CN105973273B - 一种压电式门把手传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压电式门把手传感器，其包括压电元件，滤波器，放大器，正负脉冲分离器，微处理器。利用同一个压电元件在不同动作下会产生不同波形信号的特点，采用滤波，放大等电路处理输入信号，再通过正负脉冲分离器和微处理器对信号进行分析，以不同的信号特征来识别开门及锁门操作，实现了用一个传感器识别多种操作的功能。该种实现方式无需设置锁门开关或是锁门传感器，以单一传感器输出开门信号和锁门信号。因而，本发明提供了一种成本更低廉、构造更简单、性能更可靠、用户操作感受更好的门把手传感器。
Description
技术领域
本发明涉及汽车门把手传感器，尤其涉及一种用于汽车无钥匙进入与启动系统中的既可输出开门信号，又可输出锁门信号的门把手传感器。
背景技术
汽车无钥匙进入与启动系统（Passive Entry & Passive Start，缩写为PEPS）由于其方便快捷用户体验佳的优点而得到较为广泛的应用，对于装备了PEPS系统的汽车，门把手除了在有人拉门把手时产生唤醒PEPS用于开锁的信号外，还必须给PEPS系统提供锁门信号。
目前，提供锁门信号的方法有两种。其一是在门把手上安装一个专用的锁门开关。安装专用的锁门开关可以提供PEPS系统锁门信号，但是却会影响门把手的整体美观，并且由于安装锁门开关和对开关进行防水处理，将导致成本上升。故有第二种方法，即设置锁门敏感元的方式提供锁门信号。锁门敏感元隐藏在门把手本体内，既满足防水要求又不会影响门把手的外观。但是，门把手内设置两个完全独立的敏感元（开锁和解锁各一个），导致机构复杂，电子元器件成本上升，且存在同时触碰开门、锁门敏感元的风险，使门把手传感器整体可靠性下降。
发明内容
本发明目的在于解决现有技术需要两个传感器分别输出开门及锁门信号的问题，提供一种由单一传感器输出开门、锁门及其他操作信号的压电式门把手传感器。
本发明所述的压电式门把手传感器，其特征在于，包括：
压电元件：受使用者抓握或叩击，门把手会产生不同的电信号，并将电信号发送至滤波器；
滤波器：接收压电元件发送的电信号，滤除信号中的噪声然后送至放大器；
放大器：接收滤波器发送的信号，对信号进行幅度放大，将放大后的信号发送至正负脉冲分离器；
正负脉冲分离器：接收放大器输出的超过预定阈值的信号，将不同极性的模拟信号转换为对应的脉冲；
微处理器：依据接收到的脉冲信号的参数特征判断门把手是受到抓握或是叩击，并控制相应输出端，将开锁、解锁及其它信号脉冲发送至输出接口；
输出接口：使门把手传感器的输出电特性适应不同后续系统输入接口的要求。
本发明所述一种压电式门把手传感器，利用拉门把手和叩门把手时，传感器产生的信号波形不同这一特点，采用滤波，放大等电路处理该输入信号，再通过正负脉冲分离和微处理器对脉冲特征进行分析，依据不同的特征来识别开门及锁门操作，实现用一个敏感元识别多种操作的功能。该种实现方式无需设置锁门开关或是锁门敏感元，以单一敏感元输出开门信号和锁门信号。因而，本发明提供了一种成本更低廉、构造更简单、性能更可靠、用户操作感受更好的门把手传感器。
附图说明
图1为一种压电式门把手传感器的电路结构框图。
图2为抓握门把手时压电元件输出的信号波形。
图3为叩击门把手时压电元件输出的信号波形。
图4为一个由运算放大器组成的正负脉冲分离器电路实例。
具体实施方式
如图1所示，一种压电式门把手传感器，包括：
压电元件：受使用者抓握或敲击，门把手会产生不同的电信号，并将电信号发送至滤波器；
滤波器：接收压电元件发送的电信号，滤除信号中的噪声然后送至放大器；
放大器：接收滤波器发送的信号，对信号进行幅度放大，将放大后的信号发送至正负脉冲分离器；
正负脉冲分离器：接收放大器输出的超过预定阈值的信号，将不同极性的模拟信号转换为对应的脉冲；
