CN100409162C - 移动侦测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动侦测系统，是由感应面板区、多个切换单元、侦测单元以及控制单元所组成。感应面板上设有多个金属感应区，且各金属感应区被依序设定为侦测感应区。每一金属感应区电气连接至一个切换单元，借以切换各金属感应区的电位。侦测单元在侦测阶段时计算该侦测感应区的电荷恢复时间，以产生一侦测结果信号。控制单元根据侦测单元所输出的侦测结果信号产生移动信号。本发明还公开了一种移动侦测方法。本发明利用电容效应特性与简单的硬件配置，侦测手指于感应面板上的移动，可用于选项及方位控制。

Description

移动侦测系统及方法

技术领域

本发明涉及感应面板(touch panel)，尤其涉及一种移动侦测(motion detection)系统与方法。

背景技术

一般而言，每个人体本身对地均具有大小不同的等效电容值(equivalent capacitance)。因此，当人体的手指触摸到感应面板的按键(key)或金属垫片(pad)时，会改变触摸到的金属垫片的有效(effective)电容值。即使人体没有接触到感应面板，感应面板电路依然会产生一些寄生电容(parasitic capacitance)。许多传统感应面板利用上述的电容效应特性，并根据杂散电容充放电次数来感测人体是否接近或触摸感应面板的按键或垫片。

图1为传统移动侦测系统的配置图。图2为传统移动侦测方法的流程图。

请参照图1，传统移动侦测系统100包含时序控制器120、多个金属垫片101～10N(N＞1，N为正整数)、计次单元130、多个切换器151～15N以及控制单元140。时序控制器120产生不同的控制信号至各切换器，以控制切换器的切换位置。在没有人体触摸的情况下，先将任一垫片(假设是垫片101)所属的切换器151接到高电位Vcc，同时将其它垫片10n(1≤n≤N，n为正整数)所属的切换器152～15N接地。此时，高电位Vcc会对垫片101与垫片102所产生的寄生电容C₁₂充电。接着，将切换器151(或垫片101)浮接，使寄生电容C₁₂透过各电阻R(图中未显示)自然放电。在一段预设时间T内重复上述的步骤，以记录最后测得的充放电次数M_ref。另一方面，当手指触摸或接近垫片101时，会与各垫片10n之间产生大小不等的寄生电容C₁～C_N，继而改变垫片101的有效电容值，最后影响垫片101的充放电次数，其中，电压V_b为人体所接触的大地电压。

请参照图2，传统感应面板所使用的移动侦测方法包含以下步骤：首先，在步骤S201中，在确定没有人体触摸的情况下，以及在一段预设时间T内，计算并记录垫片的平均充放电次数M_ref。接着，在步骤S202中，在未知是否有人体触摸的情况下，同样在预设时间T内，分别计算出各垫片的充放电次数。然后，在步骤S203中，分别比较各垫片的充放电次数M₁～M_N与平均充放电次数M_ref，以判断各垫片的充放电次数M₁～M_N与平均充放电次数M_ref之间的差距是否足够大，进而确定有无人体触摸或接近垫片。若确定有人体触摸，在步骤S204中，系统则执行相关处理。若无人体触摸，则回到步骤S202。

然而，传统移动侦测技术在感测时的有效电容值(或电容效应)受外界噪声或外界环境因素的干扰过大，同时，由于每个人的身体所带有的等效电容值大小不一，以及无法实时动态校正，造成该移动侦测技术的准确度以及在不同人使用时相关性过大的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种移动侦测系统，利用简单的硬件配置，提高整体电路的抗噪声能力。

为达成上述目的，本发明提供了一种移动侦测系统，是由感应面板、多个切换单元、侦测单元以及控制单元所组成。此感应面板具有多个金属感应区，而且所述多个金属感应区被依序设定为侦测感应区。每一切换单元电气连接至对应的金属感应区，且根据控制信号将所连接的金属感应区浮接或电气连接至第一电压或第二电压；侦测感应区在充电阶段被连接至第一电压，同时，其余的金属感应区被连接至第二电压。而当侦测感应区在侦测阶段呈浮接状态时，其余的金属感应区被连接至第一电压。侦测单元根据该控制信号的状态、侦测感应区的电压与预设参考电压，在侦测阶段时计算该侦测感应区的放电时间以产生侦测结果信号。以及，该控制单元产生预设参考电压与控制信号，并且根据侦测单元所输出的侦测结果信号产生移动信号。

