CN102006038B - 抗干扰按键检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种抗干扰按键检测系统及检测方法，所述检测系统包括：按键；环境检测单元，用于检测背景环境信号，屏蔽第一频率至第二频率范围外的信号，在检测到所述第一频率至第二频率范围内的信号后，产生触发信号；按键检测单元，由所述触发信号触发，对所述按键进行检测，获取按键信号；控制单元，由所述触发信号触发，对所述按键信号进行采样，在第一时间窗口中采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号。本发明减少了环境噪声干扰，提高了按键动作的检测精度。

Description

抗干扰按键检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及电子按键技术，特别涉及一种抗干扰按键检测系统及检测方法。

背景技术

目前，各种类型的按键已广泛应用于电子产品中，其中最常用的为电容式触摸按键。电容触摸按键的主要原理是人体触摸按键后，会改变按键电容上的电荷量，通过检测按键电容上的电荷量的改变或是由电荷量改变引发的电压、电流等电信号的改变，就可以确定是否有按键触摸动作发生。按键检测的成功率直接影响了电子产品的使用，按键检测通常是指检测对按键进行的操作，确定该按键是否被按下。

现有的按键检测方法主要包括下述基本步骤：检测按键，获取按键信号；以固定频率采样所述按键信号，在预定的时间范围内采样到按键有效信号的次数达到或超过预定的次数时，输出控制信号。

上述按键检测过程中，如果有外界环境因素干扰，如有手机、其他电器等产生的噪声干扰，则会使按键的误触发率或漏检率升高，由此降低按键检测的精度。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种抗干扰按键检测系统，排除环境噪声的干扰，提高按键动作的检测精度。

为解决上述问题，本发明提供了一种抗干扰按键检测系统，包括：

按键；

环境检测单元，用于检测背景环境信号，屏蔽第一频率至第二频率范围外的信号，在检测到所述第一频率至第二频率范围内的信号后，产生触发信号；

按键检测单元，由所述触发信号触发，对所述按键进行检测，获取按键信号；

控制单元，由所述触发信号触发，对所述按键信号进行采样，在第一时间窗口中采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号。

可选的，所述检测单元包括：

系统干扰检测模块，用于检测供电电源的频率范围内的系统噪声信号；

低频干扰检测模块，用于检测第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号，所述第三频率小于所述第一频率，所述第四频率大于所述第二频率，在检测到所述第一频率至第二频率范围内的信号后，产生触发信号；

高频干扰检测模块，用于检测第五频率至第六频率范围内的高频噪声信号，所述第五频率大于所述第四频率；

检测控制模块，用于控制所述系统干扰检测模块、低频干扰检测模块和高频干扰检测模块依次循环工作。

可选的，所述按键设置于侦测板上，所述侦测板用作所述低频干扰检测模块的天线，接收所述第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号，并将其传输至所述低频干扰检测模块。

可选的，所述侦测板上还设置有平衡点，所述平衡点为金属材料，将所述侦测板的接收频率范围调节至所述第三频率至第四频率范围内。

可选的，所述系统干扰检测模块在所述系统噪声信号的幅度低于第一预设幅度时，将该系统噪声信号的幅度传输至所述控制单元，所述控制单元将其加入系统的基准信号中；所述系统干扰检测模块在所述系统噪声信号的幅度高于第二预设幅度时，将该系统噪声信号的幅度传输至所述控制单元，所述控制单元对其进行限幅。

可选的，所述第一预设幅度为100mV，所述第二预设幅度为500mV。

可选的，所述低频干扰检测模块跳频检测所述第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号，所述跳频检测是指仅接收频率等于跳频频率的信号，其中，所述跳频频率从第三频率递增至第四频率，再从第四频率递减至第三频率，所述递增的跳频频率与所述递减的跳频频率不同。

可选的，所述跳频频率的递增值和递减值为2个频率单位。

可选的，所述控制单元变频采样所述按键信号，所述变频采样是指仅采样频率等于变频频率，其中，所述变频频率从所述第一频率递增至第二频率，再从所述第二频率递减至第一频率，并重复所述递增和递减过程，且对每一变频频率的采样持续时间为预定时间。

可选的，所述变频频率的递增和递减值为1个频率单位。

可选的，所述供电电源的频率范围为50Hz至75Hz，所述第一频率为80KHz，所述第二频率为120KHz，所述第三频率为20KHz，所述第四频率为500KHz，所述第五频率为900MHz，所述第六频率为3GHz。

可选的，所述第三频率至第四频率的频率范围划分为连续的第一频段、第二频段和第三频段，所述第一频段范围为20KHz～80KHz，所述第二频段范围为80KHz～300KHz，所述第三频段范围为300KHz～500KHz；

