CN109672438A - 一种电容式开关及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电容式开关及其控制方法，通过电容传感器对外部对象的运动行为进行检测而产生电容信号，并由信号检测电路根据电容信号的变化值来对开关电路的状态进行控制。利用电容传感探测技术来对开关进行控制，控制可靠性、灵敏度及抗干扰性较高，所使用的传感器成本较为低廉，适用场景更为广泛，用户体验好。

Description

一种电容式开关及其控制方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种电容式开关及其控制方法。

背景技术

进入现代社会以来，开关在用户生活中发挥着不可或缺的作用，其中，开关可以分为接触式开关和非接触式开关两种类型，而近年来随着智能家居的应用越来越广泛，开关作为最基本的家用电器的控制单元，也由原来的机械接触式逐渐演变为非接触式。

目前，通常所采用的非接触式开关有声音感应开关和红外感应开关，其中，声音感应开关需要通过感应用户所发出的声音来触发开关的通断，而对信号源的强度有一定要求，从而灵敏度较低；而红外感应开关则是由开关发射红外信号，并在用户接近开关而将红外信号反射回开关，以触发开关的通断，尽管这种开关的灵敏度较高，但是由于环境中的红外发射源有很多，从而容易造成干扰。此外，由于声音感应开关和红外感应开关所采用的传感器成本较高，造成开关的性价比不高。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种电容式开关及其控制方法，至少能够解决现有技术中所采用的非接触式开关灵敏度较低、易受干扰、性价比不高的问题。

为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种电容式开关，所述电容式开关包括：电容传感器、信号检测电路以及开关电路；

所述电容传感器用于检测外部对象的运动而产生电容信号；

所述信号检测电路用于根据所述电容信号的变化值对所述开关电路的状态进行控制。

进一步地，所述电容传感器为平面电容传感器，所述平面电容传感器包括处于同一平面的发射电极和接收电极。

进一步地，所述电容传感器包括发射电极、接收电极、以及设置在所述发射电极和接收电极背面的屏蔽层，所述屏蔽层通过绝缘衬底与电极进行隔离。

进一步地，所述信号检测电路具体用于将所述电容信号的变化值与预设的变化值阈值进行比较，并根据比较结果对所述开关电路的状态进行控制。

更进一步地，所述信号检测电路包括：取反电路，所述取反电路包括D触发器，所述D触发器的Q非端口接回至D端口；

所述信号检测电路具体用于根据所述电容信号的变化值控制所述取反电路产生对应的脉冲信号，并通过所述脉冲信号对所述开关电路进行接通状态和关断状态的切换控制。

进一步地，所述信号检测电路包括：AC/DC转换电路、克拉泼振荡电路、三极管整流滤波电路、运放隔直放大电路、光耦隔离电路以及所述取反电路；

所述AC/DC转换电路以及克拉泼振荡电路在市电输入端与所述电容传感器的发射电极之间顺序电性连接，所述三极管整流滤波电路、运放隔直放大电路、光耦隔离电路以及取反电路在所述电容传感器的接收电极与所述开关电路的输入端之间顺序电性连接。

更进一步地，还包括：延时电路；

所述信号检测电路具体用于根据所述电容信号的变化值对所述开关电路进行接通状态的控制；

所述延时电路用于检测所述开关电路处于接通状态下的维持时间，并根据检测结果对所述开关电路进行关断状态的控制。

为实现上述目的，本发明实施例第二方面提供一种电容式开关的控制方法，应用于上述任一电容式开关，所述电容式开关的控制方法包括：

电容传感器检测外部对象的运动而产生电容信号；

信号检测电路根据所述电容信号的变化值对开关电路的状态进行控制。

进一步地，所述信号检测电路包括：取反电路，所述取反电路包括D触发器，所述D触发器的Q非端口接回至D端口；

所述信号检测电路根据所述电容信号的变化值对开关电路的状态进行控制包括：

所述信号检测电路根据所述电容信号的变化值控制所述取反电路产生对应的脉冲信号，并通过所述脉冲信号对开关电路进行接通状态和关断状态的切换控制。

进一步地，所述电容式开关还包括：延时电路；

所述信号检测电路根据所述电容信号的变化值对开关电路的状态进行控制包括：

所述信号检测电路根据所述电容信号的变化值对所述开关电路进行接通状态的控制；

在所述信号检测电路根据所述电容信号的变化值对所述开关电路进行接通之后，还包括：

所述延时电路检测开关电路处于接通状态下的维持时间，并根据检测结果对所述开关电路进行关断状态的控制。

根据本发明实施例提供的电容式开关及其控制方法，通过电容传感器对外部对象的运动行为进行检测而产生电容信号，并由信号检测电路根据电容信号的变化值来对开关电路的状态进行控制。由于电容传感器相对于声音感应器件或红外感应器件而言，具有更高的可靠性、灵敏度和抗干扰性，因此利用电容传感探测技术来对开关进行控制，控制的可靠性、灵敏度及抗干扰性较高，所使用的传感器成本较为低廉，适用场景更为广泛，用户体验好。