本发明要解决的技术问题还在于提供一种移动侦测方法，利用感应面板来作为输入单元并产生移动信号且该感应面板包含多个金属感应区，该移动侦测方法包含以下四个步骤：设定步骤，将多个金属感应区依序设定为侦测感应区；充电步骤，将侦测感应区连接至第一电压，同时其余的金属感应区被连接至第二电压；侦测步骤，将侦测感应区浮接，同时其余的金属感应区被连接至第一电压，并根据侦测感应区的电压与预设参考电压计算该侦测感应区的放电时间，以产生侦测结果信号；以及，控制步骤，根据侦测结果信号产生移动信号。

本发明利用电容效应特性，比较感应面板自然充放电的现象与人体触摸感应面板时现象的差异，来检测人体于感应面板上的移动。本发明的一个特色是在侦测阶段时，将侦测感应区浮接的同时，将其余的金属感应区连接至高电位V_CC，若此时有人触摸侦测感应区，其余金属感应区的高电位Vcc会对侦测感应区周围的寄生电容充电，使寄生电容产生了作用，因此整体电路抗噪声能力提高。本发明的另一个特色是根据各侦测感应区的放电时间长度T_con，来动态调整平均放电时间参考值T_ref与预设参考电压V_ref，来因应每个人的身体所带有的等效电容值大小不一、或者测量环境背景的差异等等外界环境因素的影响，以防止误动作或是误触发状况。

附图说明

图1为传统移动侦测系统的配置图。

图2为传统移动侦测方法的流程图。

图3A为本发明的移动侦测系统的架构方块图。

图3B为本发明的侦测单元的一个架构方块图。

图3C为本发明的移动侦测系统的架构方块图的另一实施例。

图4A为根据本发明的一个实验结果，比较本发明的放电时间曲线T_con与动态调整的放电时间参考值曲线T_ref。

图4B为根据本发明的另一个实验结果，比较本发明的放电时间曲线T_con与动态调整的放电时间参考值曲线T_ref。

图5为本发明的移动侦测方法的流程图。

具体实施方式

图3A为本发明的移动侦测系统的架构方块图。请参照图3A，本发明的移动侦测系统是由感应面板310、多个切换单元151～15N(N≥2，N为正整数)、侦测单元330以及控制单元340所组成。感应面板310具有多个金属感应区301～30N，操作时，各金属感应区被依序设定为侦测感应区。每一切换单元15n(1≤n≤N，n为正整数)电气连接至对应的金属感应区，并且根据控制信号将所连接的金属感应区浮接或电气连接至工作电压V_CC或接地电压GND。当金属感应区被设定为侦测感应区时，在充电阶段，其相对应的切换单元将该侦测感应区连接至工作电压V_CC，同时，其余的切换单元将其相对应的金属感应区连接至接地电压GND。在侦测阶段时，侦测感应区相对应的切换单元，令该侦测感应区呈现浮接状态，其余的切换单元则将其相对应的金属感应区连接至工作电压V_CC。侦测单元330根据控制信号的状态、侦测感应区的电压与预设参考电压V_ref，在侦测阶段时计算该侦测感应区的放电时间T_con以产生一侦测结果信号。控制单元340除了产生预设参考电压V_ref与控制信号之外，并根据侦测单元330所输出的侦测结果信号产生一移动信号。

以金属感应区301设定为侦测感应区为例，在充电阶段时，除了金属感应区301被连接到高电位V_CC之外，其余的金属感应区均接地。此时，若无人触摸金属感应区301，被连接到高电位V_CC的金属感应区301只会对寄生电容C₁₂充电。若有人触摸金属感应区301，被连接到高电位V_CC的金属感应区301会同时对寄生电容C₁与C₁₂充电(假设手指触摸或接近金属感应区301时，会与各金属感应区302～30N之间产生大小不等的寄生电容C₁～C_N)，寄生电容C₂几乎没有作用，因此噪声的干扰相对较大。在侦测阶段时，被设定为侦测感应区的金属感应区301浮接，其余的金属感应区302～30N均被连接到高电位V_CC。此时，若无人触摸金属感应区301，被连接到高电位V_CC的金属感应区302只对寄生电容C₁₂充电。若此时有人触摸金属感应区301，金属感应区302的高电位Vcc会对寄生电容C₁、C₂与C₁₂充电，C₂产生了作用，因此整体电路抗噪声能力提高。