所述跳频频率在所述第一频段、第三频段内的每个频率的驻留时间为0.1ms，所述跳频频率在所述第二频段内的每个频率的驻留时间为0.2ms。

可选的，所述跳频频率从第三频率递增至第四频率包括：

所述跳频频率从20KHz增至21KHz，然后以每次2KHz递增至499KHz，接着从499KHz递增至500KHz；

所述跳频频率从第四频率递减至第三频率包括：所述跳频频率以每次2KHz从500KHz递减至20KHz。

可选的，所述变频频率的递增值和递减值为1KHz，所述预定时间为5μs。

可选的，所述第一时间窗口的持续时间为3ms，所述预定次数为80次。

可选的，在所述第一时间窗口中采样到按键有效信号的次数小于所述预定次数时，所述环境检测单元进入休眠状态。

可选的，所述控制单元在输出所述控制信号后，在第二时间窗口内继续对所述按键信号进行采样，所述第二时间窗口的持续时间大于所述第一时间窗口的持续时间，在所述第二时间窗口中的任一第一时间窗口中，采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号。

可选的，所述第二时间窗口的持续时间为3s。

可选的，在所述第二时间窗口中采样到按键有效信号的次数小于所述预定次数时，所述环境检测单元进入休眠状态。

可选的，还包括看门狗模块，在所述环境检测单元进入休眠状态的预设休眠时间后，唤醒所述环境检测单元。

可选的，所述预设休眠时间为128ms。

可选的，所述按键为电容触摸按键，所述按键检测单元用于检测所述按键的电荷变化量；所述按键信号为表示所述电荷变化量的数字信号。

可选的，所述控制单元在采样所得的按键信号所表示的数值大于变化量阈值时，将当前的按键信号确认为按键有效信号。

可选的，所述控制单元还从所述环境检测单元中获取背景环境信号，在预设监控时间内，若某频点的信号始终存在，则根据该频点的信号幅度对所述变化量阈值进行补偿调整。

可选的，所述按键为空气式按键或接触式按键。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种抗干扰按键检测方法，包括：

检测背景环境信号，屏蔽所述第一频率至第二频率范围外的信号；

检测到所述第一频率至第二频率范围内的信号后，检测所述按键，获取按键信号；

对所述按键信号进行采样，在第一时间窗口中采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号。

可选的，所述检测背景环境信号包括：

检测供电电源的频率范围内的系统噪声信号；

检测第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号，所述第三频率小于所述第一频率，所述第四频率大于所述第二频率；

检测第五频率至第六频率范围内的高频噪声信号，所述第五频率大于所述第四频率；

依次循环重复上述步骤。

可选的，所述按键设置于侦测板上，通过所述侦测板检测所述第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号。

可选的，在所述侦测板上设置平衡点，所述平衡点为金属材料，将所述侦测板的接收频率范围调节至所述第三频率至第四频率范围内。

可选的，在所述系统噪声信号的幅度低于第一预设幅度时，将其加入检测的基准信号中；在所述系统噪声信号的幅度高于第二预设幅度时，对其进行限幅。

可选的，所述第一预设幅度为100mV，所述第二预设幅度为500mV。

可选的，所述检测第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号包括：跳频检测所述第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号，所述跳频检测是指仅接收频率等于跳频频率的信号，其中，所述跳频频率从第三频率递增至第四频率，再从第四频率递减至第三频率，所述递增的跳频频率与所述递减的跳频频率不同。

可选的，所述跳频频率的递增值和递减值为2个频率单位。

可选的，所述对所述按键信号进行采样包括：变频采样所述按键信号，所述变频采样是指采样频率等于变频频率，其中，所述变频频率从所述第一频率递增至第二频率，再从所述第二频率递减至第一频率，并重复所述递增和递减过程，且对每一变频频率的采样持续时间为预定时间。

可选的，所述变频频率的递增和递减值为1个频率单位。

可选的，所述供电电源的频率范围为50Hz至75Hz，所述第一频率为80KHz，所述第二频率为120KHz，所述第三频率为20KHz，所述第四频率为500KHz，所述第五频率为900MHz，所述第六频率为3GHz。

可选的，所述第三频率至第四频率的频率范围划分为连续的第一频段、第二频段和第三频段，所述第一频段范围为20KHz～80KHz，所述第二频段范围为80KHz～300KHz，所述第三频段范围为300KHz～500KHz；

所述跳频频率在所述第一频段、第三频段内的每个频率的驻留时间为0.1ms，所述跳频频率在所述第二频段内的每个频率的驻留时间为0.2ms。

根据权利要求36所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，所述跳频频率从第三频率递增至第四频率包括：

所述跳频频率从20KHz增至21KHz，然后以每次2KHz递增至499KHz，接着从499KHz递增至500KHz；

所述跳频频率从第四频率递减至第三频率包括：所述跳频频率以每次2KHz从500KHz递减至20KHz。

可选的，所述变频频率的递增值和递减值为1KHz，所述预定时间为5μs。

可选的，所述第一时间窗口的持续时间为3ms，所述预定次数为80次。

可选的，在所述第一时间窗口中采样到按键有效信号的次数小于所述预定次数时，停止检测所述背景环境信号。

可选的，在输出所述控制信号后，在第二时间窗口内继续对所述按键信号进行采样，所述第二时间窗口的持续时间大于所述第一时间窗口的持续时间，在所述第二时间窗口中的任一第一时间窗口中，采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号。

