 erfolgt die Ausführung des Verfahrensschritts iii.bis (zweite Ausführung). Aus der Kombination der beiden gemessenen Potentialwerte lassen sich insbesondere Rückschlüsse auf das Vorhandensein von Feuchtigkeit, Wasser und dergleichen auf dem Bedienfeld 6 des Bedienelements 5 ziehen und/oder Defekte am Bedienfeld 6 (z. B. Kontaktierungsdefekte einer in 7 nicht dargestellten Koppelfläche für die Elektroden S, S') erkennen.The potential curve at the electrode S. is in 8 (b) shown. Method step iii is carried out at time t1. (first version) and immediately afterwards the activation of the counter electrode S ' what by the dashed frame in 8 (b) is marked. As can be seen, the activation of the counter electrode changes S ' the potential value at the electrode S. and at time t2, method step iii.bis (second execution) is carried out. From the combination of the two measured potential values, in particular, conclusions can be drawn about the presence of moisture, water and the like on the control panel 6th of the control element 5 pull and / or defects on the control panel 6th (e.g. contact defects of an in 7th coupling surface, not shown, for the electrodes S. , S ' ) detect.

Das hierin offenbarte erfindungsgemäße Verfahren zum Erkennen einer Benutzereingabe an einem kapazitiven Bedienelement sowie das erfindungsgemäße Bedienelement sind nicht auf die hierin entsprechend offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen jeweils auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen, die sich aus technisch sinnvollen weiteren Kombinationen der hierin beschriebenen Merkmale sowohl des Verfahrens als auch der Vorrichtung ergeben. Insbesondere sind die hierin in der allgemeinen Beschreibung und der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen nicht nur in den jeweils hierin explizit angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The method according to the invention disclosed herein for recognizing a user input on a capacitive operating element and the operating element according to the invention are not limited to the embodiments disclosed herein, but each also include other embodiments which have the same effect and which result from technically meaningful further combinations of the features of the method described herein as well as the device. In particular, the features and feature combinations mentioned herein in the general description and the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respective combinations explicitly specified herein, but also in other combinations or alone, without falling within the scope of the present invention leaving.

In besonders bevorzugter Ausführung werden das erfindungsgemäße Verfahren sowie das erfindungsgemäße Bedienelement in Kraftfahrzeugen zur benutzereigenen Steuerung von Kraftfahrzeugkomponenten verwendet, insbesondere mittels Touch-Eingabe über beispielsweise Touchscreens.In a particularly preferred embodiment, the method according to the invention and the operating element according to the invention are used in motor vehicles for the user's own control of motor vehicle components, in particular by means of touch input via, for example, touch screens.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: BedienelementControl element
22: Kapazitives BedienfeldCapacitive control panel
33: BedienelementControl element
44th: Kapazitives BedienfeldCapacitive control panel
55: BedienelementControl element
66th: Kapazitives Bedienfeld Capacitive control panel
ADC, ADC...ADC, ADC ...: Analog-Digital-WandlerAnalog-to-digital converter
CC.: Kapazitätcapacity
CfCf: Kapazität von FCapacity of F
Cp...Cp ...: Parasitäre KapazitätParasitic capacity
Cs...Cs ...: Kapazität von S...Capacity from S ...
FF.: Fingerfinger
GNDGND: Erd-/MassepotentialEarth / ground potential
I, I...I, I ...: EingangsanschlussInput connector
µC, µC'µC, µC ': Auswerteeinheit / elektronische Rechen- und SpeichereinheitEvaluation unit / electronic computing and storage unit
µsµs: MikrosekundenMicroseconds
NN: Anzahl MesszyklenNumber of measuring cycles
RR.: Widerstandresistance
t, t...t, t ...: ZeitTime
TT: Messperiode mit N MesszyklenMeasurement period with N measurement cycles
ΔtΔt: AusführungsdauerExecution time
S, S...S, S ...: Kapazitiver Sensor / ElektrodeCapacitive sensor / electrode
S'S ': GegenelektrodeCounter electrode
ΣΣ: Summe von Potentialwerten derselben MessperiodeSum of potential values of the same measuring period
U, U...U, U ...: Elektrisches Potential / elektrische SpannungElectric potential / voltage
ΔUΔU: PotentialänderungChange in potential
VV: Voltvolt
VccVcc: Von GND verschiedenes elektrisches PotentialOf GND different electrical potential

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 8836350 B2 [0002]

Claims

Control element for recognizing a user input, having at least one capacitive control panel (2, 4, 6) with at least one electrode (S, S ', S1, S2, S3) and one with the electrode (S, S', S1, S2, S3 ) electrically connected evaluation unit (µC, µC '), characterized in that the evaluation unit (µC, µC') is designed to carry out a method with the following steps: i. Setting the electrode (S, S1, S2, S3) to a predetermined electrical starting potential (GND, Vcc), ii. for this and the following steps iii. to v. either always applying or always removing electrical charge to or from the electrode (S, S1, S2, S3) for a predetermined execution time (Δt), iii. Determining a potential value representing the electrical potential (U) of the electrode (S, S1, S2, S3) after the execution time (Δt), iv. Storing the previously determined potential value, v. Repeat steps ii. to iv. a predetermined number (N) measuring cycles often forming a measuring period (T), vi. Evaluating the in steps ii. to iv. stored potential values with regard to deviations of the stored potential values from those in step ii. predetermined potential values which are to be expected without user input in order to recognize the user input and, if necessary, to signal it, and vii. Repeat the previous steps from step i.

