CN109428579B - 一种电容式触摸按键抗干扰检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容式触摸按键抗干扰检测装置及检测方法，检测装置包括定时采样单元、采样值稳定判定单元、平均滤波单元、数字滤波单元、噪声检测单元、按键检测单元、第一开关以及第二开关；采样值稳定判定单元用于判定采样判定单元输出的多个采样值中的最大采样值与最小采样值的差值是否大于预设差值；平均滤波单元对采样判定单元输出的多个采样值取平均值；数字滤波单元对平均滤波单元输出的平均采样值进行数字滤波；噪声检测单元用于检测平均滤波单元输出的平均采样值是否超过噪声阈值；按键检测单元用于检测第二开关输出的滤波采样值是否超过按键阈值；本发明有效降低了环境干扰导致按键检测失误的风险。

Description

一种电容式触摸按键抗干扰检测装置及检测方法

〖技术领域〗

本发明涉及触摸按键技术领域，尤其涉及一种电容式触摸按键抗干扰检测装置及检测方法。

〖背景技术〗

近年来，随着触摸技术的广泛使用，各种类型的按键被广泛应用于各种电子产品中。其中，电容触摸按键为最常用的触摸按键，通过检测电容触摸按键上电容值的变化，从而得出触摸动作是否产生。

但是，在上述按键检测过程中，如果有外界环境因素干扰，如有手机、其它电器等产生的噪声干扰，会导致触摸动作的误识别，进而导致相关设备的误动作。

〖发明内容〗

本发明的第一个目的在于提供一种电容式触摸按键抗干扰检测装置，降低外部环境干扰对按键检测的影响。

为实现第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种电容式触摸按键抗干扰检测装置，包括定时采样单元、采样值稳定判定单元、平均滤波单元、数字滤波单元、噪声检测单元、按键检测单元、第一开关以及第二开关；所述定时采样单元的采样值输出端与所述采样值稳定判定单元的输入端以及第一开关的输入端连接；所述采样值稳定判定单元的输出端与所述第一开关的控制信号输入端连接；所述第一开关的输出端与所述平均滤波单元的输入端连接；所述平均滤波单元的输出端与所述数字滤波单元的输入端以及所述噪声检测单元的输入端连接；所述数字滤波单元的输出端与所述第二开关的输入端连接；所述第二开关的输出端与所述按键检测单元的输入端连接；所述按键检测单元的输出端输出按键操作信号，执行按键操作；所述噪声检测单元的输出端与所述第二开关的控制信号输入端连接；

所述采样值稳定判定单元用于判定定时采样单元输出的多个采样值中的最大采样值与最小采样值的差值是否大于预设差值，并在所述差值大于预设差值时，控制第一开关断开；所述平均滤波单元对第一开关输出的多个采样值取平均值，输出平均采样值给数字滤波单元以及噪声检测单元；所述数字滤波单元对平均滤波单元输出的平均采样值进行数字滤波，输出滤波采样值给第二开关；所述噪声检测单元用于检测平均滤波单元输出的平均采样值是否超过噪声阈值，并在平均采样值超过噪声阈值时，控制第二开关断开；所述按键检测单元用于检测第二开关输出的滤波采样值是否大于按键阈值，控制执行按键操作。

作为具体的实施方式，所述采样值稳定判定单元包括最大值判定单元、最小值判定单元、第一减法器以及第一比较器；所述最大值判定单元与所述第一减法器的一个输入端连接，接收定时采样单元输出的多个采样值，输出最大采样值给所述第一减法器；所述最小值判定单元与所述第一减法器的另一个输入端连接，接收定时采样单元输出的多个采样值，输出最小采样值给所述第一减法器；所述第一减法器的输出端与所述第一比较器的一个输入端连接，输出最大采样值与所述最小采样值的差值给所述第一比较器；所述第一比较器的另一个输入端接收预设差值；所述第一比较器将所述差值与所述预设差值进行比较，输出第一控制信号给第一开关，控制所述第一开关闭合或断开。

进一步地，当所述差值小于等于所述预设差值时，所述第一比较器输出的第一控制信号为高电平，控制所述第一开关闭合；当所述差值大于所述预设差值时，所述第一比较器输出的第一控制信号为低电平，控制所述第一开关断开；

或，当所述差值小于等于所述预设差值时，所述第一比较器输出的第一控制信号为低电平，控制所述第一开关闭合；当所述差值大于所述预设差值时，所述第一比较器输出的第一控制信号为高电平，控制所述第一开关断开。

进一步地，所述噪声阈值包括噪声上阈值与噪声下阈值；当所述平均采样值大于噪声上阈值，或，小于噪声下阈值时，所述噪声检测单元控制所述第二开关断开；当所述平均采样值大于等于噪声下阈值，且小于等于噪声上阈值时，所述噪声检测单元控制所述第二开关闭合。

进一步地，所述噪声检测单元包括第四比较器、第五比较器以及噪声判决单元；所述第四比较器的两个输入端分别接收噪声下阈值以及平均滤波单元输出的平均采样值；所述第五比较器的两个输入端分别接收噪声上阈值以及平均滤波单元输出的平均采样值；所述第四比较器的输出端以及所述第五比较器的输出端分别与所述噪声判决单元的两个输入端连接；所述噪声判决单元输出第二控制信号给所述第二开关，控制所述第二开关闭合或断开。

作为具体的实施方式，所述噪声判决单元为第三与门；当所述平均采样值大于等于噪声下阈值时，第四比较器输出高电平；当所述平均采样小于噪声下阈值时，第四比较器输出低电平；当所述平均采样值小于等于噪声上阈值时，第五比较器输出高电平；当所述平均采样值大于噪声上阈值时，第五比较器输出低电平；当所述第四比较器与所述第五比较器均输出高电平时，所述第三与门输出高电平，控制第二开关闭合；当第四比较器或所述第五比较器输出低电平时，所述第三与门输出低电平，控制第二开关断开；