可选的，所述第二时间窗口的持续时间为3s。

可选的，在所述第二时间窗口中采样到按键有效信号的次数小于所述预定次数时，停止检测所述背景环境信号。

可选的，在停止检测所述背景环境信号的预设休眠时间后，重新开始检测所述背景环境信号。

可选的，所述预设休眠时间为128ms。

可选的，所述按键为电容触摸按键，所述检测所述按键，获取按键信号包括：检测所述按键的电荷变化量；获取按键信号，所述按键信号为表示所述电荷变化量的数字信号。

可选的，所述采样到按键有效信号包括：在采样所得的按键信号所述表示的数值大于变化量阈值时，将当前的按键信号确认为按键有效信号。

可选的，所述抗干扰按键检测方法还包括：在预设监控时间内，若所述背景环境信号中某频点的信号始终存在，则根据该频点的信号幅度对所述变化量阈值进行补偿调整。

可选的，所述按键为空气式按键或接触式按键。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明技术方案首先对背景环境信号进行检测，仅在检测到第一频率至第二频率范围内的信号后才对所述按键进行检测和采样，大大减少了背景环境的噪声信号的干扰；而且在第一时间窗口中采样到的按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，才输出相应的控制信号，避免了噪声干扰导致的误判断。

附图说明

图1是本发明实施例的抗干扰按键检测系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的抗干扰按键检测系统的详细结构示意图；

图3是本发明实施例的抗干扰按键检测方法的流程示意图；

图4是图3中步骤S11的详细流程示意图；

图5是图3中步骤S13的详细流程示意图。

具体实施方式

现有技术中对按键信号直接进行检测，而按键信号可能是环境噪声的干扰导致按键的电荷量、电压、电容等电信号改变而产生，并非真实的人体的触摸动作，导致按键动作的误触发。

本技术方案首先对背景环境信号进行检测，仅在第一频率至第二频率范围内检测到信号时，才开始对按键进行检测，从而大大减少了环境噪声的干扰，利于提高按键动作的检测精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

图1示出了本实施例的抗干扰按键检测系统的结构示意图，包括：按键21，可以为接触式按键，尤其是电容触摸按键，也可以为其它按键，比如空气式按键，所述接触式按键是指人体会与按键中的金属极板直接接触的按键，所述空气式按键是指人体不会直接与按键中的金属极板直接接触的按键，本实施例中所述按键21具体为空气式的电容触摸按键；环境检测单元31，用于检测背景环境信号，屏蔽第一频率(本实施例中为80KHz)至第二频率(本实施例中为120KHz)范围外的信号，在检测到所述第一频率至第二频率范围内的信号后，产生触发信号；按键检测单元32，由所述触发信号触发，对所述电容触摸按键21进行检测，获取按键信号；控制单元40，由所述触发信号触发，对所述按键信号进行采样，在第一时间窗口中采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号。

其中，电容触摸按键21分布设置在侦测板20上，所述侦测板20可以为一块印刷电路板(PCB)。所述侦测板20上还设置有至少一个平衡点22，所述平衡点22为金属材料，用于调节所述侦测板20的频率接收和响应范围，下文将进行详细描述。

此外，所述环境检测单元31和按键检测单元32可以集成在同一检测芯片30上。所述按键检测单元32用于检测电容触摸按键21的电荷变化量，也即电容触摸按键21上当前的电荷量与电容触摸按键在初始平衡状态下的电荷量之间的差值，之后，将所述电荷变化量转化为相应的数字信号，也就是说所述数字信号表示出了所述电荷变化量。

所述控制单元40可以通过一微控制器(MCU，Micro Controller Unit)实现。

图2示为图1的详细结构示意图，其中，所述环境检测单元31包括：系统干扰检测模块311，用于检测供电电源的频率范围内的系统噪声信号；低频干扰检测模块312，用于检测第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号，所述第三频率小于所述第一频率，所述第四频率大于所述第二频率，在检测到所述第一频率至第二频率范围内的信号后，产生触发信号；高频干扰检测模块313，用于检测第五频率至第六频率范围内的高频噪声信号，所述第五频率大于所述第四频率；检测控制模块314，用于控制所述系统干扰检测模块311、低频干扰检测模块312和高频干扰检测模块313依次循环工作。

其中，所述系统干扰检测模块311主要用于检测供电电源产生的噪声，以及供电电源频率范围内的其他噪声。本实施例中，所使用的供电电源为照明电源变压后产生，相应的系统噪声信号的检测范围为50Hz至75Hz。一般的，可以使用现有技术中常用的电源纹波检测电路和检测方法来实现。

