CN100485596C - 一种用于电容式按键的自适应判决方法 - Google Patents

Abstract

一种用于电容式按键的自适应判决方法，该方法可判断电容式按键进入按键状态或退出按键状态，包括以下步骤：对检测信号进行滤波操作；基于初始化数值，获取初始状态的无按键参考基线；基于经验值，获取初始状态的噪音基线以及按键基线；通过所述噪音基线以及按键基线与滤波后的检测信号进行比较，判断按键进入按键状态或退出按键状态；对所述无按键参考基线、噪音基线以及按键基线进行自适应调整。

Description

一种用于电容式按键的自适应判决方法

技术领域

本发明涉及电容检测，尤其是一种用于触摸按键技术的电容判决方法。

背景技术

电容式触摸按键技术已经有很多年的发展，但是由于成本和稳定性方面的原因，直至近几年才开始在电子设备上大量流行，特别是在一些手机和家电设备中，其耐用、价格合理的优势更加明显，同时其全密封、平面化的外观给工业设计带来了一场全新的革命。

所有电容式触摸传感系统的核心部分都是一组与电场相互作用的导体。在皮肤下面，人体组织中充满了传导电解质(一种有损电介质)。正是手指的这种导电特性，使得电容式触摸传感成为可能。

在电容测量中，往往将电容信号转化为数字信号以便进一步处理，如电荷转移法、振荡频率法、恒流积分法、电抗电桥测量、恒流充电振荡法、衡压放电法等。高精度时间测量方法有D触发器延时法、游标尺法、时间伸展法、传递延时法等。

现有的电容式触摸按键，在使用中尚存在着以下缺陷：

1、电容式按键可能会应用于各种环境中，当环境湿度、温度的变化时，会使单位电容值引起的读数变化不同，此时使用一个灵敏度来适应所有的环境会比较困难；

2、实际使用中，面板的厚度、电容参数各不相同，现有技术中采用调整外围电路的方法设置按键的灵敏度和参考值，给设计带来难度和生产的不确定性，电路的重复利用率较差；

3、实际使用环境，会有许多噪音，要求按键判决不能很灵敏；而应用环境又可能需要较高的灵敏度，两者相互矛盾容易带来错误的判断结果。

发明内容

为解决上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种用于电容式按键的自适应判决方法，该方法可根据对电容式按键的检测，判断电容式按键进入按键状态或进入未按键状态，包括以下步骤：

对检测到的检测信号进行滤波操作；

基于初始化数值，获取初始状态的无按键参考基线；

基于经验值，获取初始状态的噪音基线以及按键基线；

通过所述噪音基线以及按键基线与滤波后的检测信号进行比较，判断按键进入按键状态或进入未按键状态；

对所述无按键参考基线、噪音基线以及按键基线进行自适应调整。

利用上述本发明的方法测量按键之后的读数变化值，能够适应各种外部环境，同一设计能够应用于不同场合，简化了设计，提高了产品的重复利用率，并能够使按键检测不会因内部的噪音而出现误触发的情形。

附图说明

图1是本发明的按键判决流程图；

图2是本发明的按键基线(高门限)更新流程图；

图3是本发明的噪声基线(低门限)更新流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体的事实例，详细说明本发明的具体实现流程。

本发明主要是使用自适应的方法，跟踪环境无按键情况下的参考基线、噪音基线以及按键时参考基线，检测信号经过低通滤波后，处于未按键情况下，若长时间大于按键参考基线则进入按键状态；按键状态下，若长时间小于按键参考基线则判定进入未按键状态。

具体地，对不同状态下的按键进行电容检测，检测到的信号首先需经过低通滤波操作，以降低干扰，滤波函数可采用通常的低通滤波算法，本实施例中，可使用公式signal[n]＝signal[n-1]*15/16+input[n]/16对检测到的信号进行滤波，其中，input[n]表示当前收到的检测信号，signal[n-1]表示上一个经过滤波的信号，signal[n]表示当前经过滤波后的信号。当然，如果处理能力允许，也可使用其它更为复杂但是效果更好的低通滤波算法。

上电后，对当前初始状态的电容进行检测，此时默认没有进行按键操作，从而得到初始化的无按键参考基线REF，第一次初始化时，精度要求并不太高，因为即便第一次测试的结果误差较大，随后的自适应过程也能修正误差，这将在下面的说明中详细介绍；对于确定REF的检测速度要求较快，应该控制在30ms之内，以使使用者感觉不到延迟。具体的检测方法为连续对检测信号进行读数，然后对此组读取的数据求取平均以得到初始化的REF，综合时间和精度，较佳的检测次数为8次。

噪音基线以及按键基线也需被各自设定一个初始化的数值，为描述方便，以下将噪声基线称为低门限，将按键基线称为高门限。由于两者无法在初始化状态时完成检测，故需要将低门限和高门限值设定为经验值，在电容按键电路制造完毕后，可先行对按键状态下的静态电容值进行测量，基于该静态电容值，获取经验值，然后经后面的自适应调整过程逐步减小与消除初始误差。

接着，通过所述噪音基线以及按键基线与滤波后的检测信号进行比较，判断按键进入按键状态或退出按键状态。具体地，结合图1所示，检测的数值经滤波后读数连续多次超过参考基线值REF与高门限之和，则判断当前进入按键状态；按键状态下，所述读数连续多次低于参考基线值REF与低门限之和，则判断进入未按键状态。

检测值可以是直接的电容值，也可以是与电容之相关的其他物理量，例如时间、频率等，这取决于具体的检测方法。例如使用恒流积分法，充电电流的大小在单位时间内的电容电压上升量显然反映了它的电容容量大小，测量的是时间。如使用恒流充电振荡法，基于采用固定电流给电容充电，达到一定电压后快速放电，如此反复，之后根据充放电的频率就可以求出电容的大小，测量的是频率。