侦测单元330有两种实施样式，第一种实施样式的侦测单元330包含多个电压侦测器331，分别连接至对应的金属感应区。各电压侦测器331则根据控制信号的状态来激活侦测。第二种实施样式的侦测单元330包含多任务器332与电压侦测器331，电压侦测器331的输入端连接至多任务器的输出端332。请参照图3B，多任务器332的输入端连接至各金属感应区，并根据该控制信号的状态将侦测感应区的电压输出。

依回路定理可推导出放电时侦测感应区的电压

$i\×R+\frac{q}{C_{\mathrm{eq}}}=0\⇒\∫\frac{\mathrm{dq}}{q}=\∫-\frac{\mathrm{dt}}{R{C}_{\mathrm{eq}}}\⇒,q=B{e}^{-t/R{C}_{\mathrm{eq}}}$

(当t＝0时，q＝q₀＝εC_eq)， $B=\mathrm{\ϵ}{C}_{\mathrm{eq}}\⇒,q=\mathrm{\ϵ}{C}_{\mathrm{eq}}{e}^{-t/{\mathrm{RC}}_{\mathrm{eq}}}\⇒V_{\mathrm{con}}=\frac{q}{C_{\mathrm{eq}}}=\mathrm{\ϵ}\×t^{-t/{\mathrm{RC}}_{\mathrm{eq}}}$

其中，C_eq为金属感应区的等效电容值，会依人体是否触摸、或者测量环境背景不同而有所差异，ε＝V_CC。放电电阻R(图中未显示)连接至各金属感应区，其另一端接地。侦测阶段中当t＝0时，也就是侦测感应区刚开始放电时的电压V_con＝ε，侦测感应区的等效电容值越大，V_con越小。各金属感应区被依序分别设定为侦测感应区，当各侦测感应区由电压V_con＝ε放电至V_con＝V_ref时，分别记录各侦测金属感应区的放电时间长度，并将其平均以得到侦测金属感应区的平均放电时间参考值T_ref。

在确定没有人体触摸的情况下，本发明先计算出所有侦测感应区的平均放电时间参考值T_ref，也就是在充电阶段先将侦测感应区连接至工作电压V_CC，同时，其余的金属感应区连接至接地电压GND。接着，将侦测感应区浮接，同时其余的金属感应区连接至工作电压V_CC，并根据侦测感应区的电压与预设参考电压V_ref以计算各侦测感应区的放电时间长度，并将其平均以得到所有侦测感应区的平均放电时间参考值T_ref。

在未知是否有人体触摸的情况下，侦测单元330于侦测阶段开始侦测时，依序计算各侦测感应区放电至电压等于预设参考电压V_ref的放电时间长度T_con。侦测单元330分别比较各金属感应区的放电时间长度T_con与平均放电时间参考值T_ref之间的时间差距是否大于时间临界值T_th(误差范围)，以判断是否有人体触摸。若任一侦测感应区的放电时间长度T_con与平均放电时间参考值T_ref之间的时间差距大于时间临界值T_th，表示有人体触摸，侦测单元330将侦测结果信号致能。反之，若侦测感应区的放电时间长度T_con与平均放电时间参考值T_ref之间的时间差距均小于时间临界值T_th，表示无人触摸，侦测单元330将侦测结果信号禁能。同时，移动侦测系统300亦分别根据各侦测感应区的放电时间长度T_con，来修正平均放电时间参考值T_ref与预设参考电压V_ref。由于每个人的身体所带有的等效电容值大小不一、或者测量环境背景的差异等等外界环境因素的影响，必须动态调整平均放电时间参考值T_ref与预设参考电压V_ref，以防止误动作或是误触发状况。