微处理器：依据接收到的脉冲信号的参数特征来判断门把手是受到抓握或是叩击，并控制相应输出端，将开锁、解锁及其它信号脉冲发送至输出接口；
输出接口：使门把手传感器的输出电特性适应不同后续系统输入接口的要求。
设置在门把手上的压电元件在门把手受抓握和叩击时会产生不同波形的信号：在抓握门把手时，压电元件产生的信号波形如图2所示，其周期大约为300 ms，频率约为3.3Hz，信号首先出现正脉冲，上升段持续时间不少于100ms，负脉冲超过100ms后才出现，两者出现的时间差大于150ms。在叩击门把手时，其压电元件产生的波形如图3所示，其周期在10至20ms之间，频率约50至100Hz，信号首先出现正脉冲，随后是负脉冲，两者出现的时间差不大于15ms。对比两者波形，容易发现其波形信号具有不同特征：抓握产生的正极性信号持续时间远大于叩击产生的正极性信号持续时间。故而，可通过电子电路，准确地区分使用者是抓握门把手试图开锁还是叩击门把手试图锁门。例如,通过检测信号的持续时间，正极性信号持续时间大于20ms的即为抓握动作，正极性信号和紧随其后的负极性信号持续时间之和小于20ms的即为叩击动作，并且通过对不同动作产生的信号进行定义，便可实现不同的功能。
本实施例将抓握门把手产生的信号定义为开锁信号，叩击门把手产生的信号定义为锁门信号，以符合人们的使用习惯。用户抓握或叩击门把手时，压电元件产生相应信号并将该信号发送至滤波器，滤波器将接收到的信号滤去杂波后提取到波形清晰的信号，放大器对该信号进行放大，使其能被正负脉冲分离器识别。正负脉冲分离器在信号电压的正极性部分大于设定的阈值时，其正脉冲输出端（图1中与微处理器输入端1 相连的输出端），输出高电平；在信号电压的负极性部分小于设定的阈值时，其负脉冲输出端（图1中与微处理器输入端2 相连的输出端）输出高电平。微处理器分析输入端1和2接收到的脉冲信息：输入端1检测到一个幅度超过阈值且宽度大于20ms的脉冲，则此脉冲为抓握动作产生的信号，微处理器抓握信号输出端3输出高电平，该信号即为开门信号，接口电路收到该信息则输出开门信号；如果微处理器脉冲输入端1检测到正脉冲信息后，输入端2随即检测到负脉冲信息并且从正脉冲开始到负脉冲结束的时间小于20ms，则此脉冲为叩击动作产生的信号，微处理器叩击信号输出端4输出高电平，该信号即为锁门信号。
输出接口的设置，是为了使门把手传感器的输出电平适应不同PEPS控制器输入接口电平的要求。
所述的正负脉冲分离器可由两个运算放大器组成电压比较器构成，该正负脉冲分离器的一种具体实施方式如图4所示，第一运算放大器OP1的正向输入端与第二运算放大器OP2的反相输入端相连作为正负脉冲分离器的输入端，第一电阻R1的一端与+5V电压连接，另一端与第一运算放大器OP1的反相输入端和第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与第二运算放大器OP2的正向输入端和第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端接地。设输入端在静态时，（信号电压为0伏）直流电压为电源电压的二分之一即2.5伏；正极性信号在2.5至5伏之间变化；负极性信号在2.5伏至地电位之间变化。适当选择R1，R2，R3,使第一运算放大器OP1的反相输入端（“-”输入端）电压为3.5伏，OP2的正向输入端（“+”输入端）电压为1.5伏。这样，当输入端电压变为3.5伏以上时，输出端1(正脉冲输出端)会输出高电平；当输入端电压变为1.5伏以下时，输出端2（负脉冲输出端）会输出高电平。正负脉冲分离器不限于这一种实施方式，事实上，任何一种输入信号幅度超过设定阈值时，其输出端逻辑电平发生变化的电路结构都可在此使用，均为本发明所保护的范围。
