CN101207377A - 一种控制板传感器及显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于电容感应领域，提供了一种控制板传感器，所述控制板传感器包括一电容式感应按键，以及与所述电容式感应按键连接，检测其电容变化的电容检测器，所述电容式感应按键包括两个铜片，其中一铜片接地，所述铜片之间形成一电容，所述铜片上镀有绝缘层，所述绝缘层上设置有一感应天线，所述感应天线与两个铜片之间分别形成一电容。所述设备包括一用于功能按键控制和电源按键控制的控制板传感器。在本发明中，通过增加一感应天线，增强了控制板传感器的灵敏度，从而减少了控制板传感器与导体之间的感应距离。同时利用该控制板传感器，实现了在电视产品以及显示器产品上的无触摸按键控制。

Description

一种控制板传感器及显示设备
技术领域
本发明属于电容式感应领域，尤其涉及一种控制板感应器以及显示设备。
背景技术
电容式感应按键的原理如下所述：电容式感应按键一般为一对相邻电极，在该相邻电极之间有很小的电容，称为寄生电容。当一个导体，如：手指、人体等，接近该电容式感应按键时，将增加该相邻电极的导电表面积，从而在电极与导体之间会产生一附加电容。通过电容检测器检测电极与导体之间的电容变化来判断电容式感应按键是否被按下。这种电容式感应按键的优点是：耐用性好，不易损坏，实现了按键的无触摸控制。其缺点是覆盖厚度控制难度大，电容感应灵敏度不够高。
同时由于该电容式感应按键存在以上的缺点，使其在电视产品以及显示器产品中未得到应用。在目前的电视产品、显示器产品中，开关按键和功能按键都采用普通的机械式按键，通过手指按压按键来实现电源的开关和功能的选择。目前也出现了轻触开关等新型按键技术，但作为机械式开关，其固有的手感、寿命等问题没有得到根本的解决。机械式按键在使用时，不仅按键所受到的压力对其灵敏度有影响，而且按键带来的咔咔声会给消费者带来不必要的噪声，影响消费者的听觉感受，同时，对显示器产品以及电视机产品的整机美观性造成影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制板传感器，旨在解决现有技术中存在的电容感应灵敏度不高、覆盖厚度控制难度大的问题；
本发明的另一目的在于提供一种显示设备。
本发明是这样实现的，一种控制板传感器，所述传感器包括一电容式感应按键，以及与所述电容式感应按键连接，检测其电容变化的电容检测器，所述电容式感应按键包括两个铜片，其中一铜片接地，所述铜片之间形成一电容，所述铜片上镀有绝缘层，所述绝缘层上设置有一感应天线，所述感应天线与两个铜片之间分别形成一电容。
所述电容检测器包括一电容开关、一充电电源、一比较器、一复位开关、一脉冲宽度调制器以及一定时器，所述充电电源、比较器以及复位开关组成一张弛振荡器，所述张弛振荡器对所述控制板传感器进行持续充放电。
所述感应天线为导电海绵。
一种显示设备，所述设备包括一控制板传感器，所述控制板传感器包括一电容式感应按键，以及与所述电容式感应按键连接，检测其电容变化的电容检测器，所述电容式感应按键包括两个铜片，其中一铜片接地，所述铜片之间形成一电容，所述铜片上镀有绝缘层，所述绝缘层上设置有一感应天线，所述感应天线与两个铜片之间分别形成一电容。
所述电容检测器包括一电容开关、一充电电源、一比较器、一复位开关、一脉冲宽度调制器以及一定时器，所述充电电源、比较器以及复位开关组成一张弛振荡器，所述张弛振荡器对所述控制板传感器的电极进行持续充放电。
所述感应天线为导电海绵。
所述显示设备为显示器或者电视机。
在本发明中，通过在控制板传感器中增加一感应天线，增强了控制板传感器的灵敏度，从而减少了电容式感应按键与导体之间的感应距离。同时利用本发明提供的控制板传感器实现了各种电视产品及显示器产品上的功能按键和开关按键的无触摸控制。
附图说明
图1是本发明控制板传感器的电容式感应按键的电路原理图；
图2是本发明控制板传感器的电容检测器的组成结构图；
图3是本发明利用控制板传感器的显示器的硬件结构图；
图4是本发明控制板传感器在显示器上的具体实现的模块组成图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明中，通过在构成控制板传感器的电容式感应按键的铜片上增加一绝缘层，在绝缘层上增加一感应天线，增加了电容式感应按键的灵敏度，从而减少覆盖厚度对电容式感应按键的影响。同时在本发明中，利用控制板传感器实现了各种电视产品及显示器产品上的功能按键和开关按键的无触摸控制。
本发明控制板传感器包括至少一个电容式感应按键以及与该电容式感应按键连接的电容检测器。
图1示出了电容式感应按键的结构，详述如下：
