CN114755573B - 多触摸按键检测方法及其模块、mcu、计算机存储介质 - Google Patents

多触摸按键检测方法及其模块、mcu、计算机存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多触摸按键检测方法及其模块、MCU、计算机存储介质，检测方法包括：扫描驱动触摸电极，同时驱动屏蔽电极，屏蔽信号与驱动信号相同，当检测到至少两个触摸电极的电容变大时，进行涉水检测；否则进行普通检测；涉水检测时，先将所有电极连接的引脚均切换成普通IO引脚功能，并推挽输出低电平；将待测电极连接的引脚切换为ADC悬空输入状态，其他引脚拉高，检测待测电极的电平，根据电平与预设值比较大小，区分触摸电极电容变大是因为涉水还是触摸。本发明能够有效辨别出任何触摸电极涉水情况，避免产生误判，提高触摸按键检测的准确度，保证带触摸按键的电子产品正常使用。

Description

多触摸按键检测方法及其模块、MCU、计算机存储介质
技术领域
本发明涉及一种电子产品触摸按键技术领域，尤其涉及一种多触摸按键检测方法及其模块。
背景技术
相较于传统机械按键，电容式触摸按键具有使用寿命长、不易磨损、时尚美观、成本低等突出优点。但是触摸按键也容易受到外界干扰的影响，当触摸电极有水珠、水膜或浸水时，会导致触摸按键响应异常。
触摸按键检测原理示意图如图1所示，触摸电极的寄生电容为Cx，人体触摸电容为CT。通常为了抗干扰，会在触摸电极周围铺地，由于铺地会增大触摸电极的寄生电容CX，从而导致检测到的人体电容CT的相对变化率变小。对此现有技术存在一种驱动屏蔽的方式进行抗干扰屏蔽，并且这种方式还具备一定的防水功能，屏蔽结构如图2所示，图中网格结构为屏蔽电极2，触摸电极1被屏蔽电极2所包围。
驱动屏蔽的原理是，驱动屏蔽电极的电位跟随触摸电极的电位一起升降，使得触摸电极对屏蔽电极的电位差
Figure 91397DEST_PATH_IMAGE001
始终接近于零，使得触摸电极对屏蔽电极的寄生电容效应近似为零。以图3所示的恒流源触摸按键为例，恒流源在固定的时间t内对外部充电，根据公式
Figure 618324DEST_PATH_IMAGE002
，最后由ADC测量出充电结束后的传感器电压值，得到当前总电容Call。在图2所示的例子中，由于触摸电极对屏蔽电极的电位差
Figure 460378DEST_PATH_IMAGE003
近似为零，使得由于屏蔽电极产生电容效应对触摸电极电压值影响也接近为零。
在图4中，有小面积液滴3撒落在某个触摸电极1和屏蔽电极2表面，使得该触摸电极1和屏蔽电极2之间的寄生电容变大，然而由于电位差
Figure 465374DEST_PATH_IMAGE004
近似为零，使得该电容效应影响也接近为零。因此在采用驱动屏蔽的方法时，小面积液滴的撒落并不会影响检测结果。
但是，当液滴3的面积较大，以至于横跨多个触摸传感器时，如图5所示，此时总寄生电容Call包含了对相邻触摸电极的寄生电容，此时Call会增大，MCU在检测时会误判为人体触摸产生CT导致电容增大，使得检测产生误判的可能。此时，采用上述的驱动屏蔽方法便无法排除这种大液滴的影响。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术中触摸按键上的液滴干扰检测结果的问题，本发明提供一种多触摸按键检测方法及其模块。
本发明的另一目的是提供一种MCU及计算机存储介质，用于多触摸按键检测。
技术方案：一种多触摸按键检测方法，包括以下步骤：
MCU扫描驱动触摸电极，同时用屏蔽信号驱动屏蔽电极，所述屏蔽信号与处于检测状态的触摸电极的驱动信号相同；当同时检测到至少两个触摸电极的电容变大时，进行涉水检测；
涉水检测包括：在所有电容变大的触摸电极中，分别取不同的触摸电极作为待测电极执行检测判断步骤，直到所有电容变大的触摸电极均检测判断完成；