或，所述噪声判决单元为第三或门；当所述平均采样值大于等于噪声下阈值时，第四比较器输出低电平；当所述平均采样小于噪声下阈值时，第四比较器输出高电平；当所述平均采样值小于等于噪声上阈值时，第五比较器输出低电平；当所述平均采样值大于噪声上阈值时，第五比较器输出高电平；当所述第四比较器与所述第五比较器均输出低电平时，所述第三或门输出低电平，控制第二开关闭合；当所述第四比较器或所述第五比较器输出高电平时，所述第三或门输出高电平，控制第二开关断开。

作为具体的实施方式，所述按键检测单元包括第六比较器、第七比较器以及第一计数器；所述第六比较器的两个输入端分别接收按键阈值以及第二开关输出的滤波采样值，输出端与第一计数器的触发信号输入端连接；所述第七比较器的两个输入端分别接收按键确认次数以及第一计数器输出的计数值，输出端输出按键控制信号；所述第六比较器用于判定滤波采样值是否大于按键阈值，并在滤波采样值大于滤波采样值时，触发第一计数器计数；所述第七比较器用于判定第一计数器输出的计数值是否达到按键确认次数，并在所述计数值达到按键确认次数时，输出按键控制信号。

进一步地，当所述滤波采样值大于按键阈值时，所述第六比较器输出高电平/低电平，触发所述第一计数器计数；当所述第一计数器输出的计数值达到按键确认次数时，所述第七比较器输出的按键控制信号为高电平/低电平，控制执行按键操作。

作为具体的实施方式，所述数字滤波单元包括第一乘法器、第二乘法器、第一加法器以及滤波采样值寄存器；所述第一乘法器的两个输入端分别接收平均采样值以及第一乘法因子1/K，K＝2^q，q为正整数；所述第一乘法器的输出端以及所述第二乘法器的输出端分别与所述第一加法器的两个输入端连接；所述第一加法器的输出端与所述滤波采样值寄存器的输入端连接；所述第二乘法器的一个输入端接收第二乘法因子(K-1)/K，另一个输入端与所述滤波采样值寄存器的输出端连接，所述滤波采样值寄存器将上一次滤波的结果反馈给所述第二乘法器，经过多次滤波输出滤波采样值。

进一步地，所述平均滤波单元对所述多个采样值去掉最大采样值与最小采样值后取平均值。

本发明的第二个目的在于提供一种电容式触摸按键抗干扰检测方法，降低外部环境干扰对按键检测的影响。

为实现第二个目的，本发明提供如下技术方案：

一种电容式触摸按键抗干扰检测装置的检测方法，包括以下步骤：

(1)开始；

(2)各模块初始化；

(3)设置噪声阈值以及按键阈值；

(4)定时采样单元扫描触摸按键，得到触摸按键的电容值；

(5)定时采样单元输出多个采样值给采样值稳定判定单元；

(6)采样值稳定判定单元判定多个采样值中的最大采样值与最小采样值的差值是否大于预设差值，若是，进入步骤(7)，若否，进入步骤(8)；

(7)平均滤波单元不接收定时采样单元输出的多个采样值，返回步骤(4)；

(8)平均滤波单元接收定时采样单元输出的多个采样值；

(9)平均滤波单元输出平均采样值给数字滤波单元、噪声检测单元；

(10)噪声检测单元检测平均采样值是否超过噪声阈值，若是，进入步骤(11)，若否，进入步骤(12)；

(11)按键检测单元不接收数字滤波单元输出的滤波采样值，返回步骤(4)；

(12)按键检测单元接收数字滤波单元输出的滤波采样值；

(13)按键检测单元检测滤波采样值是否大于按键阈值，若是，进入步骤(14)，若否，进入步骤(16)；

(14)按键检测单元检测滤波采样值大于按键阈值的次数是否达到按键确认次数，若是，进入步骤(15)，若否，进入步骤(16)；

(15)按键操作单元执行按键操作，返回步骤(4)；

(16)按键操作单元不执行按键操作，返回步骤(4)。

本发明的有益效果：

本发明采样值稳定判定单元通过判定定时采样单元输出的多个采样值的最大采样值与最小采样值的差值是否大于预设差值，控制第一开关闭合或断开，使得平均滤波单元只能接收差值小于预设差值的多个采样值，防止对在环境干扰的作用下产生的不稳定的采样值进行按键检测，降低检测失误的风险；本发明噪声检测单元通过判定平均滤波器输出的平均采样值是否超过噪声阈值，控制第二开关闭合或断开，使得按键检测单元不会检测超出噪声阈值的滤波采样值，防止对在环境干扰的作用下产生的噪声进行按键检测，降低检测失误的风险；本发明通过平均滤波单元对多个采样值取平均值，通过数字滤波单元对平均采样值进行数字滤波，降低环境干扰影响采样值的风险。进一步地，本发明通过设置按键确认次数，只有滤波采样值大于按键阈值的次数达到按键确认次数时才执行按键操作，降低环境干扰导致检测失误的风险。进一步地，本发明通过数字滤波单元进行多次滤波，滤除环境干扰的效果更好。进一步地，本发明平均滤波单元滤除多个采样值中的最大采样值与最小采样值后取平均值，便于获得更稳定的平均采样值。

〖附图说明〗

为了更清楚地说明本发明实施例，下面对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明中的实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本发明电容式触摸按键抗干扰检测装置的整体结构框图；

图2是本发明采样值稳定判定单元的结构框图；

图3是本发明最大值判定单元的结构框图；

图4是本发明最小值判定单元的结构框图；

图5是本发明数字滤波单元的结构框图；

图6是本发明噪声阈值生成单元的结构框图；

图7是本发明噪声检测单元的结构框图；

图8是本发明按键阈值生成单元的结构框图；

图9是本发明按键检测单元的结构框图；

图10是本发明基线值边界生成单元的结构框图；

图11是本发明基线值检测单元的结构框图；

图12是本发明定时单元的结构框图；

图13是本发明采样控制单元的结构框图；

图14是本发明定时采样单元未提高采样速率时输出的采样值时序图；

图15是本发明定时采样单元提高采样速率后输出的采样值时序图；

图16是本发明电容式触摸按键抗干扰检测方法的整体流程图。

〖具体实施方式〗

下面结合附图，对本发明进行详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案、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。