本发明其他特征和相应的效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分效果从本发明说明书中的记载变的显而易见。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。

图1为本发明第一实施例提供的电容式开关的结构框图；

图2为本发明第一实施例提供的电容传感器的结构示意图；

图3为本发明第一实施例提供的取反电路的结构示意图；

图4为本发明第一实施例提供的一种电容式开关的结构示意图；

图5为本发明第一实施例提供的另一种电容式开关的结构示意图；

图6为本发明第二实施例提供的电容式开关的控制方法的流程示意图；

图7为本发明第三实施例提供的电容式开关控制装置的结构框图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例：

为了解决现有技术中所采用的非接触式开关灵敏度较低、易受干扰、性价比不高的问题，本实施例提出了一种电容式开关，具体请参见图1，本实施例提出的电容式开关包括：电容传感器11、信号检测电路12以及开关电路13；

电容传感器11用于检测外部对象的运动而产生电容信号；

信号检测电路12用于根据电容信号的变化值对开关电路13的状态进行控制。

具体的，本实施例中通过电容传感器11来感测用户行为，电容传感器11具有相互对立的发射电极111和接收电极112，在实际应用中，当用户靠近电容传感器11时会产生电容，其中，本实施例中的电容传感器11可以采用铜板或柔性PCB等导电材料进行制作。应当说明的是，这里的外部对象典型的示例即为用户手部，而其运动状态则是指外部对象相对于电容传感器11的接近和远离行为。

可选的，电容传感器为平面电容传感器，平面电容传感器包括处于同一平面的发射电极和接收电极。

具体的，请参见如图2中所示的电容传感器的结构示意图，在本实施例的一种实施方式中，电容传感器11的发射电极111和接收电极112处于同一平面上，当然在实际应用中，所采用的电容传感器11也可以是发射电极111和接收电极112并不处于同一平面，在此不作唯一限定。

可选的，电容传感器包括发射电极、接收电极、以及设置在发射电极和接收电极背面的屏蔽层，屏蔽层通过绝缘衬底与电极进行隔离。

具体的，请再次参见图2，在实际应用中，为了提升电容传感器11的抗干扰性，本实施例中在电极的背面还设置有接地的整块屏蔽层113，并且将发射电极111以及接收电极112与屏蔽层113通过绝缘衬底114隔离开，以避免直接将屏蔽层113设置于电极背面而使得发射电极111与接收电极112导通。通过屏蔽层113来避免偶然的环境中的寄生效应与电极上灰尘等干扰引起的系统预警误操作。

应当说明的是，在本实施例的一些实施方式中，为了提高电容传感器的制作效率，电容传感器可以直接采用双面铜板进行制作，其中在双面铜板的正面形成发射电极与接收电极，而双面铜板的背面则直接作为屏蔽层，双面铜板正面与背面的铜箔之间为绝缘基板。

此外，还应当说明的是，在实际使用过程中，电容传感器可以设置于开关的塑料外壳内，从而可以保证传感器不易受到周边环境的干扰，进而保证检测的准确性、可靠性和稳定性，而在另一些实施方式中，也可以不设置塑料外壳，而直接在传感器电极表面喷漆而形成保护。

并且，应当理解的是，本实施例中的电容传感器的尺寸和形状可以基于实际使用需求而定，作为本实施例一种优选的实施方式，电容传感器为内嵌圆形的方形电极板，也即发射电极为圆形，内径为3cm，而设置于圆形发射电极之外的接收电极的外周呈方形，整个传感器的尺寸可以设置为8cm*8cm，以与现有的普通开关的大小相接近，并且发射电极与接收电极之间的距离优选的为1cm。

可选的，信号检测电路具体用于将电容信号的变化值与预设的变化值阈值进行比较，并根据比较结果对开关电路的状态进行控制。

具体的，在本实施例的一些实施方式中，预先设置有一电容信号变化值阈值，以该值作为临界值来判断实时的电容信号变化值是否满足开关电路的控制条件，在当前的电容信号变化值大于变化值阈值时，控制开关电路进入接通状态。