所述低频干扰检测模块312主要用于检测低频噪声信号，其频率范围为第三频率至第四频率，本实施例中具体为20KHz至500KHz。为了匹配接收该频段范围内的信号，本实施例中将所述侦测板20用作低频干扰检测模块312的天线，通过调整所述侦测板20的形状、尺寸，并在其上甚至一个或多个金属材料的平衡点22，对整个侦测板20的容抗和感抗进行调整，使其的频响和信号的接收范围能够包括所述第三频率至第四频率的频段范围，即能够接收20KHz至500KHz的低频频率。本实施例中，所述侦测板20的容抗为0.5pF左右，感抗为0.1mH至0.8mH。由于将所述按键21以及侦测板20整体作为低频干扰检测模块312的天线，而不需要配置专门的低频天线，因而提高了系统的集成度，利于减小最终产品的体积。

所述高频干扰检测模块313用于检测频率范围为第五频率至第六频率的高频噪声信号，具体为900MHz至3GHz。其信号的接收通过单独的天线312a实现。

图3示出了本实施例的抗干扰电容触摸按键检测方法的流程示意图，包括：

执行步骤S11，检测背景环境信号，屏蔽所述第一频率至第二频率范围外的信号；

执行步骤S12，检测到所述第一频率至第二频率范围内的信号后，检测所述电容触摸按键，获取按键信号；

执行步骤S13，对所述按键信号进行采样，在第一时间窗口中采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号。

下面结合图2对本实施例的抗干扰电容触摸按键检测系统以及其工作过程中的检测方法进行详细描述。

所述抗干扰电容触摸按键检测系统在上电开启后，首先进行初始化，所述初始化包括对检测芯片30进行初始化，也即对环境检测单元31、按键检测信号32进行初始化；还包括对控制单元32的初始化等，所述初始化过程约为20ms左右。

在完成初始化之后，所述环境检测单元31开始对背景环境信号进行检测，将第一频率至第二频率范围外的信号屏蔽，在检测到第一频率至第二频率范围内的信号时，产生触发信号。本实施例中具体为：在检测到80KHz至120KHz范围内的信号时，产生触发信号，而将其他频率范围内的背景环境信号进行屏蔽。应该理解的是，所述检测到80KHz至120KHz范围内的信号指的是在80KHz至120KHz存在一个幅度大于某一幅度阈值的信号。所述背景环境信号的检测过程也即为图3中的步骤S11。

图4示出了图3中步骤S11的详细流程，包括：

执行步骤S111，检测供电电源的频率范围内的系统噪声信号；

执行步骤S112，检测第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号，所述第三频率小于所述第一频率，所述第四频率大于所述第二频率；

执行步骤S113，检测第五频率至第六频率范围内的高频噪声信号，所述第五频率大于所述第四频率；

执行步骤S114，依次循环重复上述步骤。

下面结合图2和图4对背景环境噪声的检测过程进行详细说明。首先，系统干扰检测模块311对供电电源的频率范围内的系统噪声信号进行检测，具体为50Hz至75Hz范围内的系统噪声，在此范围内检测到信号，并不触发所述按键检测单元32进行按键检测，所述控制单元40也不进行按键判断。作为一个优选的实施例，若所述系统噪声信号的幅度低于第一预设幅度(本实施例为100mV)时，如为50mV，将该系统噪声信号的幅度传输至控制单元40，所述控制单元40将其加入系统的基准信号中，在后续的按键有效信号的判断过程中，将该系统噪声信号的幅度扣除，避免了电源纹波干扰对判定结果的影响。若所述系统噪声信号的幅度高于第二预设幅度(本实施例中为500mV)，如800mV。则将该系统噪声信号的幅度传输至所述控制单元40，所述控制单元40对其进行限幅处理，即在后续的按键有效信号的判定过程中，认为超过此幅度极为系统噪声，并非按键动作。

在所述系统干扰检测模块完成系统噪声信号的检测之后，所述检测控制模块314控制所述低频干扰检测模块312进行第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号的检测，具体为20KHz至500KHz范围内的低频噪声信号检测。所述低频噪声信号的接收通过所述侦测板20实现。具体检测过程通过跳频检测实现，所述跳频检测是指同一时刻仅接收频率等于跳频频率的信号，其中，所述跳频频率从第三频率(20KHz)递增至第四频率(500KHz)，再从第四频率(500KHz)递减至第三频率(20KHz)，所述递增的跳频频率与所述递减的跳频频率不同，其中，所述跳频频率的递增值和递减值为2个频率单位，即为等差递增或递减。