图3C是本发明的移动侦测系统的架构方块图的另一实施例。图3C的移动侦测系统300’与图3A的移动侦测系统300大致上相同，唯一不同之处是图3C的移动侦测系统300’在充电阶段时侦测感应区经由切换单元接地，而其它感应面板经由切换单元接到工作电压Vcc。之后，在侦测阶段时，侦测感应区经由切换单元切换成浮接，而其它感应面板经由切换单元接地。其余的动作方式均相同。所以，移动侦测系统300’与移动侦测系统300的差异是电容的充放电方向相反。

图4A为根据本发明的一个实验结果，比较本发明的放电时间曲线T_con与动态调整的放电时间参考值曲线T_ref。图4B为根据本发明的另一个实验结果，比较本发明的放电时间曲线T_con与动态调整的放电时间参考值曲线T_ref。

请参照图4A，当人体靠近感应面板时，金属感应区的等效电容值C_eq增加，所以放电时间T_con增加。移动侦测系统300会依据放电时间曲线T_con来动态调整放电时间参考值曲线T_ref，该放电时间参考值曲线T_ref并具有上升慢、下降快的特性。根据此特性，当手放在金属感应区一段足够长的时间后，放电时间参考值曲线T_ref会修正得与放电时间曲线T_con一致(如图4B所示)，此时，由于两条曲线之间无差异，侦测单元330反而会判断为没有人体碰触。

移动侦测系统300中，每一控制信号的致能期间(enable period)均分开、不重叠，因此可单独设定并测量侦测感应区的充放电时间。金属感应区可以利用金属垫片、或金属按键、或一般的I/O接脚(pin)来实施。

图5为本发明的移动侦测方法的流程图。本发明的移动侦测方法，是利用感应面板310来作为输入单元并产生移动信号，且该感应面板310包含多个金属感应区301～30N。该移动侦测方法包含以下四个步骤：首先，在步骤S501中，将多个金属感应区301～30N依序设定为侦测感应区。接着，在步骤S502中，将侦测感应区连接至工作电压V_CC，同时，其余的金属感应区连接至接地电压GND。假设将金属感应区301设定为侦测感应区而言，此时，若无人触摸，高电位V_CC只会对寄生电容C₁₂充电。若有人触摸金属感应区301，连接至高电位V_CC的金属感应区301会对寄生电容C₁与C₁₂充电(假设手指触摸或接近金属感应区301时，会与各金属感应区30n之间产生大小不等的寄生电容C₁～C_N)，对寄生电容C₂则几乎没有作用。此时，除了金属感应区301为高电位之外，其余的金属感应区均接地，所以寄生电容C₂几乎没有作用，故噪声的干扰相对较大。

然后，在步骤S503中，将侦测感应区浮接，同时其余的金属感应区连接至工作电压V_CC，并根据侦测感应区的电压与预设参考电压V_ref计算该侦测感应区的放电时间T_con，以产生侦测结果信号。假设将金属感应区301设定为侦测感应区而言，此时，若无人触摸，连接至高电位V_CC的金属感应区302只对寄生电容C₁₂充电。若此时有人触摸侦测感应区301，金属感应区302的高电位Vcc会对周围的寄生电容C₁、C₂与C₁₂充电，C₂产生了作用，因此整体电路抗噪声能力提高。

最后，在步骤S504中，根据侦测结果信号来产生移动信号。

在确定没有人体触摸的情况下，本发明先利用步骤502与503的方法，计算出所有侦测感应区的平均放电时间参考值T_ref。也就是先将侦测感应区连接至工作电压V_CC，同时，其余的金属感应区连接至接地电压GND。接着，将侦测感应区浮接，同时其余的金属感应区连接至工作电压V_CC，并根据侦测感应区的电压与预设参考电压V_ref以计算各侦测感应区的放电时间长度，并将其平均以得到所有侦测感应区的平均放电时间参考值T_ref。