如图1所示，一种电容式触摸按键抗干扰检测装置包括定时采样单元、采样控制单元、定时单元、采样值稳定判定单元、平均滤波单元、数字滤波单元、噪声检测单元、噪声阈值生成单元、按键检测单元、按键阈值生成单元、基线值检测单元、基线值边界生成单元、基线值更新单元、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关以及基线值更新判决单元。

如图1所示，定时采样单元的采样值输出端与采样值稳定判定单元的输入端以及第一开关的输入端连接；定时采样单元的定时控制信号输出端与定时单元的定时控制信号输入端连接，控制定时单元的定时时间；采样值稳定判定单元的输出端与第一开关的控制信号输入端连接，控制第一开关闭合或断开；第一开关的输出端与平均滤波单元的输入端连接；平均滤波单元的输出端与数字滤波单元的输入端以及噪声检测单元的一个输入端连接；数字滤波单元的输出端与第二开关的输入端、第三开关的输入端、第四开关的输入端以及第五开关的输入端连接；噪声检测单元的输出端与第二开关的控制信号输入端以及第五开关的控制信号输入端连接，控制第二开关以及第五开关闭合或断开；第二开关的输出端与按键检测单元的一个输入端连接；按键检测单元的一个输出端输出按键操作信号给按键操作单元(未图示)，由按键操作单元执行相应的操作，另一个输出端与第三开关的控制信号输入端连接，控制第三开关闭合或断开；第三开关的输出端与基线值检测单元的一个输入端连接；基线值检测单元的输出端以及定时单元的输出端分别与基线值更新判决单元的两个输入端连接；基线值更新判决单元的输出端与第四开关的控制信号输入端连接，控制第四开关闭合或断开；第四开关的输出端与基线值更新单元的输入端连接；基线值更新单元的输出端与噪声阈值生成单元的输入端、按键阈值生成单元的输入端、基线值边界生成单元的输入端以及采样控制单元的一个输入端连接；噪声阈值生成单元的输出端与噪声检测单元的另一个输入端连接；按键阈值生成单元的输出端与按键检测单元的另一个输入端连接；基线值边界生成单元的输出端与基线值检测单元的另一个输入端连接；第五开关的输出端与采样控制单元的另一个输入端连接；采样控制单元的输出端与定时采样单元的采样控制信号输入端连接，控制定时采样单元的采样速率。

如图1所示，定时采样单元输出多个采样值C₁……C_n……C_N(N≥2，1≤n≤N，N、n均为整数，以下同)给采样值稳定判定单元以及第一开关；采样值稳定判定单元接收预设差值ΔC以及定时采样单元输出的多个采样值C₁……C_n……C_N，输出第一控制信号给第一开关，控制第一开关闭合或断开。

如图2所示，采样值稳定判定单元包括最大值判定单元、最小值判定单元、第一减法器以及第一比较器；最大值判定单元与第一减法器的一个输入端连接，接收定时采样单元输出的多个采样值C₁……C_n……C_N，输出最大采样值C_MAX给第一减法器；最小值判定单元与第一减法器的另一个输入端连接，接收定时采样单元输出的多个采样值C₁……C_n……C_N，输出最小采样值C_MIN给第一减法器；第一减法器的输出端与第一比较器的一个输入端连接，输出最大采样值C_MAX与最小采样值C_MIN的差值C_MAX-C_MIN给第一比较器，第一比较器的另一个输入端接收预设差值ΔC；第一比较器将差值C_MAX-C_MIN与预设差值ΔC进行比较，并根据比较结果输出第一控制信号。

在本实施例中，当最大采样值C_MAX与最小采样值C_MIN的差值C_MAX-C_MIN小于等于预设差值ΔC时，采样值稳定判定单元输出的第一控制信号为高电平，控制第一开关闭合；当最大采样值C_MAX与最小采样值C_MIN的差值C_MAX-C_MIN大于预设差值ΔC时，采样值稳定判定单元输出的第一控制信号为低电平，控制第一开关断开。

在其他实施例中，当最大采样值C_MAX与最小采样值C_MIN的差值C_MAX-C_MIN小于等于预设差值ΔC时，采样值稳定判定单元输出的第一控制信号为低电平，第一开关闭合；当最大采样值C_MAX与最小采样值C_MIN的差值C_MAX-C_MIN大于预设差值ΔC时，采样值稳定判定单元输出的第一控制信号为高电平，控制第一开关断开。

在本实施例中，预设差值ΔC为定时采样单元多次采样确定的经验值，而且需在没有环境干扰，比如手机干扰的情况下测定；统计定时采样单元多次采样输出的最大值与最小值，取所述最大值与最小值的差值作为预设差值ΔC。在本实施例中，ΔC＝100-1000。

如图3所示，最大值判定单元包括第二比较器以及最大采样值寄存器；第二比较器的一个输入端接收多个采样值C₁……C_n……C_N，第二比较器的输出端与最大采样值寄存器的输入端连接，最大采样值寄存器的输出端与第二比较器的另一个输入端连接。

在本实施例中，最大值判定单元接收多个采样值C₁……C_n……C_N，输出最大采样值C_MAX的原理如下：第二比较器的一个输入端接收第一个采样值C₁，并将第一采样值C₁存储在最大采样值寄存器，由最大采样值寄存器将第一采样值C₁反馈到第二比较器的另一个输入端；第二比较器再接收第二个采样值C₂，并将第一个采样值C₁与第二个采样值C₂进行比较，并将第一个采样值C₁与第二个采样值C₂中较大的采样值存储在最大采样值寄存器，由最大采样值寄存器将较大的采样值反馈给第二比较器的另一个输入端；第二比较器再接收第三个采样值C₃，并将第三个采样值C₃与反馈值进行比较，将再一次比较后较大的采样值存储在最大采样值寄存器，由最大采样值寄存器将较大的采样值反馈给第二比较器的另一个输入端，并；依次类推，最大采样值寄存器最后输出多个采样值C₁……C_n……C_N中的最大采样值C_MAX。

如图4所示，最小值判定单元包括第三比较器以及最小采样值寄存器；第三比较器的一个输入端接收多个采样值C₁……C_n……C_N，第三比较器的输出端与最小采样值寄存器的输入端连接，最小采样值寄存器的输出端与第二比较器的另一个输入端连接。