具体的，所述跳频频率从20KHz递增至500KHz为奇数等差跳频，包括：所述跳频频率从20KHz增至21KHz，然后以每次2KHz递增至499KHz，接着从499KHz递增至500KHz；所述跳频频率从500KHz递减至20KHz为偶数等差跳频，包括：所述跳频频率以每次2KHz从500KHz递减至20KHz。将所述第三频率至第四频率的频率范围划分为连续的第一频段、第二频段和第三频段，所述第一频段范围为20KHz～80KHz，所述第二频段范围为80KHz～300KHz，所述第三频段范围为300KHz～500KHz；所述跳频频率在所述第一频段、第三频段内的每个频率的驻留时间(即跳频频率为该频率的保持保持时间)为0.1ms，所述跳频频率在所述第二频段内的每个频率的驻留时间为0.2ms。在第二频段范围内的驻留时间比较长，因而对该频段具有更高的分辨率，由于第二频段范围包括了触发按键检测的频率范围(80KHz至120KHz)，因而对该频段的较高的分辨率能够避免对按键动作的漏报。

通过偶数等差跳频和奇数等差跳频，可以覆盖所述第三频率至第四频率范围内的各个频点，保证了低频噪声信号的检测精度。另一方面，奇数等差跳频中，每一跳频频率为奇数，可以有效的避免谐波干扰问题，进一步提高检测精度。

若在80KHz至120KHz范围之外存在低频噪声信号，则对其进行屏蔽，也即并不去触发所述按键检测单元32和控制单元40，从而避免了低频噪声信号导致的按键动作的误判。

在所述低频干扰检测模块312对低频噪声信号检测完成之后，所述检测控制模块314控制所述高频干扰检测模块313对第五频率(900MHz)至第六频率(3GHz)范围内的高频噪声信号进行检测。若该频段内存在高频噪声信号则对其进行屏蔽，也即并不去触发所述按键检测单元32和控制单元40，从而避免了高频噪声信号导致的按键动作的误判。

之后，所述检测控制模块314控制所述系统干扰检测模块311、低频干扰检测模块312和高频干扰检测模块313依次循环工作，反复的对所述系统噪声信号、低频噪声信号和高频噪声信号进行检测。

若所述低频干扰检测模块312检测到所述第一频率(80KHz)至第二频率(120KHz)范围内有信号，则产生触发信号，触发所述按键检测单元32和控制单元40开始工作，其中，按键检测单元32对所述电容触摸按键进行检测，获取按键信号；控制单元40对所述按键信号进行采样，在第一时间窗口中采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号。该过程也即对应与图3中的步骤S13。

图5示出了图3中的步骤S13的详细流程图，包括：

执行步骤S131，采样所述按键信号，即对所述按键检测单元32获取的表示电荷变化量的数字信号进行采样，采样频率为变频频率，即在每次采样过程中，采样信号从第一频率(80KHz)递增至第二频率(120KHz)，再从第二频率递减至第一频率，并重复所述递增和递减过程，且对每一变频频率的采样持续时间为预定时间，即所述采样频率在每个频率驻留预定时间。

执行步骤S132，判断所述采样到的按键信号是否为按键有效信号；

若所述按键信号为按键有效信号，则执行步骤S133，计数值加1，之后执行步骤S134；

若所述按键信号不是按键有效信号，则直接执行步骤S134，检测当前时刻是否在所述第一时间窗口内；

若仍然在第一时间窗口内，则继续执行步骤S132，否则，表明第一时间窗口已经结束，则执行步骤S135；

步骤S135，判断所述计数值是否大于或等于预定次数，若大于或等于预定次数，则执行步骤S136，判定为真实有效的按键动作，输出控制信号；若所述计数值小于预定次数，则执行步骤S137，判定为外界干扰。

本实施例中，采样频率在第一频率至第二频率的范围(包括第一频率和第二频率)轮回变化，所述采样频率的递增值(从第一频率递增至第二频率时，每次频率的增加量)或递减值(从第二频率递减至第一频率时，每次频率的减小量)为1个频率单位，即为等差递增或等差递减。具体地，采样频率先从第一频率递增至第二频率，每次增加1个频率单位(即第一频率和第二频率的单位，如单位为千赫兹(KHz)，则每次增加1KHz)，且在每个频率保持预定时间，也就是说每隔预定时间采样频率增加1个频率单位；然后，采样频率再从第二频率递减至第一频率，每次减小1个频率单位，且在每个频率保持预定时间，也就是说每隔预定时间采样频率减小1个频率单位；接着采样频率再从第一频率递增至第二频率，再从第二频率递减至第一频率，如此反复。

本实施例中，所述采样频率递增值或递减值为1KHz。所述预定时间根据所述预定时间范围和预定次数(可以为经验值)而确定，即预定时间可以确定在预定时间范围内采样到大于预定次数的按键信号，以所述第一时间窗口的持续时间为3ms，所述预定次数为80为例，所述预定时间可以为5μs。采样频率从80KHz开始，5μs后增至81KHz，再过5μs增至82KHz，......，采样频率增至120KHz，这个递增过程的时间为200μs；然后，5μs后采样频率从120KHz减至119KHz，再过5μs减至118KHz，......，采样频率减至80KHz，这个递减过程的时间为200μs；一个轮回过程包括一个递增过程和一个递减过程，为400μs，在每一个频点上都可以采样到一个按键信号，即一个轮回可以采样80次，3ms包括7.5个轮回过程，因此可以采样到600次数字信号。若600次数字信号中有80次或超过80次为按键有效信号，即采样所得的按键信号所表示的数值有80次大于变化量阈值时，则认为当前检测到的为真实有效的按键动作，输出控制信号。

