CN102117156A

CN102117156A - 一种电容式触控板、触控方法及其装置

Info

Publication number: CN102117156A
Application number: CN 200910238964
Authority: CN
Inventors: 陈奕翀; 崔海松; 吴孝红; 杨云
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2029-12-30
Also published as: CN102117156B

Abstract

本发明提供了一种电容式触控板，包括一双层印刷电路板；所述双层印刷电路板的上层包括复数个分立设置的传感单元，设置有传感单元的区域为感应区；复数个分立设置的传感单元包括一个位于中心的传感单元、至少三个围绕中心均匀分布的传感单元；双层印刷电路板的下层包括连线区和由连线区限定的零件区；连线区中的连线分别与传感单元和零件区连接；并基于此电容式触控板提供了触控方法及其装置。根据检测触控板上被触摸区域的大小，得到各传感单元的响应值，此响应值包含了被触摸区域大小的信息；以位于中心的传感单元的中心点为极坐标的极点，计算触摸点的极坐标，可以得到任意的半径和极角，这样就解决了触控板可以在360°任意方向控制的问题。

Description

一种电容式触控板、触控方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种触控板，尤其涉及一种电容式的触控板、触控方法及其触控装置。

背景技术

随着技术的发展，传统的按键式输入设备逐渐被新的输入设备所替代，如电阻式触控以及最近兴起的电容式触控。例如在手机的应用中，早期的手机都是按键式输入，并且在手机的按键输入中，手机的导航键使用最为频繁。但是随着人们对手机使用的要求越来越高，逐渐出现了采用电阻式、电容式触控替代按键输入，极大地丰富了相关的应用操作。可是，在手机中使用最频繁的导航键的功能却没有随着新技术而更新换代，仍然是以传统的五向导航键为主，只能实现上下左右四个方向的动作，而随着手机新功能的增加以及操作界面的复杂化，传统的五向导航键操作迟缓，很难满足要求。

在种类繁多的电子产品中，不仅仅手机需要用到导航键，各种数码显示产品也需要相关的导航控制，还有工控设备等等，并且各种设备装置的操作界面各有不同，上下左右四个方向的移动控制已经很难满足操作需要，因此一种功能更加强大的，可以实现任意角度移动控制的触控装置去替代传统的导航控制已经成为迫切的需求。

发明内容

本发明解决现有技术中导航按键只能在四个方向进行动作，不能在360°的任意方向进行控制的技术问题。本发明提供一种可以在360°的任意方向进行控制的触控板、触控方法及其装置。本发明的技术方案为：

一种电容式触控板，包括一双层印刷电路板；所述双层印刷电路板的上层包括复数个分立设置的传感单元，设置有传感单元的区域为感应区；所述复数个分立设置的传感单元包括一个位于中心的传感单元、至少三个围绕中心均匀分布的传感单元；所述双层印刷电路板的下层包括连线区和由连线区限定的零件区；所述连线区中的连线分别与传感单元和零件区连接。

一种电容式触控板的触控方法，包括：

步骤一：检测电容式触控板上的传感单元是否有触摸；

步骤二：根据触摸区域的大小得到各传感单元的响应值；

步骤三：以位于中心的传感单元的中心点为极坐标的极点，计算触摸点的极坐标；；

步骤四：由得到的极坐标确定触摸位置并显示。

一种电容式触控板的触控装置，包括：检测单元模块，用来检测触控板上的感应单元是否有触摸；计算模块，连接所述检测单元模块，用来计算触摸区域位置的极坐标；传送极坐标模块，连接所述计算模块并将得到的极坐标传送出去。

本发明涉及的一种电容式触控板、触控方法及其装置，根据检测触控板上被触摸区域的大小，得到各传感单元的响应值，此响应值包含了被触摸区域大小的信息，以位于中心的传感单元的中心点为极坐标的极点，计算触摸点的极坐标，可以得到任意的半径和极角，这样就解决了触控板可以在360°进行任意方向控制的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电容式触控板的上层结构示意图；

