CN110380715B - 一种电容式触控按键的检测方法和检测装置 - Google Patents

一种电容式触控按键的检测方法和检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明适用于电容式触控按键的检测方法和检测装置，所述检测方法包括以下步骤：获取预设的第一电容矩阵和预设的第一电容均值矩阵；检测当n个电容触控按键中其中一个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量，并根据检测到所述n个电容触控按键的分布电容变化量，得到第二电容矩阵；根据第二电容矩阵的平均值，得到第二电容均值；根据预设的第一电容矩阵、预设的第一电容均值矩阵、第二电容矩阵和第二电容均值，得到相关系数矩阵R，其中，相关系数矩阵R包括每个按键的相关系数r；根据相关系数矩阵R中每个按键的相关系数r，得到相关系数的最大值，并当相关系数的最大值大于预设阈值时，判断相关系数的最大值对应的按键为被按下的按键。

Description

一种电容式触控按键的检测方法和检测装置
技术领域
本发明属于电容式感应按键的技术领域，尤其涉及一种电容式触控按键的检测方法和检测装置。
背景技术
电容式感应按键是一种常用的电子按键，相比于传统的机械按键，具有防水、寿命长、性能稳定、反应灵敏等优点，因而被广泛应用于各种电子电器产品的控制面板中。
现有的电容触控按键应用结构示意图如图1所示。电容触控按键应用结构包括PCB板11、设置PCB板11上电容触控按键的感应电极12和导线13，所述感应电极12通过导线13连接至触控检测电路。现有的电容触控按键的基本工作原理是通过检测电容式触控感应按键上分布电容的变化来判断是否有手指按压在触控按键上。由于触控按键分布电容有一个固定的分布电容值CD如果不触摸触控按键，触控按键的分布电容为固定的分布电容值CD，如果我们用手指靠近触控按键的感应电极，就会使得触控按键上的分布电容发生变化，使得触控按键的分布电容为CD+CF，即产生一个CF的分布电容变化量。所以，通过测量电容触控按键上分布电容的变化，就可以侦测触摸动作。
对于具有n个电容触控按键的系统，可以测试得到n个CFi(i＝1～n)，当n个电容触控按键中CF最大值大于阈值时，即可判定该值对应的按键i被触摸或被按下。具体的计算公式如为当MAX[CFi]>C；(i＝1～n,C为设定阈值)时，可判断i键按下。但是由于在按键数量较多且按键之间的间隔距离比较小按键排列位置比较紧凑时，在按键及按键的走线之间存在比较大的耦合电容，当按下一个键时其相邻的键也会产生较大的分布电容的增量CFk，严重时这个CFk的大小甚至会超过被按下按键的CFi值，从而引起按键是否被触摸或被按下的判断错误。
发明内容
本发明实施例提供一种电容式触控按键的检测方法，旨在解决由于在按键及按键的走线之间存在比较大的耦合电容而引起按键是否被触摸或被按下的判断错误的技术问题。
本发明实施例是这样实现的，一种电容式触控按键的检测方法，电容式触控按键包括具有n个电容触控按键，其中n为大于或等于1的正整数，所述检测方法包括以下步骤：
获取预设的第一电容矩阵和预设的第一电容均值矩阵，其中预设的第一电容矩阵为根据当n个电容触控按键的每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量而得到的，预设的第一电容均值矩阵为根据当n个电容触控按键的每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量的平均值而得到的；
检测当n个电容触控按键中其中一个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量，并根据检测到所述n个电容触控按键的分布电容变化量，得到第二电容矩阵；
根据第二电容矩阵的平均值，得到第二电容均值；
根据预设的第一电容矩阵、预设的第一电容均值矩阵、第二电容矩阵和第二电容均值，得到相关系数矩阵R，其中，相关系数矩阵R包括每个按键的相关系数r；
根据相关系数矩阵R中每个按键的相关系数r，得到相关系数的最大值，并当相关系数的最大值大于预设阈值时，判断相关系数的最大值对应的按键为被按下的按键。
本发明实施例还提供所述检测方法还包括以下步骤：
检测当n个电容触控按键中每个按键按下时，n个电容触控按键的分布电容变化量，并根据每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量，得到预设的第一电容矩阵；