通过变频采样，实现了第一频率至第二频率的正向和反向遍历，保证了每一频点都能检测到，提高了检测精度。另外，由于采样频率是有规律的变频频率，而外界的干扰信号一般是无规律的，因而进一步避免了噪声干扰，提高了检测精度。

需要说明的是，所述控制单元40在对按键信号采样的过程中，所述环境检测单元31仍然在不断的对背景环境噪声进行检测。

若在所述第一时间窗口中采样到按键有效信号的次数小于所述预定次数时，即在第一时间窗口中，都没有检测到按键动作时，没有输出控制信号，则所述环境检测单元31进入休眠(sleep)状态，停止对背景环境信号的检测。

若在所述第一时间窗口中采样到按键有效信号的次数大于或等于所述预定次数时，即在第一时间窗口中，有检测到按键动作，并产生输出相应的控制信号，则开启第二时间窗口，所述第二时间窗口的持续时间大于第一时间窗口，本实施例中第二时间窗口的持续时间为3s。在第二时间窗口内继续对所述按键信号进行采样，在所述第二时间窗口中的任一第一时间窗口中，采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号。即在第二时间窗口中，仍然以第一时间窗口为单位进行按键信号的检测，若在第二时间窗口中的某一第一时间窗口内，按键有效信号的次数大于或等于预定次数(80次)，则再次输出控制信号。若第二时间窗口中采样到按键有效信号的次数小于所述预定次数时，即整个第二时间窗口中都没有检测到真实有效的按键动作，则所述环境检测单元31进入休眠状态，停止对背景环境信号的检测。进入休眠状态有利于减小整个系统的功耗。在实际的使用中，按键动作往往是连续的，如用户连续的按键调整音量、切换频道等，因此，在第一时间窗口确认按键动作后，开启持续时间更长的第二时间窗口以捕捉紧随其后的其他按键动作，能够有效的提高对连续按键动作的检测精度。

本实施例中，所述抗干扰电容触摸按键检测系统还包括看门狗(WatchDog)模块，在所述环境监测单元31进入休眠状态的预设休眠时间(本实施例中具体为128ms)后，唤醒所述环境检测单元31，使其继续对系统噪声信号、低频噪声信号、高频噪声信号进行检测。一般来说，人的按键动作的持续时间远大于128ms，因此，所述环境监测单元31进入休眠状态的时间并不会错过按键动作，从而在降低功耗的同时，保证了检测精度。

作为一个优选的实施例，所述控制单元40还从所述环境检测单元31中获取背景环境信号，在预设监控时间内，以所述环境检测单元31扫描系统噪声信号、低频噪声信号、高频噪声信号各一次为一轮回，若在500次轮回(500次检测轮回所对应的时间即为所述预设监控时间，当然，该数字可以根据实际应用进行相应的调整)中，某频点的信号始终存在，则根据该频点的信号幅度对所述变化量阈值进行补偿调整。例如，所述电容触摸按键21附近长时间放置了一金属部件，造成了固定频率为30KHz的干扰，则在500个轮回的背景环境信号的检测中，在30KHz的频点上都存在干扰信号，则控制单元40将根据该频点的信号幅度对所述变化量阈值进行补偿调整，如30KHz的外界干扰导致电容触摸按键在平衡状态时的电荷量减少，则对所述按键信号进行检测时，对所述变化量阈值进行调整，使得调整后的变化量阈值与之相适应。因此，通过上述调整，实现了抗干扰电容触摸按键检测系统对环境的自适应，在所述固定干扰消失后，再将所述变化量阈值调回初始值，从而实现了对环境的记忆和恢复功能，保证检测的精度。

综上，本发明技术方案首先对背景环境信号进行检测，仅在检测到第一频率至第二频率范围内的信号后才对所述电容触摸按键进行检测和采样，大大减少了背景环境的噪声信号的干扰；而且在第一时间窗口中采样到的按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，才输出相应的控制信号，避免了噪声干扰导致的误判断。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (48)

1.一种抗干扰按键检测系统，其特征在于，包括：

按键；

环境检测单元，用于检测背景环境信号，屏蔽第一频率至第二频率范围外的信号，在检测到所述第一频率至第二频率范围内的信号后，产生触发信号；

按键检测单元，由所述触发信号触发，对所述按键进行检测，获取按键信号；

控制单元，由所述触发信号触发，对所述按键信号进行采样，在第一时间窗口中采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号；