图2是本发明实施例提供的电容式触控板的下层结构示意图；

图3是本发明实施例提供的电容式触控板的触控方法流程图；

图4是本发明实施例提供的电容式触控板的触控装置示意图；

图5是本发明实施例提供的电容式触控板的应用装置示意图；

图6是本发明实施例提供的传感单元坐标位置示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

图1是本发明实施例提供的电容式触控板的上层结构示意图；图2是本发明实施例提供的电容式触控板的下层结构示意图。一种电容式触控板，包括一双层印刷电路板；所述双层印刷电路板的上层100包括复数个分立设置的传感单元，设置有传感单元的区域为感应区；有些实施例中感应区是圆形。在感应区上进一步贴附一绝缘覆盖物(图中未示出)作为操作区。双层印刷电路板的下层200包括连线区10和由连线区限定的零件区11；连线区中的连线分别与传感单元和零件区连接。双层印刷电路板上层分立设置的传感单元分别通过相应的导电通孔12与下层的连线区10连接，再通过连线区10与零件区11连接。

有些实施例中复数个分立设置的传感单元包括一个位于中心的传感单元1、至少一个围绕中心均匀分布的传感单元2……9。

有些实施例中位于中心的传感单元1是圆形，围绕中心均匀分布的传感单元2……9是扇环形；有些实施例中围绕中心均匀分布的传感单元2……9是圆形。

进一步地，零件区11包括触控板控制器，用来计算触摸区域的位置。

图3是本发明实施例提供的电容式触控板的触控方法流程图；一种电容式触控板的触控方法，包括：

步骤301：检测电容式触控板上的传感单元是否有触摸；判断为是，则执行步骤302，判断为没有触摸，则继续重复判断；

步骤302：根据触摸区域的大小得到各传感单元的响应值A1、A2……A9；；

步骤303：以位于中心的传感单元的中心点为极坐标的极点，计算触摸点的极坐标(R，θ)；

步骤306：由得到的极坐标(R，θ)确定触摸位置并显示。

在步骤303中进一步包括：以位于中心的传感单元的中心点为原点，计算传感单元响应值的等效向量x和y(位于中心的传感单元除外)；根据触摸点传感单元响应值的等效向量x、y，以及位于中心的传感单元的响应值，计算得到触摸点的极坐标。

图4是本发明实施例提供的电容式触控板的触控装置示意图；一种电容式触控板的触控装置，包括：检测单元模块41，用来检测触控板上的感应单元是否有触摸；计算模块42，连接所述检测单元模块41，用来计算触摸区域位置的极坐标；传送极坐标模块43，连接所述计算模块41并将得到的极坐标传送出去。

图中计算模块42进一步包括计算响应值模块421，计算传感单元响应值的等效向量模块422，计算极坐标位置模块423；计算响应值模块421根据触摸感应区域计算各感应单元响应值，计算传感单元响应值的等效向量模块422根据感应单元响应值计算除中心传感单元外的传感单元响应值的等效向量，计算极坐标位置模块423根据等效向量x、y和中心传感单元1的响应值得到触摸位置的极坐标。

以下通过一具体实施例来详细描述本发明实施例的工作原理。

图5是本发明实施例提供的电容式触控板的应用装置示意图；一种电容式触控板的应用装置包括：电容式触控板50、触控面板控制器51、应用微处理器52、显示模块53；其中电容式触控板50以图1和图2中的结构为例；触控面板控制器51包含有检测单元模块；应用微处理器52可以是MCU等处理器。触控面板控制器51中的检测单元模块将容式触控板50中每一个按键的响应值处理后送到微处理器52，再通过微处理器52将数据在显示模块上进行显示。

图1中在直径为16mm的圆形面积上，按照面积大小接近相等分成9个区域，分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9，每个区域为一个传感单元，并将每一个传感单元通过连线经过导电通孔12连接到零件区，即触控面板控制器；触控面板控制器包含有检测单元模块。相对于检测单元模块，每一个传感单元相当于一个固定容值的等效电容，检测单元模块通过端口对等效电容进行充放电控制。

如图6是本发明实施例提供的检测单元模块示意图；检测单元模块包括一比较器500，比较器500的第一输入端通过第二开关502与第一电容C1连接并连接到地；第一开关501一端连接第二开关502和第一电容C1的节点，另一端与电源VDD连接；比较器500的第一输入端通过电阻R与第三开关503连接并连接到地；第二电容的两端分别与比较器500的第一输入端和地连接。