所述检测判断步骤包括：将所有触摸电极及屏蔽电极连接的MCU引脚均切换为普通IO引脚功能，并推挽输出低电平；将待测电极连接的引脚切换为ADC悬空输入状态，其他引脚均拉高，检测待测电极上的电平，若电平大于预设的标定值，则认为待测电极上有液滴存在；若电平小于预设的标定值，则认为待测电极被触摸。
进一步地，在扫描驱动触摸电极的过程中，当只有一个触摸电极的电容变大时，则认为该触摸电极被触摸；当无触摸电极电容变大时，则认为无触摸电极被触摸。
进一步地，检测触摸电极的电容是否变大的方法为：预设一个差值门限，若电容的变化值超出差值门限，则认为触摸电极上的电容变大。
进一步地，所述标定值的预设方法为：在触摸电极无水无触摸时，分别取不同的触摸电极作为标定电极执行标定步骤，直到所有触摸电极的标定值均预设完成；
所述标定步骤包括：将所有触摸电极及屏蔽电极连接的MCU引脚均切换为普通IO引脚功能，并推挽输出低电平；将标定电极连接的MCU引脚切换为ADC悬空输入状态，其他引脚拉高，检测标定电极上的电平，并设置为标定值。
进一步地，所述标定值在出厂时或上电时进行预设。
进一步地，在扫描驱动触摸电极的过程中，间隔时间周期在触摸电极无水无触摸时，对标定值进行记录并更新。
一种MCU，用于多触摸按键检测，包括触摸按键检测单元、检测判断单元及IO引脚，所述触摸按键检测单元与检测判断单元共用IO引脚；所述IO引脚在扫描驱动时输出驱动信号或屏蔽信号，在涉水检测时切换为普通IO引脚功能；所述触摸按键检测单元用于扫描检测各触摸电极的电容；所述检测判断单元用于在同时检测到至少两个触摸电极的电容变大时，对电容变大的触摸电极进行涉水检测。
进一步地，所述检测判断单元包括ADC，ADC连接所述IO引脚，ADC模块用于检测待测电极电平；所述检测判断单元用于先将所有触摸电极及屏蔽电极所连接的IO引脚均切换为普通IO引脚功能，并推挽输出低电平，再将待测电极连接的引脚切换为ADC悬空输入状态，其他引脚拉高，对待测电极上的电平进行检测，若电平大于预设的标定值，则认为待测电极上有液滴存在；若电平小于预设的标定值，则认为待测电极被按下。
一种多触摸按键检测模块，包括上述的MCU、屏蔽电极及两个以上触摸电极，MCU的IO引脚分别与屏蔽电极、各触摸电极连接，所述屏蔽电极铺设在触摸电极周围。
一种计算机存储介质，包括软件程序，所述软件程序被处理器执行时可实现上述的多触摸按键检测方法的步骤。
本发明提供一种多触摸按键检测方法及其模块、MCU及计算机存储介质，相比较现有技术，存在以下有益效果：
1、屏蔽电极配合MCU的IO功能使用，利用液滴和触摸在检测过程中电平发生不同方向变化的特性，有效区分大面积涉水及触摸的情况，从而避免误判。此外，采用屏蔽信号驱动屏蔽电极的方法，使得在小面积涉水的情况下，不会对按键检测结果造成影响。因此无论小面积涉水还是大面积涉水，均不会产生误判，以提高触摸按键检测的准确度，保证带触摸按键的电子产品正常使用；
2、常规检测时使用MCU自带的触摸按键检测功能，减少软件开销；只有在相邻两个及两个以上触摸电极同时检测到电容变大时，才进入涉水检测，即启用相邻电极IO功能进行配合检测判断，尽可能少的占用资源；
3、在多触摸按键检测模块中，屏蔽电极既可以起到屏蔽抗干扰作用，又可以避免按键涉水引起误触，精准判断触摸按键是否被触摸按下。把屏蔽电极的屏蔽功能和涉水检测功能进行融合，同时兼顾两种功能，且两种功能互不影响。
附图说明
图1为触摸按键检测原理示意图；
图2为触摸电极和屏蔽电极的结构示意图；
图3为恒流源触摸按键工作等效图；
图4为小面积液滴滴在触摸按键表面时的示意图；
图5为大面积液滴滴在触摸按键表面时的示意图；
图6为本发明多触摸按键检测模块的示意图；
图7为寄生电容拆分示意图；
图8为本发明多触摸按键检测方法的流程图；