所述环境检测单元包括：

系统干扰检测模块，用于检测供电电源的频率范围内的系统噪声信号；

低频干扰检测模块，用于检测第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号，所述第三频率小于所述第一频率，所述第四频率大于所述第二频率，在检测到所述第一频率至第二频率范围内的信号后，产生触发信号；

高频干扰检测模块，用于检测第五频率至第六频率范围内的高频噪声信号，所述第五频率大于所述第四频率；

检测控制模块，用于控制所述系统干扰检测模块、低频干扰检测模块和高频干扰检测模块依次循环工作。

2.根据权利要求1所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述按键设置于侦测板上，所述侦测板用作所述低频干扰检测模块的天线，接收所述第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号，并将其传输至所述低频干扰检测模块。

3.根据权利要求2所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述侦测板上还设置有平衡点，所述平衡点为金属材料，将所述侦测板的接收频率范围调节至所述第三频率至第四频率范围内。

4.根据权利要求1所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述系统干扰检测模块在所述系统噪声信号的幅度低于第一预设幅度时，将该系统噪声信号的幅度传输至所述控制单元，所述控制单元将其加入系统的基准信号中；所述系统干扰检测模块在所述系统噪声信号的幅度高于第二预设幅度时，将该系统噪声信号的幅度传输至所述控制单元，所述控制单元对其进行限幅。

5.根据权利要求4所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述第一预设幅度为100mV，所述第二预设幅度为500mV。

6.根据权利要求1所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述低频干扰检测模块跳频检测所述第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号，所述跳频检测是指仅接收频率等于跳频频率的信号，其中，所述跳频频率从第三频率递增至第四频率，再从第四频率递减至第三频率，所述递增的跳频频率与所述递减的跳频频率不同。

7.根据权利要求6所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述跳频频率的递增值和递减值为2个频率单位。

8.根据权利要求7所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述控制单元变频采样所述按键信号，所述变频采样是指仅采样频率等于变频频率，其中，所述变频频率从所述第一频率递增至第二频率，再从所述第二频率递减至第一频率，并重复所述递增和递减过程，且对每一变频频率的采样持续时间为预定时间。

9.根据权利要求8所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述变频频率的递增和递减值为1个频率单位。

10.根据权利要求9所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述供电电源的频率范围为50Hz至75Hz，所述第一频率为80KHz，所述第二频率为120KHz，所述第三频率为20KHz，所述第四频率为500KHz，所述第五频率为900MHz，所述第六频率为3GHz。

11.根据权利要求10所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述第三频率至第四频率的频率范围划分为连续的第一频段、第二频段和第三频段，所述第一频段范围为20KHz～80KHz，所述第二频段范围为80KHz～300KHz，所述第三频段范围为300KHz～500KHz；

所述跳频频率在所述第一频段、第三频段内的每个频率的驻留时间为0.1ms，所述跳频频率在所述第二频段内的每个频率的驻留时间为0.2ms。

12.根据权利要求10所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述跳频频率从第三频率递增至第四频率包括：

所述跳频频率从20KHz增至21KHz，然后以每次2KHz递增至499KHz，接着从499KHz递增至500KHz；

所述跳频频率从第四频率递减至第三频率包括：所述跳频频率以每次2KHz从500KHz递减至20KHz。

13.根据权利要求10所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述变频频率的递增值和递减值为1KHz，所述预定时间为5μs。

14.根据权利要求13所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述第一时间窗口的持续时间为3ms，所述预定次数为80次。

15.根据权利要求14所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，在所述第一时间窗口中采样到按键有效信号的次数小于所述预定次数时，所述环境检测单元进入休眠状态。

16.根据权利要求15所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述控制单元在输出所述控制信号后，在第二时间窗口内继续对所述按键信号进行采样，所述第二时间窗口的持续时间大于所述第一时间窗口的持续时间，在所述第二时间窗口中的任一第一时间窗口中，采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号。

17.根据权利要求16所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述第二时间窗口的持续时间为3s。

18.根据权利要求17所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，在所述第二时间窗口中采样到按键有效信号的次数小于所述预定次数时，所述环境检测单元进入休眠状态。

19.根据权利要求18所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，还包括看门狗模块，在所述环境检测单元进入休眠状态的预设休眠时间后，唤醒所述环境检测单元。

20.根据权利要求19所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述预设休眠时间为128ms。

21.根据权利要求1所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述按键为电容触摸按键，所述按键检测单元用于检测所述按键的电荷变化量；所述按键信号为表示所述电荷变化量的数字信号。

22.根据权利要求21所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述控制单元在采样所得的按键信号所表示的数值大于变化量阈值时，将当前的按键信号确认为按键有效信号。

23.根据权利要求22所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述控制单元还从所述环境检测单元中获取背景环境信号，在预设监控时间内，若某频点的信号始终存在，则根据该频点的信号幅度对所述变化量阈值进行补偿调整。