具体的充放电过程如下：

传感单元等效为第一电容C1，充电开始时，第一开关501闭合，第二开关502、第三开关503断开，电源VDD对第一电容C1进行充电，接着第一开关501断开，第二开关502闭合，第一电容C1上的电荷通过第二开关502流入第二电容C2，第二电容C2两端电压升高，接着第一开关501闭合，第二开关502断开，电源VDD再对第一电容C1进行充电后，第二开关502闭合，第一开关501断开，第一电容C1再对第二电容C2充电，如此循环，第二电容C2两端电压随着充电过程，电压逐渐升高，一直到第二电容C2两端的电压高于比较器500的第二输入端参考电压Vth，比较器500输出翻转，同时闭合第三开关503对第二电容C2进行放电，直到第二电容C2两端电压小于参考电压Vth，完成一个充放电周期；接着进行下一个充放电周期。

在没有触摸的情况下，传感单元由于等效电容值恒定，其充放电的周期也是一个恒定的值，当手指或者其他导电的物体接近传感单元，会带走一定的电流，因此第二电容C2要达到原来的充电电压，从而使得比较器500输出翻转，所需时间变长，随着导电物体的距离远近程度以及接触的范围大小，并入等效第一电容C1的电容值也是变化的，因此其充放电周期也随着变化，通过检测充放电周期就可以反映出电容变化量的大小，从而判断是否有触摸以及触摸的程度。

一般导航键有四个方向，即上下左右，而本发明不仅可以实现上下左右四个方向的功能，还可以实现在360°的范围内任意方向的移动控制。图7是本发明实施例提供的传感单元坐标位置示意图；为方便表述，对传感单元进行标定，以传感部分直径为16mm的圆形的传感单元1的中心为原点，以传感单元2、9之间的方向为向量X的正方向，以传感单元3、4之间的方向为向量Y的正方向。以每一个传感单元的中心点到传感单元1的中心点的直线与向量X的正方向形成的角度为a，则传感单元2、3、4、5、6、7、8、9与向量X正方向形成的角度分别为a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8、a9，每一个传感单元与X轴正方向形成的角度如下表所示：

传感单元	a2	a3	a4	a5	a6	a7	a8	a9
									a(度)	22.5	67.5	112.5	157.5	202.5	247.5	292.5	337.5

在没有导电物体接近传感单元时，充放电周期固定，可以认为传感单元的响应值为零，当导电物体靠近传感单元时，充放电周期变长，在导电物体与传感单元距离最近、重叠面积最大时，充放电周期最长，此时响应值最大，假设为A。假设传感单元1、2……9的响应值依次为A1、A2……A9，响应范围是0～A。

当手指或其他导电物体靠近或者在传感单元上方移动时，传感单元与导电物体的距离与重叠面积不同会导致响应值的不同，首先根据传感单元2、3、4、5、6、7、8、9的响应值A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9来确定相应响应值的等效向量x、y，计算公式如下：

x＝A2*cos(a2)+A3*cos(a3)+A4*cos(a4)+A5*cos(a5)+A6*cos(a6)+7*cos(a7)+A8*cos(a8)+A9*cos(a9) (1)

y＝A2*sin(a2)+A3*sin(a3)+A4*sin(a4)+A5*sin(a5)+A6*sin(a6)+A7*sin(a7)+A8*sin(a8)+A9*sin(a9) (2)

上述计算实际上是把每一传感单元的响应值作为一个向量的大小，而向量的方向就是该传感单元的中心点相对于传感单元1中心点的方向，因此x、y实际上是把各传感单元的响应值(传感单元1除外)进行X、Y方向的向量分解并求和。由于计算中并没有引入传感单元1的响应值，因此不能完全反映出触摸点的位置信息，因此先作如下处理：

r = \sqrt{(x * x + y * y)} - - - (3)

θ＝arctan(y/x) (4)

根据θ可以确定导电物体触摸位置所在的方向，其值范围为0～360°，但是根据r，只能确认导电物体与传感单元的接近程度以及重叠面积的大小，并不能准确反映具体的触摸位置信息。为了确定触摸点的具体位置，还需要借助传感单元1进行判断。计算公式如下：