在本实施例中，最小值判定单元接收多个采样值C₁……C_n……C_N，输出最小采样值C_MIN的原理如下：第三比较器的一个输入端接收第一个采样值C₁，并将第一采样值C₁存储在最小采样值寄存器，由最小采样值寄存器将第一采样值C₁反馈到第三比较器的另一个输入端；第三比较器再接收第二个采样值C₂，并将第一个采样值C₁与第二个采样值C₂进行比较，并将第一个采样值C₁与第二个采样值C₂中较小的采样值存储在最小采样值寄存器，由最小采样值寄存器将较小的采样值反馈给第三比较器的另一个输入端；第三比较器再接收第三个采样值C₃，并将第三个采样值C₃与反馈值进行比较，将再一次比较后较小的采样值存储在最小采样值寄存器，由最小采样值寄存器将较小的采样值反馈给第三比较器的另一个输入端最小采样值寄存器；依次类推，最小采样值寄存器最后输出多个采样值C₁……C_n……C_N中的最小采样值C_MIN。

在本实施例中，当第一开关闭合时，平均滤波单元接收多个采样值C₁……C_n……C_N，并对去掉最大采样值C_MAX与最小采样值C_MIN后的多个采样值C₁……C_n……C_N取平均值，输出平均采样值C_AVE，即平均采样值C_AVE＝(C₁+……C_n……+C_N-C_MAX-C_MIN)/N；当第一开关断开时，平均滤波单元停止接收定时采样单元输出的采样值，并停止输出平均采样值C_AVE给数字滤波单元。

如图1所示，数字滤波单元接收平均滤波单元输出的平均采样值C_AVE，输出滤波采样值C_F；数字滤波单元对平均采样值C_AVE进行数字滤波。在本实施例中，数字滤波单元用于进行多次滤波，C_F，i+1＝C_AVE/K+(K-1)*C_F，i/K，K＝2^q，q与i均为正整数；C_F，i为数字滤波单元第i次滤波的结果，C_F，i+1为数字滤波单元第i+1次滤波的结果；C_F为数字滤波单元最后一次滤波的结果。在本实施例中，q＝1、2、3、4、5、6、7、8。

如图5所示，数字滤波单元包括第一乘法器、第二乘法器、第一加法器以及滤波采样值寄存器；第一乘法器的两个输入端分别接收平均采样值C_AVE以及第一乘法因子1/K；第一乘法器的输出端以及第二乘法器的输出端分别与第一加法器的两个输入端连接；第一加法器的输出端与滤波采样值寄存器的输入端连接；滤波采样值寄存器的输出端与第二乘法器的一个输入端连接，将上一次滤波的结果C_F，i反馈给第二乘法器，第二乘法器的另一个输入端接收第二乘法因子(K-1)/K，第一加法器输出下一次滤波的结果C_F，i+1，存储在滤波采样值寄存器；滤波采样值寄存器的输出端最后输出滤波采样值C_F。

如图1所示，噪声阈值生成单元接收基线值更新单元输出的基线值C_B，输出噪声上阈值C_NU以及噪声下阈值C_ND给噪声检测单元；噪声检测单元接收噪声阈值单元输出的噪声上阈值C_NU、噪声下阈值C_ND以及平均滤波单元输出的平均采样值C_AVE，将平均采样值C_AVE与噪声上阈值C_NU以及噪声下阈值C_ND进行比较，并根据比较结果输出第二控制信号给第二开关以及第五开关，控制第二开关以及第五开关闭合或断开。

如图6所示，在本实施例中，噪声阈值生成单元包括第二减法器、第二加法器以及第三乘法器；第三乘法器的两个输入端分别接收基线值C_B以及系数a₁，输出端与第二减法器的一个输入端以及第二加法器的一个输入端连接，输出a₁*C_B给第二减法器以及第二加法器；第二减法器的另一个输入端以及第二加法器的另一个输入端均接收基线值C_B；第二减法器的输出端输出C_B-a₁*C_B，即输出噪声下阈值C_ND；第二加法器的输出端输出C_NU＝C_B+a₁*C_B，即输出噪声上阈值C_NU。

如图7所示，噪声检测单元包括第四比较器、第五比较器以及噪声判决单元；第四比较器的两个输入端分别接收噪声阈值生成单元输出的噪声下阈值C_ND以及平均滤波单元输出的平均采样值C_AVE，输出端与噪声判决单元的一个输入端连接；第五比较器的两个输入端分别接收噪声阈值生成单元输出的噪声上阈值C_NU以及平均滤波单元输出的平均采样值C_AVE，输出端与噪声判决单元的另一个输入端连接；噪声判决单元的输出端输出第二控制信号。

在本实施例中，噪声判决单元为第三与门；当平均采样值大于等于噪声下阈值时，第四比较器输出高电平；当平均采样小于噪声下阈值时，第四比较器输出低电平；当平均采样值小于等于噪声上阈值时，第五比较器输出高电平；当平均采样值大于噪声上阈值时，第五比较器输出低电平；当第四比较器与第五比较器均输出高电平时，第三与门输出高电平，控制第二开关以及第五开关闭合；当第四比较器或第五比较器输出低电平时，第三与门输出低电平，控制第二开关以及第五开关断开。

在其它实施例中，噪声判决单元为第三或门；当平均采样值大于等于噪声下阈值时，第四比较器输出低电平；当平均采样小于噪声下阈值时，第四比较器输出高电平；当平均采样值小于等于噪声上阈值时，第五比较器输出低电平；当平均采样值大于噪声上阈值时，第五比较器输出高电平；当第四比较器与第五比较器均输出低电平时，第三或门输出低电平，控制第二开关以及第五闭合；当第四比较器或所述第五比较器输出高电平时，第三或门输出高电平，控制第二开关以及第五开关断开。

在本实施中，当第二开关闭合时，按键检测单元接收数字滤波单元输出的滤波采样值C_F，并通过检测滤波采样值C_F的数值判定电容式触摸按键是否处于触摸状态；当第二开关断开时，按键检测单元停止接收数字滤波单元输出的滤波采样值C_F；当第五开关闭合时，采样控制单元接收数字滤波单元输出的滤波采样值C_F；当第二开关断开时，采样控制单元停止接收数字滤波单元输出的滤波采样值C_F。