在步骤S503中，开始侦测时，在未知是否有人体触摸的情况，侦测单元330依序计算各侦测感应区放电至电压等于预设参考电压V_ref的放电时间长度T_con。侦测单元330分别比较各金属感应区的放电时间长度T_con与平均放电时间参考值T_ref之间的时间差距是否大于时间临界值T_th(误差范围)，以判断是否有人体触摸。若任一侦测感应区的放电时间长度T_con与平均放电时间参考值T_ref之间的时间差距大于时间临界值T_th，表示有人体触摸，侦测单元330将侦测结果信号致能。反之，若侦测感应区的放电时间长度T_con与平均放电时间参考值T_ref之间的时间差距均小于时间临界值T_th，表示无人触摸，侦测单元330将侦测结果信号禁能。同时，移动侦测系统300亦分别根据各侦测感应区的放电时间长度T_con，来修正平均放电时间参考值T_ref与预设参考电压V_ref。由于每个人的身体所带有的等效电容值大小不一、或者测量环境背景的差异等等外界环境因素的影响，必须动态调整平均放电时间参考值T_ref与预设参考电压V_ref，以防止误动作或是误触发状况。

移动侦测系统300在步骤S504中的运作方式以下面的例子作说明。假设，移动侦测系统300只有四个金属感应区，亦即n＝4，并且，控制单元340在收到被致能的侦测结果信号后，将相对应的位设为1，否则设为0。倘若第一回合的字节合是1000，即金属感应区301有检测到人体触摸，其余则无。第二回合的字节合是0100，第三回合的字节合是0010，第四回合的字节合是0001。从字节合的变化，控制单元340就知道使用者的手是从金属感应区301一路滑到金属感应区304，确定有移动现象发生，即产生移动信号，该移动信号中可包含移动的方位资料、或者是选项资料(即不移动时)等等，系统可采取相对应的后续处理，例如控制音量的大小声等等。

需注意的是，上述的作法是对侦测感应区先充电再放电，接着，其余金属感应区再充电，以测量侦测感应区的电压V_con拉低至等于预设参考电压V_ref时的放电时间T_con。应用上，移动侦测系统300也可执行相反动作，也就是对侦测感应区先放电再充电，接着，其余金属感应区再放电，以测量侦测感应区的电压V_con拉高至等于预设参考电压V_ref时的充电时间T_con1，称之为预设充电方式。因此，移动侦测系统300也可利用预设充电方式来测量各金属感应区的充电时间T_con1，来判断是否有人体的接触。

以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，只要不脱离本发明的要旨，本领域的普通技术人员可进行各种变形或变更。

Claims (19)

1. 一种移动侦测系统，其特征在于，包含：

感应面板，具有多个金属感应区，且所述多个金属感应区被依序设定为侦测感应区；

多个切换单元，每一切换单元电气连接至对应的所述金属感应区，且根据控制信号将所连接的金属感应区浮接或电气连接至第一电压或第二电压，所述侦测感应区在准备阶段被连接至所述第一电压，其余的金属感应区被连接至所述第二电压，而所述侦测感应区在侦测阶段呈浮接状态，其余的金属感应区被连接至所述第一电压；

侦测单元，根据所述控制信号的状态、侦测感应区的电压与预设参考电压，在所述侦测阶段时计算该侦测感应区的电荷恢复时间，以产生侦测结果信号；以及

控制单元，产生所述预设参考电压与所述控制信号，且根据侦测单元所输出的侦测结果信号产生移动信号。

2. 如权利要求1所述的移动侦测系统，其特征在于，所述侦测单元包含多个电压侦测器，分别连接至对应的金属感应区。

3. 如权利要求1所述的移动侦测系统，其特征在于，所述侦测单元包含：

多任务器，其输入端连接至所述金属感应区，并根据所述控制信号将所述侦测感应区的电压输出；以及

电压侦测器，连接至所述多任务器的输出端。

4. 如权利要求1、2或3所述的任一项移动侦测系统，其特征在于，所述准备阶段为充电阶段，所述电荷恢复时间为放电时间。

5. 如权利要求4所述的移动侦测系统，其特征在于，所述第一电压为工作电压，所述第二电压为接地电压。

6. 如权利要求1、2或3所述的任一项移动侦测系统，其特征在于，所述准备阶段为放电阶段，所述电荷恢复时间为充电时间。

7. 如权利要求6所述的移动侦测系统，其特征在于，所述第一电压为接地电压，所述第二电压为工作电压。

8. 一种移动侦测方法，利用感应面板来作为输入单元并产生移动信号且所述感应面板包含多个金属感应区，其特征在于，包含以下步骤：

将多个金属感应区依序设定为侦测感应区；

充电步骤，将所述侦测感应区连接至第一电压，而其余的金属感应区被连接至第二电压；以及

侦测步骤，将所述侦测感应区浮接，而其余的金属感应区被连接至所述第一电压，并根据侦测感应区的电压与预设参考电压计算所述侦测感应区的放电时间，以产生侦测结果信号；以及