图9为涉水检测过程中检测判断待测引脚的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。
一种多触摸按键检测模块，如图6所示，包括MCU、屏蔽电极2及两个以上触摸电极1，每个触摸电极对应一个触摸按键。本实施例中以两个触摸电极为例，实际触摸电极1也可能是两个以上。MCU的PIN1引脚连接左边的触摸电极，PIN2引脚连接右边的触摸电极，PINS引脚连接屏蔽电极，PIN1、PIN2、PINS既是和触摸相关的功能引脚，提供驱动信号或屏蔽信号，也可以作为普通IO引脚使用。如图所示屏蔽电极铺设在触摸电极周围。通常PIN1和PIN2脚轮流扫描触摸电极上的电容值，PINS作为主动屏蔽电极进行电压跟随，即屏蔽信号与处于检测状态的触摸电极的驱动信号相同。在没有液滴时，可正常检测，即无触摸时，电容值仅围绕平均值轻微变化，有触摸时，电容值增大；在有小液滴时，液滴涉及单个触摸电极及屏蔽电极，也可正常检测，即无触摸时，电容值仅围绕平均值轻微变化，有触摸时，电容值增大；在有大液滴时，液滴涉及多个触摸电极，无触摸时电容值也会变大，需要进一步地涉水检测。这里所说的液滴可能是水滴、水渍、雨滴、含有调料成分的液滴等，不做具体限制。
所述MCU包括触摸按键检测单元、检测判断单元及IO引脚，所述触摸按键检测单元与检测判断单元共用IO引脚；所述IO引脚用于连接屏蔽电极、触摸电极，所述IO引脚在扫描驱动时输出驱动信号或屏蔽信号，在涉水检测时切换为普通IO引脚功能；所述触摸按键检测单元用于扫描检测各触摸电极的电容；所述检测判断单元用于在同时检测到至少两个触摸电极的电容变大时，进行涉水检测，判断触摸电极是否涉水。所述检测判断单元包括ADC，ADC连接所述IO引脚，ADC模块用于检测待测电极电平；在涉水检测过程中，所述检测判断单元用于先将所有触摸电极及屏蔽电极所连接的IO引脚均切换为普通IO引脚功能，并推挽输出低电平，再将待测引脚切换为ADC悬空输入状态，其他引脚均拉高（实际也可以仅将检测到的有电容变大的触摸电极及屏蔽电极拉高），对待测电极上的电平进行检测，若电平大于预设的标定值，则认为待测电极上有液滴存在；若电平小于预设的标定值，则认为待测电极被触摸按下。
一种多触摸按键检测方法，如图8所示，包括以下步骤：MCU扫描驱动触摸电极，同时用屏蔽信号驱动屏蔽电极，所述屏蔽信号与处于检测状态的触摸电极的驱动信号相同；当同时检测到至少两个触摸电极的电容变大时，进行涉水检测；若只有一个触摸电极的电容变大，则认为该触摸电极被触摸；若无电容变大的触摸电极，则认为无触摸电极被触摸。因为正常检测时，屏蔽电极上存在跟随电压，始终与检测状态的触摸电极电压一致，因此可以作为屏蔽干扰信号的作用，也可以排除小液滴的影响，当按键无水或者涉水面积较小，只涉及一个触摸电极时，检测出触摸电极的电容也不会变大，因此可以直接用常规检测方法识别区分。
检测触摸电极的电容是否变大的方法为：预设一个差值门限，若电容的变化值（变大后的电容值与原电容值的差）超出差值门限，则认为触摸电极上的电容变大。即若只围绕平均值发生轻微变化，则认为未发生电容变大的情况，保证检测的稳定性。
当涉水面积较大，涉及多个触摸电极时，即同时检测到两个或两个以上触摸电极电容变大，则进行涉水检测。涉水检测如图9所示包括：定义与所有电容变大的触摸电极连接的MCU引脚为PIN1、…、PINn，定义与屏蔽电极连接的MCU引脚为PINS；先取PIN1连接的触摸电极作为待测电极执行检测判断步骤。
所述检测判断步骤包括：将所有触摸电极及屏蔽电极连接的MCU引脚均切换为普通IO引脚功能，并推挽输出低电平；将PIN1切换为ADC悬空输入状态，其他引脚均拉高，检测PIN1上的电平，若电平大于预设的标定值，则认为待测电极上有液滴存在；若电平小于预设的标定值，则认为待测电极被触摸。