电容式感应按键包括两个铜片1，其中一铜片接地，两个铜片1之间形成的一电容。假设铜片1与地之间的总电容值为CP。当电容式感应按键未被按下时，铜片1与地之间形成一寄生电容CY，此时，CP＝CY。当一导电元件3(该导电元件可以为手指、人体等)靠近电容式感应按键时，根据电容式感应技术的传感原理，将产生一附加电容CX，使铜片与地之间的总电容CP的值增加，此时CP＝CY+CX。在铜皮1上镀一层沥油作为绝缘层，绝缘层上设有一起传感作用的感应天线5，该感应天线可以为导电海绵，其具有很强的导电性，能够增强电容式感应按键的灵敏度，减少电容式感应按键与导体之间的感应距离。在感应天线5上覆盖一玻璃层7，以保护电容式感应按键。由于电容式感应按键的灵敏度增加了，该玻璃层的厚度相对比较容易控制。通过电容检测器检测电容式感应按键的电容变化可以判断电容式感应按键是否被按下。
图2示出了电容检测器的组成，详述如下：
该电容检测器用来检测电容式感应按键的电容变化，以判断是否有按键按下。电容检测器包括一电容开关、一充电电源、一比较器、一复位开关、一脉冲宽度调制器(PWM)以及一定时器。其中电容开关与上述电容式感应按键连接，通过由比较器、充电电源以及复位开关组成的张弛振荡器对电容式感应按键的电极电容进行持续充放电。同时，在比较器中设置一电容充电阈值VTH，比较器的输出被送进PWM的时钟输入电路，PWM的输出连接到定时器的捕获脚，PWM的输出都将启用一个定时器。当充电电容达到电容充电阈值VTH时，计算出定时器的计数值(n)。其中定时器的计数值(n)为当充放电电容达到电容充电阈值VTH时，电容充放电次数。
定时器的计数值(n)可与一个特定的门限相关联。当定时器的计数值小于该特定的门限值时，认为电容式感应按键被按下，否则认为未被按下。
该特定门限值的确定与显示器所处的环境以及电容式感应按键的感应灵敏度有关。如：假设当电容式感应按键未被按下，充放电电压达到VTH时，定时器的计数值为n1；当电容式感应按键有导体接近，充放电电压达到VTH时，定时器的计数值为n2。原理上，只要此时n2的值小于n1的值，则可认为电容式感应按键被按下。但是电容式感应按键易受所处环境影响，当显示器所处的环境的温度或者湿度的增加时可能增加电容式感应按键的电容量，使当没有导体靠近时，电容桥电荷转换检测方法也判断有按键按下，导致操作失误。因此，在电容桥电荷转换检测的方法中，通过设定一特定门限值，避免因环境变化造成的电容变化而导致的判断错误。只有当n值小于该特定门限值时，才认为开关被按下。
当电容式感应按键的灵敏度提高时，该特定门限值的设置亦可相应增大，从而可以增加电容式感应按键与导体之间的感应距离。其具体大小可根据电容式感应按键的覆盖厚度、灵敏度，通过多次测试确定。由于当导体与电容式感应按键之间的距离越大时，感应开关的灵敏度越低，那么只有设定比较小的门限值时，才能保证感应式电容开关的正确感应。
在本发明中，通过在电容式感应按键的电极上增加一导电海绵，该导电海绵可以增加电容式感应按键的灵敏度，从而可以确定相对较大的特定门限值，增加了导体与电容式感应按键之间的感应距离。
图3示出了本发明控制板传感器在显示器上的应用的硬件电路结构。
由于PSoC片上系统包含8个数字模块和12个模拟模块。用户可以通过对这些模块进行配置，定义出用户所需要的功能。如：数字模块可配置成定时器、计数器、串行通信口(UARTS)、CRC发生器、PWM等功能模块；模拟模块可配置成模数转换器、数模转换器、可编程增益放大器、可编程滤波器、差分比较器等功能模块。数字模块和模拟模块也可构成调制解调器、复杂的马达控制器、传感器信号的处理电路等。
在本发明中通过对PSoC芯片CY8C21534的内部硬件进行配置，配置成组成控制板传感器的电容检测器。经配置好的CY8C21534芯片循环检测电容式感应按键的电极的状态来判断是否有按键按下。CY8C21534芯片通过软件烧入插座与烧入器连接，对CY8C21534 IC芯片的内部硬件进行配置。其具体配置如下：比较器占用一个模拟模块，其同相输入端多路模拟开关通过I/O接口与电容式感应按键连接，其反相输入端接内部参考电压作为电容充电阈值VTH，用来与输入端电压进行比较。比较器的输出被送到脉冲宽度调制器(PWM)的时钟输入电路。该PWM脉宽调制模块占用1个数字模块，其时钟输入与比较器的输出连接，PWM的输出连接到定时器的捕获脚。1个16位定时器占用2个数字模块，对PWM输出的脉冲进行定时，并计算出定时器的计数值(n)。
作为本发明的一个具体实施例，在显示器上设置有5个电容式感应按键，分别为：Menu电容式感应按键、Auto电容式感应按键、On/Of电容式感应按键、“-”电容式感应按键以及“+”电容式感应按键，用来调整显示器。各电容式感应按键通过导线分别与CY8C21534芯片的对应引脚连接。