在本实施例中，噪声下阈值C_ND＝C_B-a₁*C_B，噪声上阈值C_NU＝C_B+a₁*C_B；a₁＝0.001-0.1。

在本实施例中，只有当噪声检测单元检测到平均采样值C_AVE不是噪声，即平均采样值C_AVE大于等于噪声下阈值C_ND且小于等于噪声上阈值C_NU时，第二开关才闭合，按键检测单元才会检测该平均采样值C_AVE，避免噪声对按键检测的干扰。

如图1所示，按键阈值生成单元接收基线值更新单元输出的基线值C_B，输出按键阈值C_TK给按键检测单元；按键检测单元接收按键阈值生成单元输出的按键阈值C_TK以及第二开关输出的滤波采样值C_F，将滤波采样值C_F与按键阈值C_TK进行比较，并根据比较结果输出按键操作信号控制按键操作单元的操作，输出第三控制信号控制第三开关闭合或断开。

如图8所示，按键阈值生成单元包括第三加法器以及第五乘法器；第五乘法器的两个输入端分别接收基线值C_B以及系数b，第五乘法器的输出端与第三加法器的一个输入端连接，输出b*C_B给第三加法器；第三加法器的另一个输入端接收基线值C_B，输出端输出C_B+b*C_B，即输出按键阈值C_TK。

如图9所示，按键检测单元包括第六比较器、第七比较器以及第一计数器；第六比较器的两个输入端分别接收按键阈值生成单元输出的按键阈值C_TK以及数字滤波单元输出的滤波采样值C_F，第六比较器将滤波采样值C_F与按键阈值C_TK进行比较，并根据比较结果输出第三控制信号给第三开关，控制第三开关闭合或断开，输出第一触发信号给第一计数器，控制第一计数器计数；第七比较器的两个输入端分别接收按键确认次数N_TK以及第一计数器输出的计数值，第七比较器将第一计数器输出的计数值与按键确认次数N_TK进行比较，并根据比较结果输出按键操作信号。

在本实施例中，当滤波采样值C_F大于按键阈值C_TK，且滤波采样值C_F大于按键阈值C_TK的次数达到按键确认次数N_TK时，按键检测单元输出的按键操作信号为高电平，按键检测单元输出的第三控制信号为高电平；当滤波采样值C_F大于按键阈值C_TK，且滤波采样值C_F大于按键阈值C_TK的次数未达到按键确认次数N_TK时，按键检测单元输出的按键操作信号为低电平，按键检测单元输出的第三控制信号为高电平；当滤波采样值C_F小于按键阈值C_TK时，按键检测单元输出的按键操作信号为低电平，按键检测单元输出的第三控制信号为低电平。在本实施例中，当滤波采样值C_F大于按键阈值C_TK，第六比较器输出高电平触发第一计数器计数，且第一计数器输出的计数值大于按键确认次数N_TK，即滤波采样值C_F大于按键阈值C_TK的次数达到按键确认次数N_TK时，第七比较器输出的按键操作信号为高电平，按键检测单元判定相应的电容式触摸按键处于触摸状态；当滤波采样值C_F小于按键阈值C_TK，第六比较器输出低电平，第一计数器不计数，或，滤波采样值C_F大于按键阈值C_TK，第六比较器输出高电平触发第一计数器计数，但是滤波采样值C_F大于按键阈值C_TK的次数未达到按键确认次数N_TK时，第七比较器输出的按键操作信号为低电平，按键检测单元判定相应的电容式触摸按键处于未被触摸状态。

在本实施例中，当按键单元输出的按键操作信号为高电平时，按键操作单元执行相应电容式触摸按键的操作；当按键单元输出的按键操作信号为低电平时，按键操作单元不会执行相应电容式触摸按键的操作；当第六比较器输出高电平，即第三控制信号为高电平时，第三开关断开；当第六比较器输出低电平，即第三控制信号为低电平时，第三开关闭合。

在其它实施例中，当滤波采样值C_F大于按键阈值C_TK，第六比较器输出低电平触发第一计数器计数，且第一计数器输出的计数值大于按键确认次数N_TK，即滤波采样值C_F大于按键阈值C_TK的次数达到按键确认次数N_TK时，第七比较器输出的按键操作信号为低电平，按键检测单元判定相应的电容式触摸按键处于触摸状态；当滤波采样值C_F小于按键阈值C_TK，第六比较器输出高电平，第一计数器不计数，或，滤波采样值C_F大于按键阈值C_TK，第六比较器输出低电平触发第一计数器计数，但是滤波采样值C_F大于按键阈值C_TK的次数未达到按键确认次数N_TK时，第七比较器输出的按键操作信号为高电平，按键检测单元判定相应的电容式触摸按键处于未被触摸状态。

在其它实施例中，当按键单元输出的按键操作信号为低电平时，按键操作单元执行相应电容式触摸按键的操作；当按键单元输出的按键操作信号为高电平时，按键操作单元不会执行相应电容式触摸按键的操作；当第六比较器输出高电平，即第三控制信号为高电平时，第三开关断开；当第六比较器输出低电平，即第三控制信号为低电平时，第三开关闭合。

在本实施例中，当第三开关闭合时，基线值检测单元接收数字滤波单元输出的滤波采样值C_F；当第三开关断开时，基线值检测单元停止接收数字滤波单元输出的滤波采样值C_F。

在本实施例中，按键阈值C_TK＝C_B+b*C_B；b＝0.001-0.1，且b＜a₂；按键确认次数C_TK为多次触摸电容式触摸按键后确定的经验值；统计多次触摸电容式触摸按键时，滤波采样值C_F大于按键阈值C_TK的次数的最低值作为按键确认次数C_TK；按键确认次数N_TK的数值范围为1至8。

如图1所示，基线值边界生成单元接收基线值更新单元输出的基线值C_B，输出基线值边界C_BB给基线值检测单元；基线值检测单元接收基线值边界生成单元输出的基线值边界C_BB以及第三开关输出的滤波采样值C_F，将滤波采样值C_F与基线值边界C_BB进行比较，并根据比较结果输出第一基线值更新信号给基线值更新判决单元。