控制步骤，根据所述侦测结果信号产生所述移动信号。

9. 如权利要求8所述的移动侦测方法，其特征在于，所述侦测步骤中，当侦测感应区的电压等于所述预设参考电压时，停止计算所述侦测感应区的放电时间。

10. 如权利要求8所述的移动侦测方法，其特征在于，产生侦测结果信号具体包括：

计算各侦测感应区的放电时间后，比较各侦测感应区的放电时间与平均放电时间参考值之间的差距和时间临界值的大小关系，以判断是否有人体触摸，所述平均放电时间参考值由下述方式获得：在确定没有人体触摸的情况下，先将侦测感应区连接至第一电压，同时，其余的金属感应区连接至第二电压，接着，将侦测感应区浮接，同时其余的金属感应区连接至第一电压，并根据侦测感应区的电压与预设参考电压以计算各侦测感应区的放电时间长度，并将其平均以得到所有侦测感应区的平均放电时间参考值。

11. 如权利要求10所述的移动侦测方法，其特征在于，如果任意一个侦测感应区的放电时间与平均放电时间参考值之间的差距大于时间临界值，则表示有人体触摸，将侦侧结果信号致能；如果所有的侦测感应区的放电时间与平均放电时间参考值之间的差距都小于时间临界值，则表示无人触摸，将侦侧结果信号禁能。

12. 如权利要求10或11所述的移动侦测方法，其特征在于，还包含修正步骤，根据外界环境因素修正平均放电时间参考值与所述预设参考电压。

13. 如权利要求8所述的移动侦测方法，其特征在于，所述第一电压为工作电压，且所述第二电压为接地电压。

14. 一种移动侦测方法，利用感应面板来作为输入单元并产生移动信号且所述感应面板包含多个金属感应区，其特征在于，包含以下步骤：

将多个金属感应区依序设定为侦测感应区；

放电步骤，将所述侦测感应区连接至第一电压，而其余的金属感应区被连接至第二电压；以及

侦测步骤，将所述侦测感应区浮接，而其余的金属感应区被连接至所述第一电压，并根据侦测感应区的电压与预设参考电压计算所述侦测感应区的充电时间，以产生侦测结果信号；以及

控制步骤，根据所述侦测结果信号产生所述移动信号。

15. 如权利要求14所述的移动侦测方法，其特征在于，所述侦测步骤中，当侦测感应区的电压等于所述预设参考电压时，停止计算所述侦测感应区的充电时间。

16. 如权利要求14所述的移动侦测方法，其特征在于，产生侦测结果信号具体包括：

计算各侦测感应区的充电时间后，比较各侦测感应区的充电时间与平均充电时间参考值之间的差距和时间临界值的大小关系，以判断是否有人体触摸，所述平均充电时间参考值由下述方式获得：在确定没有人体触摸的情况下，先将侦测感应区连接至第一电压，同时，其余的金属感应区连接至第二电压，接着，将侦测感应区浮接，同时其余的金属感应区连接至第一电压，并根据侦测感应区的电压与预设参考电压以计算各侦测感应区的充电时间长度，并将其平均以得到所有侦测感应区的平均充电时间参考值。

17. 如权利要求16所述的移动侦测方法，其特征在于，如果任意一个侦测感应区的充电时间与平均充电时间参考值之间的差距大于时间临界值，则表示有人体触摸，将侦侧结果信号致能；如果所有的侦测感应区的充电时间与平均充电时间参考值之间的差距都小于时间临界值，则表示无人触摸，将侦侧结果信号禁能。

18. 如权利要求16或17所述的移动侦测方法，其特征在于，还包含修正步骤，根据外界环境因素修正平均充电时间参考值与所述预设参考电压。

19. 如权利要求14所述的移动侦测方法，其特征在于，所述第一电压为接地电压，且所述第二电压为工作电压。

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