根据预设的第一电容矩阵的平均值，得到预设的第一电容均值矩阵。
本发明实施例还提供所述预设的第一电容矩阵具体为：
Figure BDA0001626996690000031
其中Cji为按下i按键时j按键上的分布电容变化量，i＝1,…,n正整数,j＝1,…,n正整数；
所述预设的第一电容均值矩阵具体为：
Figure BDA0001626996690000032
其中，
Figure BDA0001626996690000033
为按下i按键时所有按键上的分布电容变化量的平均值。
本发明实施例还提供所述第二电容矩阵具体为：
Figure BDA0001626996690000034
第二电容均值具体为：
Figure BDA0001626996690000035
本发明实施例还提供根据预设的第一电容矩阵、预设的第一电容均值矩阵、第二电容矩阵和第二电容均值，得到相关系数矩阵R的计算公式如下：
Figure BDA0001626996690000036
其中，T代表矩阵运算中的转置矩阵。
本发明实施例还提供相关系数矩阵R具体为：
R＝(r1 … rn)。
本发明实施例是这样实现的，一种电容式触控按键的检测装置所述检测装置包括感应电极和处理器；
感应电极，用于检测当n个电容触控按键中其中一个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量，并将所述n个电容触控按键的分布电容变化量发送至所述处理器；
处理器，用于获取预设的第一电容矩阵和预设的第一电容均值矩阵，其中预设的第一电容矩阵为根据当n个电容触控按键的每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量而得到的，预设的第一电容均值矩阵为根据当n个电容触控按键的每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量的平均值而得到的；根据检测到所述n个电容触控按键的分布电容变化量，得到第二电容矩阵；根据第二电容矩阵的平均值，得到第二电容均值；根据预设的第一电容矩阵、预设的第一电容均值矩阵、第二电容矩阵和第二电容均值，得到相关系数矩阵R，其中，相关系数矩阵R包括每个按键的相关系数r；根据相关系数矩阵R中每个按键的相关系数r，得到相关系数的最大值，并当相关系数的最大值大于预设阈值时，可判断相关系数的最大值对应的按键为被按下的按键。
本发明实施例还提供，所述感应电极还用于检测当n个电容触控按键中每个按键按下时，n个电容触控按键的分布电容变化量；
处理器，还用于根据每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量，得到预设的第一电容矩阵；根据预设的第一电容矩阵的平均值，得到预设的第一电容均值矩阵。
本发明通过计算每个按键的相关系数r来判断被按下的按键，可大幅提高电容触控按键检测的信噪比，降低按键排列及走线的复杂度，提高电容按键检测的灵敏度及稳定性。
附图说明
图1是现有技术提供的电容触控按键应用结构示意图；
图2是本发明实施例提供一种电容式触控按键的检测方法的流程图；
图3是本发明实施例提供一种电容式触控按键的检测装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。
本发明实施例的提供电容式触控按键的检测方法，电容式触控按键包括具有n个电容触控按键，其中n为大于或等于1的正整数，所述检测方法包括以下步骤：
获取预设的第一电容矩阵和预设的第一电容均值矩阵，其中预设的第一电容矩阵为根据当n个电容触控按键的每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量而得到的，预设的第一电容均值矩阵为根据当n个电容触控按键的每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量的平均值而得到的；
检测当n个电容触控按键中其中一个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量，并根据检测到所述n个电容触控按键的分布电容变化量，得到第二电容矩阵；
根据第二电容矩阵的平均值，得到第二电容均值；
根据预设的第一电容矩阵、预设的第一电容均值矩阵、第二电容矩阵和第二电容均值，得到相关系数矩阵R，其中，相关系数矩阵R包括每个按键的相关系数r；