如图10所示，基线值边界生成单元包括第四加法器以及第六乘法器；第六乘法器的两个输入端分别接收基线值C_B以及系数c，第六乘法器的输出端与第四加法器的一个输入端连接，输出c*C_B给第四加法器；第四加法器的另一个输入端接收基线值C_B，输出端输出C_B+c*C_B，即输出基线值边界C_BB。

如图11所示，基线值检测单元包括第八比较器、第九比较器、第十比较器、第二计数器以及第一基线值更新判定单元；第八比较器的两个输入端分别接收第三开关输出的滤波采样值C_F以及基线值边界生成单元输出的基线值边界C_BB，第八比较器将滤波采样值C_F与基线值边界C_BB进行比较，并根据比较结果输出第二触发信号给第二计数器，触发第二计数器计数；第十比较器的两个输入端分别接收基线值确认次数N_B以及第二计数器输出的计数值，输出端与第一基线值更新判定单元的一个输入端连接；第十比较器将第二计数器输出的计数值与基线值确认次数N_B进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平给第一基线值更新判定单元；第九比较器的两个输入端分别接收第三开关输出的滤波采样值C_F以及基线值边界生成单元输出的基线值边界C_BB，输出端与第一基线值更新判定单元的另一个输入端连接；第九比较器将滤波采样值C_F与基线值边界C_BB进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平给第一基线值更新判定单元；第一基线值更新判定单元的输出端输出第一基线值更新信号。

在本实施例中，第一基线值更新判定单元为第二或门；当滤波采样值C_F大于基线值边界C_BB时，第九比较器输出低电平，第八比较器输出高电平触发第二计数器计数；当第二计数器输出的计数值大于基线值确认次数N_B，即滤波采样值C_F大于基线值边界C_BB的次数达到基线值确认次数N_B时，第十比较器输出高电平，第二或门输出的第一基线值更新信号为高电平，当第二计数器输出的计数值小于基线值确认次数N_B，即滤波采样值C_F大于基线值边界C_BB的次数未达到基线值确认次数N_B时，第十比较器输出低电平，第二或门输出的第一基线值更新信号为低电平；当滤波采样值C_F小于等于基线值边界C_BB时，第九比较器输出高电平，第八比较器输出低电平，不触发第二计数器进行计数，第十比较器输出低电平，第二或门输出的第一基线值更新信号为高电平。在本实施例中，基线值边界C_BB＝C_B+c*C_B；c＝0.001-0.1，且c＜b；基线值确认次数N_B的数值范围为1至32。

如图1所述，定时单元接收定时采样单元输出的定时控制信号，输出第二基线值更新信号给基线值更新判决单元。如图12所示，定时单元包括定时器、第三计数器、定时判决条件生成单元以及第十一比较器；定时器的输出端与第三计数器的输入端连接，第三计数器对定时器进行计数，并输出计数值给第十一比较器的一个输入端；定时判决条件接收采样单元输出定时控制信号，输出定时判决条件给第十一比较器的另一个输入端；定时控制信号用于控制定时判决条件的数值；第十一比较器输出第二基线值更新信号。

在本实施例中，当第三计数器输出的计数值小于定时判决条件输出的定时判决条件，即基线值更新单元还未到定时更新的时间时，第十一比较器输出的第二基线值更新信号为低电平；当第三计数器输出的计数值等于定时判决条件输出的定时判决条件，即定时单元达到定时时间时，第十一比较器输出的第二基线值更新信号为高电平。

在本实施例中，基线值更新判决单元为第一与门；当基线值检测单元输出的第一基准更新信号与定时单元输出的第二基准更新信号均为高电平时，第一与门输出高电平；当第一基准更新信号或第二基准更新信号为低电平时，第一与门输出低电平；当第一与门输出高电平时，第一与门输出的第四控制信号为高电平，第四开关闭合，基线值更新单元接收数字滤波单元输出的滤波采样值C_F进行基线值更新，输出的基线值变为滤波采样值C_F；当第一与门输出低电平时，第一与门输出的第四控制信号为低电平，第四开关断开，基线值更新单元不进行基线值更新，输出的基线值不变。

在本实施例中，基线值更新单元更新基线值需要满足下述条件：(1)噪声检测单元检测到平均采样值C_AVE不是噪声；(2)基线值检测单元检测到的滤波采样值C_F达到更新条件，即滤波采样值C_F小于等于基线值边界C_BB，或，滤波采样值C_F大于基线值确认次数N_B达到基线值确认次数N_B，且滤波采样值C_F小于按键阈值C_TK；(3)定时单元达到定时时间；降低噪声对基线值检测的影响；对小于等于基线值边界C_BB的滤波采样值C_F，无须多次确认，直接更新基线值，提高了基线值更新的速度；对大于基线值边界C_BB的滤波采样值C_F，进行多次确认后才能更新基线值，避免环境短暂突变对电容式触摸按键电容值的影响，导致基线值错误更新。

在本实施例中，基线值更新单元第一次输出的基线值为电容式触摸按键未被环境干扰，且未被触摸时的电容值，该电容值由定时采样单元扫描得到。

如图1所示，采样控制单元接收第五开关输出的滤波采样值C_F以及基线值更新单元输出的基线值C_B，输出采样控制信号给定时采样单元。如图13所示，采样控制单元包括第十二比较器；第十二比较器的两个输入端分别接收滤波采样值C_F以及基线值C_B，第十二比较器将滤波采样值C_F以及基线值C_B进行比较，并根据比较结果输出采样控制信号。

在本实施例中，当滤波采样值C_F大于等于基线值C_B时，第十二比较器输出的采样控制信号为低电平，定时采样单元维持原先的采样速率，定时采样单元输出的定时控制信号控制定时单元输出的定时判决条件的数值不变，即基线值更新单元的更新速度不变；当滤波采样值C_F小于基线值C_B时，第十二比较器输出的采样控制信号为高电平，定时采样单元提高采样速率，定时采样单元输出的定时控制信号控制定时单元减小定时判决条件的数值，即缩短了定时单元的定时时间，加快了基线值更新单元的更新速度。