R＝b*r/(A1+r) (5)

b：系数，可以根据需要进行选择，使得出数据满足计算要求。

以传感单元1的中心点为极坐标的极点，以X方向作为正方向，R作为极坐标的极径，以θ作为极坐标的极角，建立极坐标系，则(R，θ)就是触摸点在极坐标中的位置，同时也是触摸点的具体位置。当导电物体最靠近传感单元1中心点时，r理论上约等于零，根据公式(5)得出R等于零，说明此时坐标在原点；当导电物体完全不与传感单元1重叠，而是重叠于其他传感单元时，A1的响应值为零，R等于b，可以得出此时的位置应该离坐标原点最远。当导电物体在这两种情况之间时，可以得出一个介于以上两种情况的R值。

通过以上计算θ、R值，可以精确地定位导电物体在导航键上的具体触摸位置，θ值的范围是0～360°，因此可以实现360度的全方位导航控制；然后触摸面板控制器将相应的位置数据送出去，在本导航键装置主要是通过IIC接口将数据传送给应用微处理器MCU，由应用微处理器MCU将数据处理后在显示模块上进行显示。

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

1.一种电容式触控板，包括一双层印刷电路板；其特征在于：所述双层印刷电路板的上层包括复数个分立设置的传感单元，设置有传感单元的区域为感应区；所述复数个分立设置的传感单元包括一个位于中心的传感单元、至少三个围绕中心均匀分布的传感单元；所述双层印刷电路板的下层包括连线区和由连线区限定的零件区；所述连线区中的连线分别与传感单元和零件区连接。

2.根据权利要求1所述的电容式触控板，其特征在于：还包括在感应区上贴附一绝缘覆盖物作为操作区。

3.权利要求1述的电容式触控板，其特征在于：所述位于中心的传感单元是圆形，所述围绕中心均匀分布的传感单元是扇环形。

4.根据权利要求1所述的电容式触控板，其特征在于：所述位于中心的传感单元是圆形，所述围绕中心均匀分布的传感单元是圆形。

5.根据权利要求1所述的电容式触控板，其特征在于：所述零件区包括触控板控制器，用来计算触摸区域的位置。

6.一种电容式触控板的触控方法，其特征在于，包括：

步骤一：检测电容式触控板上的传感单元是否有触摸；

步骤二：根据触摸区域的大小得到各传感单元的响应值；

步骤三：以位于中心传感单元的中心点为极坐标的极点，计算触摸点的极坐标；

步骤四：由得到的极坐标确定触摸位置并显示。

7.根据权利要求6所述的电容式触控板的触控方法，其特征在于：所述步骤三进一步包括：以位于中心的传感单元的中心点为原点，计算传感单元响应值的等效向量x和y；根据触摸点传感单元响应值的等效向量x、y，以及位于中心的传感单元的响应值，计算得到触摸点的极坐标。

8.一种电容式触控板的触控装置，其特征在于，包括：

检测单元模块，用来检测触控板上的感应单元是否有触摸；

计算模块，连接所述检测单元模块，用来计算触摸区域位置的极坐标；

传送极坐标模块，连接所述计算模块并将得到的极坐标传送出去。

9.根据权利要求8述的电容式触控板的触控装置，其特征在于：所述检测单元模块包括一比较器，比较器的第一输入端通过第二开关与第一电容连接并连接到地；第一开关一端连接第二开关和第一电容的节点，另一端与电源连接；比较器的第一输入端通过电阻与第三开关连接并连接到地；第二电容的两端分别与比较器的第一输入端和地连接。

10.根据权利要求8述的电容式触控板的触控装置，其特征在于：所述计算模块进一步包括计算响应值模块，计算传感单元响应值的等效向量模块，计算极坐标位置模块；所述计算响应值模块根据触摸感应区域计算各感应单元响应值，所述计算传感单元响应值的等效向量模块根据感应单元响应值计算除中心传感单元外的传感单元响应值的等效向量，所述计算极坐标位置模块根据等效向量x、y和中心传感单元的响应值得到触摸位置的极坐标。