根据相关系数矩阵R中每个按键的相关系数r，得到相关系数的最大值，并当相关系数的最大值大于预设阈值时，则判断相关系数的最大值对应的按键为被按下的按键。
本发明通过计算每个按键的相关系数r来判断被按下的按键，可大幅提高电容触控按键检测的信噪比，降低按键排列及走线的复杂度，提高电容按键检测的灵敏度及稳定性。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。如图2所示，所述检测方法包括以下步骤：
步骤S01，获取预设的第一电容矩阵和预设的第一电容均值矩阵，其中预设的第一电容矩阵为根据当n个电容触控按键的每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量而得到的，预设的第一电容均值矩阵为根据当n个电容触控按键的每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量的平均值而得到的；
步骤S02，检测当n个电容触控按键中其中一个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量，并根据检测到所述n个电容触控按键的分布电容变化量，得到第二电容矩阵；
步骤S03，根据第二电容矩阵的平均值，得到第二电容均值；
步骤S04，根据预设的第一电容矩阵、预设的第一电容均值矩阵、第二电容矩阵和第二电容均值，得到相关系数矩阵R，其中，相关系数矩阵R包括每个按键的相关系数r；
步骤S05，根据相关系数矩阵R中每个按键的相关系数r，得到相关系数的最大值，并当相关系数的最大值大于预设阈值时，则判断相关系数的最大值对应的按键为被按下的按键。
在步骤S05中，由于在实际的测量过程中，检测方法可能会受到干扰，使得测试数据存在一定误差，因此当相关系数的最大值大于或等于预设阈值时，可以判处分布电容的变化足够大，则可以判断相关系数的最大值对应的按键为被按下的按键，如果当相关系数的最大值小于预设阈值时，则应判断为测量误差或噪声的影响。
在具体实施中，对于一个具有n个电容触控按键的系统，以K1，K2，…，Kn表示第一到第n个按键，以C1～Cn表示K1～Kn上的分布电容，CF1～CFn表示K1～Kn手指触摸时分布电容的变化量，其中n为大于或等于1的正整数。
在具体实施中，在步骤S01之前还包括以下步骤，所述检测方法还包括以下步骤：
步骤S011，检测当n个电容触控按键中每个按键按下时，n个电容触控按键的分布电容变化量，并根据每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量，得到预设的第一电容矩阵；
步骤S012，根据预设的第一电容矩阵的平均值，得到预设的第一电容均值矩阵。
也就是说，调试阶段包括步骤S011-步骤S012，用于检测电容触控按键的基础数据，所述基础数据包括预设的第一电容矩阵和预设的第一电容均值矩阵。测试阶段包括步骤S01-步骤S05，在每次测试阶段都是根据调试阶段中基础数据和实际测量的数据进行比较，便可以判断出被按下的按键。在调试阶段，测试并记录每个按键按下时K1～Kn各按键的分布电容变化量CF1～CFn，由此得到一个n*n的矩阵A，即预设的第一电容矩阵。比如当按键K1被按下时，记录各按键的分布电容变化量C11～C1n。
在具体实施中，所述预设的第一电容矩阵具体为：
Figure BDA0001626996690000071
其中Cji为按下i按键时j按键上的分布电容变化量，i＝1,…,n正整数,j＝1,…,n正整数；
所述预设的第一电容均值矩阵具体为：
Figure BDA0001626996690000072
其中，
Figure BDA0001626996690000073
为按下i按键时所有按键上的分布电容变化量的平均值。
具体的，
Figure BDA0001626996690000074
在具体实施中，所述第二电容矩阵具体为：
Figure BDA0001626996690000075
第二电容均值具体为：
Figure BDA0001626996690000081
在具体实施中，根据预设的第一电容矩阵、预设的第一电容均值矩阵、第二电容矩阵和第二电容均值，得到相关系数矩阵R的计算公式如下：
Figure BDA0001626996690000082
其中，T代表矩阵运算中的转置矩阵。
具体的，相关系数矩阵R为一个1阶的举证，具体为：R＝(r1…rn)。
本发明实施例还提供一种电容式触控按键的检测装置，如图3所示，所述检测装置包括感应电极31和处理器32，所述感应电极31和处理器32电连接；