本发明所述压电元件的表面附有柔性隔热膜，由于人手本身具有一定的温度，其接触压电元件产生的热释电效应会对压电元件的工作产生干扰，压电式门把手传感器在环境温度较高时，传感器的反应明显地会由于热释电干扰而变慢，开门时被卡滞的现象会频繁发生。对此，设置柔性隔热膜则可以避免人手温度对压电元件的影响，避免上述问题。
如图2，图3所示，本发明中压电元件产生的两种信号，其频率均在3Hz-100Hz之间，故而本发明中采用的滤波器应当为带通滤波器，最好选用通带为3Hz至100Hz的带通滤波器。
另外，由于本发明可以准确地区分抓握动作和叩击动作，并可定义不同动作为不同指令信号，因而其也可用不同组合的叩击动作产生的信号定义为不同的指令,微处理器依据接收到的信号特征提取有用信号，确定指令内容，并输出相应的指令信号。
例如，相邻叩击的时间间隔小于0.5s称为连叩动作，叩击过程中出现大于0.5s小于2s的间隔称为停顿。连叩两次后停顿设置为“密码输入开始”指令，其后输入的内容为密码；超过2s未出现叩击，或者密码叩击总次数已超过限定次数，设置为密码输入结束指令。
下面为一个通过密码输入，实现开车窗通风的实例：
将连叩三次定义为“将车窗微微开启以通风”的密码。用户连叩两次后停顿，再连叩三次后停止，则系统执行“将车窗微微开启以通风”指令。
Claims (7)
1.一种压电式门把手传感器，其特征在于，包括：
压电元件：受使用者抓握或叩击，门把手上的压电元件会产生不同的电信号，并将电信号发送至滤波器；
滤波器：接收压电元件发送的电信号，滤除信号中的噪声然后送至放大器；
放大器：接收滤波器发送的信号，对信号进行幅度放大，将放大后的信号发送至正负脉冲分离器；
正负脉冲分离器：接收放大器输出的超过预定阈值的信号，将不同极性的模拟信号转换为对应的脉冲；
微处理器：依据接收到的脉冲信号的参数特征判断门把手是受到抓握或是叩击，并控制相应输出端，将开锁、锁门及其它脉冲信号发送至输出接口；
输出接口：使门把手传感器的输出电特性适应不同后续系统输入接口的要求。
2.根据权利要求1所述的一种压电式门把手传感器，其特征在于：所述压电元件的表面覆盖有柔性隔热膜。
3.根据权利要求1所述的一种压电式门把手传感器，其特征在于：所述的正负脉冲分离器为输入信号幅度超过设定阈值时，其输出端逻辑电平发生变化的电路结构。
4.根据权利要求1所述的一种压电式门把手传感器，其特征在于：所述的正负脉冲分离器包括运算放大器和电阻，第一运算放大器OP1的正向输入端与第二运算放大器OP2的反相输入端相连作为正负脉冲分离器的输入端，第一电阻R1的一端与+5V电压连接，另一端与第一运算放大器OP1的反相输入端和第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与第二运算放大器OP2的正向输入端和第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端接地。
5.根据权利要求3所述的一种压电式门把手传感器，其特征在于：所述的正负脉冲分离器包括运算放大器和电阻，第一运算放大器OP1的正向输入端与第二运算放大器OP2的反相输入端相连作为正负脉冲分离器的输入端，第一电阻R1的一端与+5V电压连接，另一端与第一运算放大器OP1的反相输入端和第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与第二运算放大器OP2的正向输入端和第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的一种压电式门把手传感器，其特征在于：所述滤波器为带通滤波器。
7.根据权利要求1-5任一所述的压电式门把手传感器，其特征在于：将不同组合的叩击动作产生的信号定义为不同的指令，微处理器依据接收到的信号特征提取有用信号，确定指令内容，并输出相应的指令信号。
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