Control element according to the preceding claim, characterized in that the evaluation unit (µC, µC ') is designed as an electronic computing and storage unit which has at least one input terminal that can be temporarily switched to a predetermined electrical potential (GND, Vcc) via a resistor (R) (I, II, 12, 13), which is electrically connected to the electrode (S, S1, S2, S3), and at least one analog-to-digital converter (ADC, ADC1, ADC2, ADC3) with which the am Input terminal (I, 11, 12, 13) applied electrical potential (U) can optionally be determined, wherein a potential value representing the determined electrical potential (U) can be stored in the memory unit.

Control element according to the preceding claim, characterized in that the resistor (R) is an internal resistor of the electronic computing and storage unit (µC, µC ').

Control element according to one of the two preceding claims, characterized in that the analog-digital converter (ADC, ADC1, ADC2, ADC3) is an internal analog-digital converter of the electronic computing and storage unit (µC, µC ').

Control element according to one of the four preceding claims, characterized in that several electrodes (S1, S2, S3) are arranged spatially close to one another, each electrode (S1, S2, S3) each having a separate input connection (11, 12, 13) of the Evaluation unit (µC, µC ') is electrically connected.

Control element according to the preceding claim, characterized in that for each input connection (I, 11, 12, 13) a separate analog-digital converter (ADC, ADC1, ADC2, ADC3) for the optional determination of the input connection (I, 11, 12, 13) applied electrical potential (U) is provided.

Operating element according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (µC, µC ') is designed to carry out the evaluation in step vi. includes the formation of a sum (Σ) of the stored potential values of the same measurement period (T) and the sum formed (Σ) is used as a comparison variable for recognizing the user input.

Control element according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (µC, µC ') is designed so that the in step ii. predetermined execution time (Δt) is selected so that the potential change (ΔU) on the electrode (S, S1, S2, S3) caused by the change in charge during the execution time (Δt) is always greater than a potential change that can be caused by a user input the electrode (S, S1, S2, S3).

Control element according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (µC, µC ') is designed so that the in step iv. certain potential value and optionally all subsequent potential values of the same measuring period (T) is / are not saved if the difference between the certain potential value of a current measuring cycle and the certain potential value of a previous measuring cycle of the same measuring period (T) is greater than that resulting from step ii. caused change in potential (ΔU).

Control element according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (µC, µC ') is designed so that the in step ii. predetermined execution duration (Δt) for the first measurement cycle is selected to be greater than for the subsequent measurement cycles of the same measurement period (T).

Control element according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (µC, µC ') is designed so that the electrode (S, S1, S2, S3) at the beginning of step ii. is set to a predetermined intermediate electrical potential (GND, Vcc).

Control element according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (µC, µC ') is designed so that before step vi. the steps ii. to v. be carried out twice in succession, with electrical charge being applied to the electrode (S, S1, S2, S3) with each measurement cycle during the first execution and electrical charge from the electrode (S, S1, S2) with each measurement cycle during the second execution , S3) or vice versa.

Control element according to one of the preceding claims, characterized in that several electrodes (S1, S2, S3) are arranged in at least adjacent mutually interacting, spatially dense manner and the evaluation unit (µC, µC ') is designed so that the steps i. to vii. with the electrodes (S1, S2, S3) are carried out at the same time.

Control element according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode (S) and a counter-electrode (S ') interacting therewith are arranged in the capacitive control panel (6) and the evaluation unit (µC, µC') is designed to perform the steps iii. and iv. are carried out twice in succession, the counter electrode (S ') being electrically connected to a predetermined electrical potential (GND, Vcc) during the second embodiment and otherwise being separated from this electrical potential.

Control element according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (µC, µC ') is designed as an electronic computing and storage unit and is set up to carry out all steps i. to vii. to execute.

Control element according to the preceding claim, characterized in that the computing and storage unit (µC) also has an input connection (I, I1, I2, I3) to which the electrode (S, S1, S2, S3) is electrically connected and further a resistor (R) is provided, and the evaluation unit (μC, μC ') is designed so that step ii. is carried out by means of the input connection by electrically connecting the input connection (I, I1, I2, I3) for the execution period (Δt) via the resistor (R) to an electrical target potential (GND, Vcc) different from the initial potential (GND, Vcc) and is otherwise electrically isolated from the target potential (GND, Vcc).