可选的，信号检测电路包括：取反电路，取反电路包括D触发器，D触发器的Q非端口接回至D端口。

具体的，如图3所示为本实施例提供的取反电路的结构示意图，D触发器上具有数据输入端口(D端口)，数据锁存输出端口(Q端口)、时钟输入端口(CP端口)以及与Q端口反相的/Q端口，在本实施例的一种实施方式中，D触发器的/Q端口通过反相器接回该触发器的D端口，由反相器作为整形电路将信号的相位翻转180度，这样即可实现D触发器交替输出0、1脉冲信号，也即低电平信号和高电平信号，本实施例的信号检测电路根据电容信号的变化值控制取反电路产生对应的脉冲信号，以通过脉冲信号对开关电路进行接通状态和关断状态的切换控制，从而可以实现开关的即时断开功能，也即可以实现用户的每次有指向的行为都可以实现一次开关的通断变化。在实际应用中，当外部对象接近开关，电容信号检测电路输出超过一定值时，形成有效的脉冲时钟信号对D触发器搭建的取反电路进行触发，触发的通断信号控制开关电路的开通，实现外部对象第一次接近电容传感器使电路开通，第二次接近电容传感器电路关断，第三次接近电容传感器电路开通，第四次接近电容传感器电路关断，以此类推，周而复始。从而通过检测外部运动行为来控制开关的开通和关断，相对于现有的非接触式开关仅能进行开通，更为方便实用。

可选的，信号检测电路包括：AC/DC转换电路、克拉泼振荡电路、三极管整流滤波电路、运放隔直放大电路、光耦隔离电路以及取反电路；AC/DC转换电路以及克拉泼振荡电路在市电输入端与电容传感器的发射电极之间顺序电性连接，三极管整流滤波电路、运放隔直放大电路、光耦隔离电路以及取反电路在电容传感器的接收电极与开关电路的输入端之间顺序电性连接。

具体的，如图4所示为本实施例提供的一种电容式开关的结构示意图，其中，AC/DC转换电路41是将市电的220V交流电压转换为24V与5V电压；而克拉泼Clapp振荡电路42是使用单晶体管所搭建的激励电路，用以产生2MHz/30Vp-p的交流信号，该激励信号施加在电容传感器11的发射电极111而为其提供激励信号。电容传感器11的接收电极112接收到的信号经过电容信号检测电路中的三极管整流滤波电路43整成直流信号，然后经反向输入的运放隔直放大电路44将检测信号变成正向脉冲信号，而光耦隔离电路45则是避免交流通道对直流信号的干扰，隔离后的脉冲信号经过由D触发器搭建的取反电路46输出，来作为开关电路13的脉冲控制信号，控制负载47的通断。进一步地，本实施例中的开关电路13可以为晶闸管开关电路。此外，还应当说明的是，本实施例中的相关电路的具体设置位置可以根据实际使用需求来灵活设置，而并不仅限于本实施例所提供的设置位置。

可选的，在本实施例的另一种实施方式中，电容式开关还包括：延时电路；信号检测电路具体用于根据电容信号的变化值对开关电路进行接通状态的控制；延时电路用于检测开关电路处于接通状态下的维持时间，并根据检测结果对开关电路进行关断状态的控制。

具体的，图5所示为本实施例提供的另一种电容式开关的结构示意图，区别于上一实施方式中的基于信号检测电路的检测结果来同时实现电路的通断，本实施方式中仅由信号检测电路来实现电路的接通，例如电容信号的变化值大于等于预设变化值阈值时，控制开关电路接通，然后此时在电路的接通状态下，由延时电路48接管电路控制，在电路处于接通状态下维持预设时间之后，延时电路48触发开关电路13关断。也即本实施方式中的电容开关仅依据外部对象的运动行为来触发开关的开通，而开关的关断则是依赖于内部的延时电路48来进行自动关断，在一些应用场景下可以避免用户忘记关断开关所引起的电能耗费。应当说明的是，由于本实施例中的信号检测电路仅对开关电路进行开通控制，从而并不需要在信号检测电路中设置上一实施例中的取反电路。

本实施例提供的电容式开关，通过电容传感器对外部对象的运动行为进行检测而产生电容信号，并由信号检测电路根据电容信号的变化值来对开关电路的状态进行控制。利用电容传感探测技术来对开关进行控制，控制可靠性、灵敏度及抗干扰性较高，所使用的传感器成本较为低廉，适用场景更为广泛，用户体验好。