24.根据权利要求1所述的抗干扰按键检测系统，其特征在于，所述按键为空气式按键或接触式按键。

25.一种抗干扰按键检测方法，其特征在于，

检测背景环境信号，屏蔽第一频率至第二频率范围外的信号；

检测到所述第一频率至第二频率范围内的信号后，检测所述按键，获取按键信号；

对所述按键信号进行采样，在第一时间窗口中采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号；

所述检测背景环境信号包括：

检测供电电源的频率范围内的系统噪声信号；

检测第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号，所述第三频率小于所述第一频率，所述第四频率大于所述第二频率；

检测第五频率至第六频率范围内的高频噪声信号，所述第五频率大于所述第四频率；

依次循环重复上述步骤。

26.根据权利要求25所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，所述按键设置于侦测板上，通过所述侦测板检测所述第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号。

27.根据权利要求26所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，在所述侦测板上设置平衡点，所述平衡点为金属材料，将所述侦测板的接收频率范围调节至所述第三频率至第四频率范围内。

28.根据权利要求25所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，在所述系统噪声信号的幅度低于第一预设幅度时，将其加入检测的基准信号中；在所述系统噪声信号的幅度高于第二预设幅度时，对其进行限幅。

29.根据权利要求28所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，所述第一预设幅度为100mV，所述第二预设幅度为500mV。

30.根据权利要求25所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，所述检测第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号包括：跳频检测所述第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号，所述跳频检测是指仅接收频率等于跳频频率的信号，其中，所述跳频频率从第三频率递增至第四频率，再从第四频率递减至第三频率，所述递增的跳频频率与所述递减的跳频频率不同。

31.根据权利要求30所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，所述跳频频率的递增值和递减值为2个频率单位。

32.根据权利要求31所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，所述对所述按键信号进行采样包括：变频采样所述按键信号，所述变频采样是指采样频率等于变频频率，其中，所述变频频率从所述第一频率递增至第二频率，再从所述第二频率递减至第一频率，并重复所述递增和递减过程，且对每一变频频率的采样持续时间为预定时间。

33.根据权利要求32所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，所述变频频率的递增和递减值为1个频率单位。

34.根据权利要求33所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，所述供电电源的频率范围为50Hz至75Hz，所述第一频率为80KHz，所述第二频率为120KHz，所述第三频率为20KHz，所述第四频率为500KHz，所述第五频率为900MHz，所述第六频率为3GHz。

35.根据权利要求34所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，所述第三频率至第四频率的频率范围划分为连续的第一频段、第二频段和第三频段，所述第一频段范围为20KHz～80KHz，所述第二频段范围为80KHz～300KHz，所述第三频段范围为300KHz～500KHz；

所述跳频频率在所述第一频段、第三频段内的每个频率的驻留时间为0.1ms，所述跳频频率在所述第二频段内的每个频率的驻留时间为0.2ms。

36.根据权利要求34所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，所述跳频频率从第三频率递增至第四频率包括：

所述跳频频率从20KHz增至21KHz，然后以每次2KHz递增至499KHz，接着从499KHz递增至500KHz；

所述跳频频率从第四频率递减至第三频率包括：所述跳频频率以每次2KHz从500KHz递减至20KHz。

37.根据权利要求34所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，所述变频频率的递增值和递减值为1KHz，所述预定时间为5μs。

38.根据权利要求37所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，所述第一时间窗口的持续时间为3ms，所述预定次数为80次。

39.根据权利要求38所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，在所述第一时间窗口中采样到按键有效信号的次数小于所述预定次数时，停止检测所述背景环境信号。

40.根据权利要求39所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，在输出所述控制信号后，在第二时间窗口内继续对所述按键信号进行采样，所述第二时间窗口的持续时间大于所述第一时间窗口的持续时间，在所述第二时间窗口中的任一第一时间窗口中，采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号。

41.根据权利要求40所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，所述第二时间窗口的持续时间为3s。

42.根据权利要求41所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，在所述第二时间窗口中采样到按键有效信号的次数小于所述预定次数时，停止检测所述背景环境信号。

43.根据权利要求42所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，在停止检测所述背景环境信号的预设休眠时间后，重新开始检测所述背景环境信号。

44.根据权利要求43所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，所述预设休眠时间为128ms。

45.根据权利要求25所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，所述按键为电容触摸按键，所述检测所述按键，获取按键信号包括：检测所述按键的电荷变化量；获取按键信号，所述按键信号为表示所述电荷变化量的数字信号。

46.根据权利要求45所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，所述采样到按键有效信号包括：在采样所得的按键信号所述表示的数值大于变化量阈值时，将当前的按键信号确认为按键有效信号。

47.根据权利要求46所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，还包括：在预设监控时间内，若所述背景环境信号中某频点的信号始终存在，则根据该频点的信号幅度对所述变化量阈值进行补偿调整。

48.根据权利要求25所述的抗干扰按键检测方法，其特征在于，所述按键为空气式按键或接触式按键。

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