Control element according to one of the two preceding claims, characterized in that the computing and storage unit (µC) also has an analog-digital converter (ADC, ADC1, ADC2, ADC3) and the evaluation unit (µC, µC ') is designed to that step iii. is carried out by means of the computing and storage unit (µC).

Control element according to the two preceding claims, characterized in that the analog-to-digital converter (ADC, ADC1, ADC2, ADC3) in step iii. the electrical potential applied to the input connection (I, I1, I2, I3) is determined.

Method for recognizing user input on an operating element (1, 3, 5) which has at least one capacitive operating panel (2, 4, 6) with at least one electrode (S, S ', S1, S2, S3) and one with the electrode ( S, S ', S1, S2, S3) electrically connected evaluation unit (µC, µC'), comprising the steps: viii. Setting the electrode (S, S1, S2, S3) to a predetermined electrical starting potential (GND, Vcc), ix. for this and the following steps iii. to v. either always applying or always removing electrical charge to or from the electrode (S, S1, S2, S3) for a predetermined execution time (Δt), x. Determining a potential value representing the electrical potential (U) of the electrode (S, S1, S2, S3) after the execution time (Δt), xi. Saving the previously determined potential value, xii. Repeat steps ii. to iv. a predetermined number (N) measuring cycles often forming a measuring period (T), xiii. Evaluating the in steps ii. to iv. stored potential values with regard to deviations of the stored potential values from those in step ii. predetermined potential values which are to be expected without user input in order to recognize the user input and, if necessary, to signal it, and xiv. Repeat the previous steps from step i.

Method according to the preceding claim, characterized in that the evaluation in step vi. includes the formation of a sum (Σ) of the stored potential values of the same measurement period (T) and the sum formed (Σ) is used as a comparison variable for recognizing the user input.

Method according to one of the preceding Claims 19 or 20th , characterized in that the in step ii. predetermined execution time (Δt) is selected so that the change in potential (ΔU) at the electrode (S, S1, S2, S3) caused by the change in charge during the execution period (Δt) between two measurement cycles is always greater than a change in potential of the electrode that can be brought about by a user input (S, S1, S2, S3).

Method according to one of the preceding Claims 19 until 21 , characterized in that the in step iv. certain potential value and optionally all subsequent potential values of the same measuring period (T) is / are not saved if the difference between the certain potential value of a current measuring cycle and the certain potential value of a previous measuring cycle of the same measuring period (T) is greater than that resulting from step ii. caused change in potential (ΔU).

Method according to one of the preceding Claims 19 until 22nd , characterized in that the in step ii. predetermined execution duration (Δt) for the first measurement cycle is selected to be greater than for the subsequent measurement cycles of the same measurement period (T).

Method according to one of the preceding Claims 19 until 23 , characterized in that the electrode (S, S1, S2, S3) at the beginning of step ii. is set to a predetermined intermediate electrical potential (GND, Vcc).

Method according to one of the preceding Claims 19 until 24 , characterized in that before step vi. the steps ii. to v. be carried out twice in succession, with electrical charge being applied to the electrode (S, S1, S2, S3) with each measurement cycle during the first execution and electrical charge from the electrode (S, S1, S2) with each measurement cycle during the second execution , S3) or vice versa.

Method according to one of the preceding Claims 19 until 25th , characterized in that a plurality of electrodes (S1, S2, S3) are arranged in at least adjacent mutually interacting, spatially dense manner and the steps i. to vii. with the electrodes (S1, S2, S3) are carried out at the same time.

Method according to one of the preceding Claims 19 until 26th , characterized in that the electrode (S) and a counter-electrode (S ') interacting therewith are arranged in the capacitive control panel (6), steps iii. and iv. are carried out twice in succession, the counter electrode (S ') being electrically connected to a predetermined electrical potential (GND, Vcc) during the second embodiment and otherwise being separated from this electrical potential.

Method according to one of the preceding Claims 19 until 27 , characterized in that the evaluation unit (µC, µC ') is designed as an electronic computing and storage unit and is set up to carry out all steps i. to vii. to execute.

Method according to the preceding claim, characterized in that step ii. by means of an input connection (I, I1, I2, I3) of the computing and storage unit (µC), to which the electrode (S, S1, S2, S3) is electrically connected, by the input connection (I, I1, I2 , I3) is electrically connected via a resistor (R) to an electrical target potential (GND, Vcc) different from the initial potential (GND, Vcc) for the execution period (Δt) and is otherwise electrically isolated from the target potential (GND, Vcc).

Method according to one of the two preceding claims, characterized in that step iii. is carried out by means of an analog-to-digital converter (ADC, ADC1, ADC2, ADC3) of the computing and storage unit (µC).

Method according to both of the preceding claims, characterized in that the analog-digital converter (ADC, ADC1, ADC2, ADC3) in step iii. the electrical potential applied to the input connection (I, 11, 12, 13) is determined.