第二实施例：

为了解决现有技术中所采用的非接触式开关灵敏度较低、易受干扰、性价比不高的问题，本实施例还提供了一种电容式开关的控制方法，应用于上面实施例中所述的电容式开关，如图6所示，本实施例提出的电容式开关的控制方法包括以下的步骤：

步骤601、电容传感器检测外部对象的运动而产生电容信号；

步骤602、信号检测电路根据电容信号的变化值对开关电路的状态进行控制。

其中，本实施例中的电容式开关包括：电容传感器、信号检测电路以及开关电路。电容传感器具有相互对立的发射电极和接收电极，电容传感器可以选择采用铜板或柔性PCB等导电材料进行制作。并且电容传感器的尺寸、形状以及两个电极之间的距离可以基于实际使用需求而定。

在本实施例的一种实施方式中，电容传感器为平面电容传感器，平面电容传感器包括处于同一平面的发射电极和接收电极。

在本实施例的一种实施方式中，发射电极和接收电极的背面设置有接地的屏蔽层，屏蔽层通过绝缘衬底与电极进行隔离。

应当说明的是，在实际应用中，电容传感器可以直接采用双面铜板进行制作，其中在双面铜板的正面形成发射电极与接收电极，而双面铜板的背面则直接作为屏蔽层，双面铜板正面与背面的铜箔之间为绝缘基板。

在本实施例的一种实施方式中，信号检测电路根据电容信号的变化值对开关电路的状态进行控制的具体实现方式为：信号检测电路将电容信号的变化值与预设的变化值阈值进行比较，然后根据比较结果对开关电路的状态进行控制。

在本实施例的一种实施方式中，信号检测电路包括：取反电路，取反电路包括D触发器，D触发器的Q非端口接回至D端口；信号检测电路根据电容信号的变化值对开关电路的状态进行控制包括：信号检测电路根据电容信号的变化值控制取反电路产生对应的脉冲信号，并通过脉冲信号对开关电路进行接通状态和关断状态的切换控制。

具体的，本实施例的信号检测电路根据电容信号的变化值控制取反电路产生对应的脉冲信号，以通过脉冲信号对开关电路进行接通状态和关断状态的切换控制，从而可以实现开关的即时断开功能，也即可以实现用户的每次有指向的行为都可以实现一次开关的通断变化。

更进一步地，在本实施例的一种实施方式中，信号检测电路还包括：AC/DC转换电路、克拉泼振荡电路、三极管整流滤波电路、运放隔直放大电路以及光耦隔离电路；其中，AC/DC转换电路以及克拉泼振荡电路在市电输入端与电容传感器的发射电极之间顺序电性连接，而三极管整流滤波电路、运放隔直放大电路、光耦隔离电路以及取反电路在电容传感器的接收电极与开关电路的输入端之间顺序电性连接。

区别于前一实施方式中的基于信号检测电路的检测结果来同时实现电路的通断，在本实施例的另一种实施方式中，电容式开关还包括：延时电路；信号检测电路根据电容信号的变化值对开关电路的状态进行控制包括：信号检测电路根据电容信号的变化值对开关电路进行接通状态的控制；在信号检测电路根据电容信号的变化值对开关电路进行接通之后，还包括：延时电路检测开关电路处于接通状态下的维持时间，并根据检测结果对开关电路进行关断状态的控制。

具体的，本实施方式中仅由信号检测电路来实现电路的接通，例如电容信号的变化值大于等于预设变化值阈值时，控制开关电路接通，然后此时在电路的接通状态下，由延时电路接管电路控制，在电路处于接通状态下维持预设时间之后，延时电路触发开关电路关断。

采用本实施例提供的电容式开关的控制方法，通过电容传感器对外部对象的运动行为进行检测而产生电容信号，并由信号检测电路根据电容信号的变化值来对开关电路的状态进行控制。利用电容传感探测技术来对开关进行控制，控制可靠性、灵敏度及抗干扰性较高，所使用的传感器成本较为低廉，适用场景更为广泛，用户体验好。

第三实施例：

本实施例提供了一种电容式开关控制装置，参见图7所示，其包括处理器701、存储器702及通信总线703，其中：通信总线703用于实现处理器701和存储器702之间的连接通信；处理器701用于执行存储器702中存储的一个或者多个计算机程序，以实现上述实施例二中的方法中的至少一个步骤。