PSoC芯片CY8C21534经过配置，检测到电容式感应按键被按下，通过显示器控制单元连接插座与显示器的控制单元(LCD-MCU)连接，将检测结果发送到LCD-MCU。当显示器处于工作状态，由LCD-MCU根据CY8C21534芯片的检测结果控制显示器响应相应电容式感应按键的操作，并向蜂鸣器发出指令，蜂鸣器鸣声提示。同时CY8C21534芯片为相应感应指示灯提供工作电压，与被按下的电容式感应按键相应的LED灯显示。
如上所述，在本发明中，通过在电容式感应按键上增加一感应天线，增强了电容式感应按键的灵敏度，并通过将PSoC芯片CY8C21534配置成控制板传感器的用于检测电容式感应按键的电容变化的电容检测器，使得控制板传感器在显示器产品上得到应用，而该控制板传感器在电视产品上的应用原理与上相似，在此不再赘述。
图4示出了本发明控制板传感器在显示器上的应用的具体实现的模块组成，详述如下：
当显示器处于工作状态，即显示器未被关闭时，工作电源模块31同时为电容检测器模块32以及LCD-MCU模块33提供工作电压，此处的电容检测器可以为CY8C21534芯片，以使电容检测器模块与LCD-MCU模块能够互相通信，实现电容式感应按键对显示器的操作。同时LCD-MCU模块33根据工作电源模块31提供的电压控制电源指示灯控制模块36中的电源指示灯的亮和灭。当导体靠近感应控制模块34时，根据电容式感应原理，专用IC模块32检测到导体的存在，专用IC模块32向感应指示灯控制模块35发出指令，同时为其提供工作电压，使与电容式感应按键相应的感应指示灯亮。同时电容检测器模块32向LCD-MCU模块33发出指令，将LCD-MCU模块33的电压降低，LCD-MCU模块33检测到其自身的电压变化，判断开关被按下，向蜂鸣器控制模块37发出指令，蜂鸣器鸣声提示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种控制板传感器，其特征在于，所述传感器包括一电容式感应按键，以及与所述电容式感应按键连接，检测其电容变化的电容检测器，所述电容式感应按键包括两个铜片，其中一铜片接地，所述铜片之间形成一电容，所述铜片上镀有绝缘层，所述绝缘层上设置有一感应天线，所述感应天线与两个铜片之间分别形成一电容。
2.如权利要求1所述的控制板传感器，其特征在于，所述电容检测器包括一电容开关、一充电电源、一比较器、一复位开关、一脉冲宽度调制器以及一定时器，所述充电电源、比较器以及复位开关组成一张弛振荡器，所述张弛振荡器对所述控制板传感器进行持续充放电。
3.如权利要求1所述的控制板传感器，其特征在于，所述感应天线为导电海绵。
4.一种显示设备，其特征在于，所述设备包括一控制板传感器，所述控制板传感器包括一电容式感应按键，以及与所述电容式感应按键连接，检测其电容变化的电容检测器，所述电容式感应按键包括两个铜片，其中一铜片接地，所述铜片之间形成一电容，所述铜片上镀有绝缘层，所述绝缘层上设置有一感应天线，所述感应天线与两个铜片之间分别形成一电容。
5.如权利要求4所述的显示设备，其特征在于，所述电容检测器包括一电容开关、一充电电源、一比较器、一复位开关、一脉冲宽度调制器以及一定时器，所述充电电源、比较器以及复位开关组成一张弛振荡器，所述张弛振荡器对所述控制板传感器的电极进行持续充放电。
6.如权利要求4或5所述的显示设备，其特征在于，所述感应天线为导电海绵。
7.如权利要求4或5所述的显示设备，其特征在于，所述显示设备为显示器或者电视机。
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Assignor: China Changcheng Computer Shenzhen Co., Ltd.

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Granted publication date: 20091014

License type: Exclusive License

Open date: 20080625

Record date: 20101013

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Patentee after: China the Great Wall science and technology group Limited by Share Ltd

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