如图14所示，连续多次触摸电容式触摸按键会导致电容式触摸按键的数值连续上升后下降；当定时采样单元的采样速率较低时，定时采样单元输出的采样值均为较大的值，进而导致数字滤波单元输出的滤波采样值C_F大于基线值边界C_BB的次数达到基线值确认次数N_B，基线值更新单元更新基线值会导致基线值异常升高。

在本实施例中，采样控制单元检测到滤波采样值C_F小于基线值C_B时，控制定时采样单元加快采样速率(如图15所示)，定时采样单元输出的采样值会变小，进而数字滤波单元输出的滤波采样值C_F也会变小，防止由于采样速率低导致的基线值异常升高；另一方面，定时采样单元加快采样速率的同时，控制定时单元降低定时判决条件的数值，即控制定时单元缩短定时时间，加快基线值升高后下降的速度，进一步降低连续多次触摸电容式触摸按键对基线值检测的影响。

如图16所示，一种电容式触摸按键抗干扰检测方法包括以下步骤：

(1)开始；

(2)各模块初始化；

(3)设置噪声阈值、按键阈值以及基线值边界；

(4)定时采样单元扫描触摸按键，得到触摸按键的电容值；

(5)定时采样单元输出多个采样值给采样值稳定判定单元；

(6)采样值稳定判定单元判定多个采样值中的最大采样值与最小采样值的差值是否大于预设差值，若是，进入步骤(7)，若否，进入步骤(8)；

(7)平均滤波单元不接收定时采样单元输出的多个采样值，返回步骤(4)；

(8)平均滤波单元接收定时采样单元输出的多个采样值；

(9)平均滤波单元输出平均采样值给数字滤波单元、噪声检测单元；

(10)噪声检测单元检测平均采样值是否大于噪声阈值，若是，进入步骤(11)，若否，进入步骤(12)和步骤(26)；

(11)按键检测单元以及采样控制单元不接收数字滤波单元输出的滤波采样值，返回步骤(4)；

(12)按键检测单元接收数字滤波单元输出的滤波采样值；

(13)按键检测单元检测滤波采样值是否大于按键阈值，若是，进入步骤(14)和步骤(17)，若否，进入步骤(16)和步骤(18)；

(14)按键检测单元检测滤波采样值大于按键阈值的次数是否达到按键确认次数，若是，进入步骤(15)，若否，进入步骤(16)；

(15)按键操作单元执行按键操作，返回步骤(4)；

(16)按键操作单元不执行按键操作，返回步骤(4)；

(17)基线值检测单元不接收数字滤波单元输出的滤波采样值，进入步骤(25)；

(18)基线值检测单元接收数字滤波单元输出的滤波采样值；

(19)基线值检测单元检测滤波采样值是否大于基线值边界，若是，进入步骤(20)，若否，进入步骤(21)；

(20)基线值检测单元检测滤波采样值大于基线值边界的次数是否达到基线值确认次数，若是，进入步骤(21)，若否，进入步骤(24)；

(21)定时单元是否达到定时时间，若是，进入步骤(22)，若否，进入步骤(24)；

(22)基线值更新单元接收数字滤波单元输出的滤波采样值；

(23)基线值更新单元更新基线值，返回步骤(4)；

(24)基线值更新单元不接收数字滤波单元输出的滤波采样值；

(25)基线值更新单元不更新基准值，返回步骤(4)；

(26)采样控制单元检测滤波采样值是否小于基线值，若是，进入步骤(27)和步骤(28)，若否，返回步骤(4)；

(27)定时采样单元提高采样速率，返回步骤(4)；

(28)定时单元缩短定时时间，进入步骤(21)。

在本实施例中，步骤(3)包括以下步骤；

(31)基线值更新单元输出基线值给噪声阈值生成单元、按键阈值生成单元、基线值边界生成单元以及采样控制单元；

(32)噪声阈值生成单元输出噪声阈值给噪声检测单元，按键阈值生成单元输出按键阈值给按键检测单元，基线值边界生成单元输出基线值边界给基线值检测单元。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：第一基线值更新判决单元为第二与门；基线值更新判定单元为第一或门；当数字滤波单元输出的滤波采样值大于基线值边界，且第二计数器输出的计数值达到基线值确认次数时，第十比较器输出低电平；当数字滤波单元输出的滤波采样值小于等于基线值边界时，第九比较器输出低电平；第二与门输出低电平时，第四开关闭合；当基线值检测单元检测到所述第三开关输出的滤波采样值小于等于基线值边界或滤波采样值大于基线值边界的次数超过基线值确认次数时，基线值检测单元输出低电平；当定时单元判定达到定时时间时，定时单元输出低电平；第一或门输出低电平时，所述第四开关闭合。

实施例三

本实施例与实施例一的区别在于：噪声阈值生成单元包括第二减法器、第二加法器、第三乘法器以及第四乘法器；第三乘法器的两个输入端分别接收基线值C_B以及系数a₁，输出端与第二减法器的一个输入端连接，输出a₁*C_B给第二减法器；第四乘法器的两个输入端分别接收基线值C_B以及系数a₂，输出端与第二加法器的一个输入端连接，输出a₂*C_B给第二加法器；第二减法器的另一个输入端以及第二加法器的另一个输入端均接收基线值C_B；第二减法器的输出端输出C_B-a₁*C_B，即输出噪声下阈值C_ND；第二加法器的输出端输出C_NU＝C_B+a₂*C_B，即输出噪声上阈值C_NU。

在本实施例中，a₁＝0.001-0.1，a₂＝0.001-0.1。

以上所述仅是本发明的优选实施例，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电容式触摸按键抗干扰检测装置，其特征在于：包括定时采样单元、采样值稳定判定单元、平均滤波单元、数字滤波单元、噪声检测单元、按键检测单元、第一开关以及第二开关；所述定时采样单元的采样值输出端与所述采样值稳定判定单元的输入端以及第一开关的输入端连接；所述采样值稳定判定单元的输出端与所述第一开关的控制信号输入端连接；所述第一开关的输出端与所述平均滤波单元的输入端连接；所述平均滤波单元的输出端与所述数字滤波单元的输入端以及所述噪声检测单元的输入端连接；所述数字滤波单元的输出端与所述第二开关的输入端连接；所述第二开关的输出端与所述按键检测单元的输入端连接；所述按键检测单元的输出端输出按键操作信号，执行按键操作；所述噪声检测单元的输出端与所述第二开关的控制信号输入端连接；