本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、计算机程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性或非易失性、可移除或不可移除的介质。计算机可读存储介质包括但不限于RAM(Random Access Memory，随机存取存储器),ROM(Read-Only Memory，只读存储器),EEPROM(Electrically Erasable Programmable read only memory，带电可擦可编程只读存储器)、闪存或其他存储器技术、CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory，光盘只读存储器)，数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。

本实施例中的计算机可读存储介质可用于存储一个或者多个计算机程序，其存储的一个或者多个计算机程序可被处理器执行，以实现上述实施例二中的方法的至少一个步骤。

本实施例还提供了一种计算机程序，该计算机程序可以分布在计算机可读介质上，由可计算装置来执行，以实现上述实施例二中的方法的至少一个步骤；并且在某些情况下，可以采用不同于上述实施例所描述的顺序执行所示出或描述的至少一个步骤。

本实施例还提供了一种计算机程序产品，包括计算机可读装置，该计算机可读装置上存储有如上所示的计算机程序。本实施例中该计算机可读装置可包括如上所示的计算机可读存储介质。

可见，本领域的技术人员应该明白，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件(可以用计算装置可执行的计算机程序代码来实现)、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。

此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、计算机程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明实施例所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电容式开关，其特征在于，所述电容式开关包括：电容传感器、信号检测电路以及开关电路；

所述电容传感器用于检测外部对象的运动而产生电容信号；

所述信号检测电路用于根据所述电容信号的变化值对所述开关电路的状态进行控制。

2.如权利要求1所述的电容式开关，其特征在于，所述电容传感器为平面电容传感器，所述平面电容传感器包括处于同一平面的发射电极和接收电极。

3.如权利要求1所述的电容式开关，其特征在于，所述电容传感器包括发射电极、接收电极、以及设置在所述发射电极和接收电极背面的屏蔽层，所述屏蔽层通过绝缘衬底与电极进行隔离。

4.如权利要求1所述的电容式开关，其特征在于，所述信号检测电路具体用于将所述电容信号的变化值与预设的变化值阈值进行比较，并根据比较结果对所述开关电路的状态进行控制。

5.如权利要求1至4中任一项所述的电容式开关，其特征在于，所述信号检测电路包括：取反电路，所述取反电路包括D触发器，所述D触发器的Q非端口接回至D端口；

所述信号检测电路具体用于根据所述电容信号的变化值控制所述取反电路产生对应的脉冲信号，并通过所述脉冲信号对所述开关电路进行接通状态和关断状态的切换控制。

6.如权利要求5所述的电容式开关，其特征在于，所述信号检测电路包括：AC/DC转换电路、克拉泼振荡电路、三极管整流滤波电路、运放隔直放大电路、光耦隔离电路以及所述取反电路；

所述AC/DC转换电路以及克拉泼振荡电路在市电输入端与所述电容传感器的发射电极之间顺序电性连接，所述三极管整流滤波电路、运放隔直放大电路、光耦隔离电路以及取反电路在所述电容传感器的接收电极与所述开关电路的输入端之间顺序电性连接。

7.如权利要求1至4中任一项所述的电容式开关，其特征在于，还包括：延时电路；

所述信号检测电路具体用于根据所述电容信号的变化值对所述开关电路进行接通状态的控制；

所述延时电路用于检测所述开关电路处于接通状态下的维持时间，并根据检测结果对所述开关电路进行关断状态的控制。

8.一种电容式开关的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至7中任一项所述的电容式开关，所述电容式开关的控制方法包括：

电容传感器检测外部对象的运动而产生电容信号；

信号检测电路根据所述电容信号的变化值对开关电路的状态进行控制。

9.如权利要求8所述的电容式开关的控制方法，其特征在于，所述信号检测电路包括：取反电路，所述取反电路包括D触发器，所述D触发器的Q非端口接回至D端口；

所述信号检测电路根据所述电容信号的变化值对开关电路的状态进行控制包括：

所述信号检测电路根据所述电容信号的变化值控制所述取反电路产生对应的脉冲信号，并通过所述脉冲信号对开关电路进行接通状态和关断状态的切换控制。

10.权利要求8所述的电容式开关的控制方法，其特征在于，所述电容式开关还包括：延时电路；

所述信号检测电路根据所述电容信号的变化值对开关电路的状态进行控制包括：

所述信号检测电路根据所述电容信号的变化值对所述开关电路进行接通状态的控制；

在所述信号检测电路根据所述电容信号的变化值对所述开关电路进行接通之后，还包括：

所述延时电路检测开关电路处于接通状态下的维持时间，并根据检测结果对所述开关电路进行关断状态的控制。