感应电极31，用于检测当n个电容触控按键中其中一个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量，并将所述n个电容触控按键的分布电容变化量发送至所述处理器32；
处理器32，用于获取预设的第一电容矩阵和预设的第一电容均值矩阵，其中预设的第一电容矩阵为根据当n个电容触控按键的每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量而得到的，预设的第一电容均值矩阵为根据当n个电容触控按键的每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量的平均值而得到的；根据检测到所述n个电容触控按键的分布电容变化量，得到第二电容矩阵；根据第二电容矩阵的平均值，得到第二电容均值；根据预设的第一电容矩阵、预设的第一电容均值矩阵、第二电容矩阵和第二电容均值，得到相关系数矩阵R，其中，相关系数矩阵R包括每个按键的相关系数r；根据相关系数矩阵R中每个按键的相关系数r，得到相关系数的最大值，并当相关系数的最大值大于预设阈值时，可判断相关系数的最大值对应的按键为被按下的按键。
本发明的检测装置通过处理器计算每个按键的相关系数r来判断被按下的按键，可大幅提高电容触控按键检测的信噪比，降低按键排列及走线的复杂度，提高电容按键检测的灵敏度及稳定性。
由于处理器在进行实际的测量过程中，检测装置可能会受到干扰，使得测试数据存在一定误差，因此当相关系数的最大值大于或等于预设阈值时，可以判处分布电容的变化足够大，则可以判断相关系数的最大值对应的按键为被按下的按键，如果当相关系数的最大值小于预设阈值时，则应判断为测量误差或噪声的影响。
在具体实施中，对于一个具有n个电容触控按键的系统，以K1，K2，…，Kn表示第一到第n个按键，以C1～Cn表示K1～Kn上的分布电容，CF1～CFn表示K1～Kn手指触摸时分布电容的变化量，其中n为大于或等于1的正整数。
在具体实施中，所述感应电极31还用于检测当n个电容触控按键中每个按键按下时，n个电容触控按键的分布电容变化量；
处理器32，还用于根据每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量，得到预设的第一电容矩阵；根据预设的第一电容矩阵的平均值，得到预设的第一电容均值矩阵。
也就是说，检测装置处于调试阶段，用于检测电容触控按键的基础数据，所述基础数据包括预设的第一电容矩阵和预设的第一电容均值矩阵。检测装置处于测试阶段，在每次测试阶段都是根据调试阶段中基础数据和实际测量的数据进行比较，便可以判断出被按下的按键。在调试阶段，测试并记录每个按键按下时K1～Kn各按键的分布电容变化量CF1～CFn，由此得到一个n*n的矩阵A，即预设的第一电容矩阵。比如当按键K1被按下时，记录各按键的分布电容变化量C11～C1n。
在具体实施中，所述预设的第一电容矩阵具体为：
Figure BDA0001626996690000091
其中Cji为按下i按键时j按键上的分布电容变化量，i＝1,…,n正整数,j＝1,…,n正整数；
所述预设的第一电容均值矩阵具体为：
Figure BDA0001626996690000092
其中，
Figure BDA0001626996690000101
为按下i按键时所有按键上的分布电容变化量的平均值。
具体的，
Figure BDA0001626996690000102
在具体实施中，所述第二电容矩阵具体为：
Figure BDA0001626996690000103
第二电容均值具体为：
Figure BDA0001626996690000104
在具体实施中，根据预设的第一电容矩阵、预设的第一电容均值矩阵、第二电容矩阵和第二电容均值，得到相关系数矩阵R的计算公式如下：
Figure BDA0001626996690000105
其中，T代表矩阵运算中的转置矩阵。
具体的，相关系数矩阵R为一个1阶的举证，具体为：R＝(r1…rn)。
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 (8)

1.一种电容式触控按键的检测方法，电容式触控按键包括具有n个电容触控按键，其中n为大于或等于1的正整数，其特征在于：所述检测方法包括以下步骤：