参考基线REF可通过自适应方法进行更新，具体地，当前状态为未按键状态，而且经过滤波的信号小于参考基线REF与噪音之和时，此数据才能用来更新参考基线REF。更新REF的方法为取长时平均，具体方法为对符合前述条件的数据进行求和，当数据的数量达到定值后，对求和结果平均并取其平均值。此时，数据的精度尤为重要，因为参考基线值REF是一切运算的基础，其很小的误差可能会在随后的运算中逐步放大，可能引起检测效果的劣化。求和的数据数量可根据测试频决定，以1秒内跟踪上实际值为宜，如果时间过长则会对外部环境的相应不太灵敏。本实施例中，每5ms检测一次，求取200次的平均值作为更新后的基线REF。

如图2所示，噪音基线(低门限)在检测过程中进行相应的自适应调整。在不按键的情况下，测试数据在参考基线REF两侧波动。低门限的计算方法为计算测试值与基线值REF两者差值的平方和，当计算数据达到一定数量后对平方和求取平均后进行开方运算，以得到噪音的平均幅度。然后，将计算得到的噪声幅度乘以一个大于1的常数，即可得到低门限值，此大于1的常数在5左右为宜。在某些情况下，数据的波动范围特别小，甚至长时间不波动，这就要求有其他的补偿措施，例如当噪音值比较小时，可以将高门限乘以一个小于1(如0.5)的系数，作为此时的噪音门限。

如图3所示，按键基线(高门限)在检测过程中进行相应的自适应调整，具体地，当前状态为按键状态，且当前滤波后的数值大于参考基线REF与按键基线之和时，此数据才能用来更新按键基线。按键之后，读数位于大于基线值一侧，因此可直接计算当前读数与基线值差值之和，当计算量达到一定数量之后，对差值和求取平均值。然后再将计算得到的平均值乘以一个小于1的参数，即可得到更新后的按键基线值。此参数的范围以在0.4到0.7之间为宜。如果该参数值太大则检测不够敏感可能漏检，如果此参数值太小则可能因为过于灵敏而误检。

另外，由于外部存在各种各样的瞬间波动，即使经过了低通滤波之后，时间读数也可能会出现毛刺现象。因此未按键状态下，可能会出现一次大于参考基线REF与按键基线之和，此时如果将状态转为按键状态可能会发生误判；同样，在按键状态下，出现一次小于参考基线值REF与噪音基线之和就将状态更新为未按键状态也会发生误判。所以需要连续一段时间之内的状态都发生变化才能更新当前的状态。而在实际应用中，按键的响应速度必须小于50ms，而用于滚动条或滚轮时的响应速度必须更短，否则都会令使用者感觉到相应的延时。因此较佳的连续检测时间为20-30ms，检测到滤波后的读数超过了高门限或者低门限值后，更新按键判断的状态。本实施例中，未按键状态下，滤波后数值连续30ms(即为连续6次)大于按键基线REF与按键基线之和，则进入按键状态；按键状态下，滤波后数值连续20ms(即为连续4次)小于按键基线REF与噪音基线之和，则进入未按键状态。

使用本发明的方法，具有以下技术上效果：

1、使用自适应方法测量按键之后的读数变化值，能够适应各种变化的外部环境，同一设计能够应用于不同的场合，简化了设计，提高了产品的重复利用率；

2、电容信号检测噪音门限自适应算法，使按键检测不会因为外部噪音而误触发。

Claims (4)

1、一种用于电容式按键的自适应判决方法，该方法可根据对电容式按键的检测，判断电容式按键进入按键状态或进入未按键状态，其特征在于，该方法包括以下步骤：

对检测到的检测信号进行滤波操作；

上电后，在30ms内连续对检测信号进行读数，然后对此组读取的数据求取平均以得到初始状态的无按键参考基线；

设定噪音基线和按键基线为经验值，在电容按键电路制造完毕后，先行对按键状态下的静态电容值进行测量，基于该静态电容值，获取经验值；

将所述噪音基线以及按键基线与滤波后的检测信号进行比较，如果滤波后的检测信号连续多次超过无按键参考基线与按键基线之和，则判断当前进入按键状态；以及在按键状态下，如果滤波后的检测信号连续多次低于无按键参考基线与噪音基线之和，则判断进入未按键状态；

自适应调整无按键参考基线，当前状态为未按键状态，而且经过滤波的检测信号小于无按键参考基线与噪音基线之和时，将所述小于无按键参考基线与噪音基线之和的经过滤波的检测信号进行求和，并取其平均值，以作为调整后的无按键参考基线；

自适应调整按键基线，当前状态为按键状态，且当前滤波后的检测信号大于无按键参考基线与按键基线之和时，将大于无按键参考基线与按键基线之和的滤波后的检测信号各与无按键参考基线求差值，并求和，并求取平均值；将该平均值乘以一个小于1的参数，以得到调整后的按键基线；

自适应调整噪音基线，在未按键情况下，获取多个检测信号；将滤波后的多个检测信号各与无按键参考基线求差值，并求平方和，取平均后进行开方运算，以得到噪音的平均幅度；将计算得到的噪声幅度乘以一个大于1的常数，以得到调整后的噪音基线。

2、如权利要求1所述的用于电容式按键的自适应判决方法，其特征在于，所述对检测信号进行滤波操作的步骤，包括对所述检测信号进行低通滤波操作。

3、如权利要求1所述的用于电容式按键的自适应判决方法，其特征在于，所述参数在0.4-0.7之间。

4、如权利要求1所述的用于电容式按键的自适应判决方法，其特征在于，所述常数为5。

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