所述采样值稳定判定单元用于判定定时采样单元输出的多个采样值中的最大采样值与最小采样值的差值是否大于预设差值，并在所述差值大于预设差值时，控制第一开关断开；所述平均滤波单元对第一开关输出的多个采样值取平均值，输出平均采样值给数字滤波单元以及噪声检测单元；所述数字滤波单元对平均滤波单元输出的平均采样值进行数字滤波，输出滤波采样值给第二开关；所述噪声检测单元用于检测平均滤波单元输出的平均采样值是否超过噪声阈值，并在平均采样值超过噪声阈值时，控制第二开关断开；所述按键检测单元用于检测第二开关输出的滤波采样值是否大于按键阈值，并在所述滤波采样值大于按键阈值时，控制执行按键操作。

2.根据权利要求1所述的电容式触摸按键抗干扰检测装置，其特征在于：所述采样值稳定判定单元包括最大值判定单元、最小值判定单元、第一减法器以及第一比较器；所述最大值判定单元与所述第一减法器的一个输入端连接，接收定时采样单元输出的多个采样值，输出最大采样值给所述第一减法器；所述最小值判定单元与所述第一减法器的另一个输入端连接，接收定时采样单元输出的多个采样值，输出最小采样值给所述第一减法器；所述第一减法器的输出端与所述第一比较器的一个输入端连接，输出最大采样值与所述最小采样值的差值给所述第一比较器；所述第一比较器的另一个输入端接收预设差值；所述第一比较器将所述差值与所述预设差值进行比较，输出第一控制信号给第一开关，控制所述第一开关闭合或断开。

3.根据权利要求2所述的电容式触摸按键抗干扰检测装置，其特征在于：当所述差值小于等于所述预设差值时，所述第一比较器输出的第一控制信号为高电平，控制所述第一开关闭合；当所述差值大于所述预设差值时，所述第一比较器输出的第一控制信号为低电平，控制所述第一开关断开；或，当所述差值小于等于所述预设差值时，所述第一比较器输出的第一控制信号为低电平，控制所述第一开关闭合；当所述差值大于所述预设差值时，所述第一比较器输出的第一控制信号为高电平，控制所述第一开关断开。

4.根据权利要求1所述的电容式触摸按键抗干扰检测装置，其特征在于：所述噪声阈值包括噪声上阈值与噪声下阈值；当所述平均采样值大于噪声上阈值，或，小于噪声下阈值时，所述噪声检测单元控制所述第二开关断开；当所述平均采样值大于等于噪声下阈值，且小于等于噪声上阈值时，所述噪声检测单元控制所述第二开关闭合。

5.根据权利要求4所述的电容式触摸按键抗干扰检测装置，其特征在于：所述噪声检测单元包括第四比较器、第五比较器以及噪声判决单元；所述第四比较器的两个输入端分别接收噪声下阈值以及平均滤波单元输出的平均采样值；所述第五比较器的两个输入端分别接收噪声上阈值以及平均滤波单元输出的平均采样值；所述第四比较器的输出端以及所述第五比较器的输出端分别与所述噪声判决单元的两个输入端连接；所述噪声判决单元输出第二控制信号给所述第二开关，控制所述第二开关闭合或断开。

6.根据权利要求5所述的电容式触摸按键抗干扰检测装置，其特征在于：所述噪声判决单元为第三与门；当所述平均采样值大于等于噪声下阈值时，第四比较器输出高电平；当所述平均采样小于噪声下阈值时，第四比较器输出低电平；当所述平均采样值小于等于噪声上阈值时，第五比较器输出高电平；当所述平均采样值大于噪声上阈值时，第五比较器输出低电平；当所述第四比较器与所述第五比较器均输出高电平时，所述第三与门输出高电平，控制第二开关闭合；当第四比较器或所述第五比较器输出低电平时，所述第三与门输出低电平，控制第二开关断开；或，所述噪声判决单元为第三或门；当所述平均采样值大于等于噪声下阈值时，第四比较器输出低电平；当所述平均采样小于噪声下阈值时，第四比较器输出高电平；当所述平均采样值小于等于噪声上阈值时，第五比较器输出低电平；当所述平均采样值大于噪声上阈值时，第五比较器输出高电平；当所述第四比较器与所述第五比较器均输出低电平时，所述第三或门输出低电平，控制第二开关闭合；当所述第四比较器或所述第五比较器输出高电平时，所述第三或门输出高电平，控制第二开关断开。

7.一种采用权利要求1-6任意一项所述的电容式触摸按键抗干扰检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)开始；

(2)各模块初始化；

(3)设置噪声阈值以及按键阈值；

(4)定时采样单元扫描触摸按键，得到触摸按键的电容值；

(5)定时采样单元输出多个采样值给采样值稳定判定单元；

(6)采样值稳定判定单元判定多个采样值中的最大采样值与最小采样值的差值是否大于预设差值，若是，进入步骤(7)，若否，进入步骤(8)；

(7)平均滤波单元不接收定时采样单元输出的多个采样值，返回步骤(4)；

(8)平均滤波单元接收定时采样单元输出的多个采样值；

(9)平均滤波单元输出平均采样值给数字滤波单元、噪声检测单元；

(10)噪声检测单元检测平均采样值是否超过噪声阈值，若是，进入步骤(11)，若否，进入步骤(12)；

(11)按键检测单元不接收数字滤波单元输出的滤波采样值，返回步骤(4)；

(12)按键检测单元接收数字滤波单元输出的滤波采样值；

(13)按键检测单元检测滤波采样值是否大于按键阈值，若是，进入步骤(14)，若否，进入步骤(16)；

(14)按键检测单元检测滤波采样值大于按键阈值的次数是否达到按键确认次数，若是，进入步骤(15)，若否，进入步骤(16)；

(15)按键操作单元执行按键操作，返回步骤(4)；

(16)按键操作单元不执行按键操作，返回步骤(4)。