获取预设的第一电容矩阵和预设的第一电容均值矩阵，其中预设的第一电容矩阵为根据当n个电容触控按键的每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量而得到的，预设的第一电容均值矩阵为根据当n个电容触控按键的每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量的平均值而得到的；
检测当n个电容触控按键中其中一个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量，并根据检测到所述n个电容触控按键的分布电容变化量，得到第二电容矩阵；
根据第二电容矩阵的平均值，得到第二电容均值；
根据预设的第一电容矩阵、预设的第一电容均值矩阵、第二电容矩阵和第二电容均值，得到相关系数矩阵R，其中，相关系数矩阵R包括每个按键的相关系数r；
根据相关系数矩阵R中每个按键的相关系数r，得到相关系数的最大值，并当相关系数的最大值大于预设阈值时，则判断相关系数的最大值对应的按键为被按下的按键。
2.如权利要求1所述的电容式触控按键的检测方法，其特征在于：所述检测方法还包括以下步骤：
检测当n个电容触控按键中每个按键按下时，n个电容触控按键的分布电容变化量，并根据每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量，得到预设的第一电容矩阵；
根据预设的第一电容矩阵的平均值，得到预设的第一电容均值矩阵。
3.如权利要求2所述的电容式触控按键的检测方法，其特征在于：所述预设的第一电容矩阵具体为：
Figure FDA0003256323500000021
其中Cji为按下i按键时j按键上的分布电容变化量，i＝1，…，n正整数，j＝1，…，n正整数；
所述预设的第一电容均值矩阵具体为：
Figure FDA0003256323500000022
其中，
Figure FDA0003256323500000023
为按下i按键时所有按键上的分布电容变化量的平均值。
4.如权利要求2所述的电容式触控按键的检测方法，其特征在于：所述第二电容矩阵具体为：
Figure FDA0003256323500000024
第二电容均值具体为：
Figure FDA0003256323500000025
其中C1-Cn为所述n个电容触控按键上的分布电容。
5.如权利要求2所述的电容式触控按键的检测方法，其特征在于：根据预设的第一电容矩阵、预设的第一电容均值矩阵、第二电容矩阵和第二电容均值，得到相关系数矩阵R的计算公式如下：
Figure FDA0003256323500000026
其中，A为第一电容矩阵，B为第二电容矩阵，T代表矩阵运算中的转置矩阵。
6.如权利要求5所述的电容式触控按键的检测方法，其特征在于：相关系数矩阵R具体为：
R＝(r1…rn)。
7.一种电容式触控按键的检测装置，其特征在于：所述检测装置包括感应电极和处理器；
感应电极，用于检测当n个电容触控按键中其中一个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量，并将所述n个电容触控按键的分布电容变化量发送至所述处理器；
处理器，用于获取预设的第一电容矩阵和预设的第一电容均值矩阵，其中预设的第一电容矩阵为根据当n个电容触控按键的每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量而得到的，预设的第一电容均值矩阵为根据当n个电容触控按键的每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量的平均值而得到的；根据检测到所述n个电容触控按键的分布电容变化量，得到第二电容矩阵；根据第二电容矩阵的平均值，得到第二电容均值；根据预设的第一电容矩阵、预设的第一电容均值矩阵、第二电容矩阵和第二电容均值，得到相关系数矩阵R，其中，相关系数矩阵R包括每个按键的相关系数r；根据相关系数矩阵R中每个按键的相关系数r，得到相关系数的最大值，并当相关系数的最大值大于预设阈值时，可判断相关系数的最大值对应的按键为被按下的按键。
8.如权利要求7所述的检测装置，其特征在于：所述感应电极还用于检测当n个电容触控按键中每个按键按下时，n个电容触控按键的分布电容变化量；
处理器，还用于根据每个按键按下时n个电容触控按键的分布电容变化量，得到预设的第一电容矩阵；根据预设的第一电容矩阵的平均值，得到预设的第一电容均值矩阵。
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