待PIN1连接的触摸电极判断完毕后，再取PIN2连接的触摸电极作为待测电极，采用与PIN1相同的方法对PIN2进行测试，判断PIN2连接的触摸电极上是否有水或手指触摸，以此类推，直到所有电容变大的触摸电极均检测判断完成。
其中，标定值可以在出厂时或上电时进行预设。标定值的预设方法为：
在触摸电极无水无触摸时，分别取不同的触摸电极作为标定电极执行标定步骤，直到所有触摸电极的标定值均预设完成；
所述标定步骤包括：将所有触摸电极及屏蔽电极连接的MCU引脚均切换为普通IO引脚功能，并推挽输出低电平；将标定电极连接的MCU引脚切换为ADC悬空输入状态，其他引脚均拉高，检测标定电极上的电平，并设置为该触摸电极的标定值。
一般情况下，随使用时间变长、按键磨损等原因，触摸电极在无水无触摸时的电平值可能会产生微小变化，因此在实际工程应用中，可以间隔时间周期对标定值进行记录更新，更新值为无水无触摸时检测到的电平值，以适应各种因素造成的微小变化，以进一步提升检测的准确度。
涉水检测的原理为：如图7，待测触摸电极的寄生电容CX可分为两部分CX1和CX2，CX1为触摸电极和临近所有电极之间的寄生电容，CX2为触摸电极对地的寄生电容，其他电极置高电平，电压为VCC，待测触摸电极上电压公式为：
Figure 810905DEST_PATH_IMAGE005
当有横跨电极的液滴产生时，则CX1变大，U sensor 变大，若是手指按下，CX2变大，U sensor 变小，由于U sensor 变化方向不同，因此可根据U sensor 变化方向有效区分出待测触摸电极在常规扫描时，电容变化是由于液滴导致还是手指触摸导致的。
多触摸按键检测方法可由MCU通过软件方法实现，MCU内的计算机存储介质上存储有软件程序，所述软件程序被处理器执行时可实现如上述多触摸按键检测方法的步骤。

Claims (9)

1.一种多触摸按键检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
MCU扫描驱动触摸电极，同时用屏蔽信号驱动屏蔽电极，所述屏蔽信号与处于检测状态的触摸电极的驱动信号相同；当同时检测到至少两个触摸电极的电容变大时，进行涉水检测；
涉水检测包括：在所有电容变大的触摸电极中，分别取不同的触摸电极作为待测电极执行检测判断步骤，直到所有电容变大的触摸电极均检测判断完成；
所述检测判断步骤包括：将所有触摸电极及屏蔽电极连接的MCU引脚均切换为普通IO引脚功能，并推挽输出低电平；将待测电极连接的引脚切换为ADC悬空输入状态，其他引脚均拉高，检测待测电极上的电平，若电平大于预设的标定值，则认为待测电极上有液滴存在；若电平小于预设的标定值，则认为待测电极被触摸。
2.根据权利要求1所述的多触摸按键检测方法，其特征在于，在扫描驱动触摸电极的过程中，当只有一个触摸电极的电容变大时，则认为该触摸电极被触摸；当无触摸电极电容变大时，则认为无触摸电极被触摸。
3.根据权利要求1或2所述的多触摸按键检测方法，其特征在于，检测触摸电极的电容是否变大的方法为：预设一个差值门限，若电容的变化值超出差值门限，则认为触摸电极上的电容变大。
4.根据权利要求1或2所述的多触摸按键检测方法，其特征在于，所述标定值的预设方法为：在触摸电极无水无触摸时，分别取不同的触摸电极作为标定电极执行标定步骤，直到所有触摸电极的标定值均预设完成；
所述标定步骤包括：将所有触摸电极及屏蔽电极连接的MCU引脚均切换为普通IO引脚功能，并推挽输出低电平；将标定电极连接的MCU引脚切换为ADC悬空输入状态，其他引脚拉高，检测标定电极上的电平，并设置为标定值。
5.根据权利要求4所述的多触摸按键检测方法，其特征在于，所述标定值在出厂时或上电时进行预设。
6.根据权利要求5所述的多触摸按键检测方法，其特征在于，在扫描驱动触摸电极的过程中，间隔时间周期在触摸电极无水无触摸时，对标定值进行记录并更新。
7.一种MCU，其特征在于，用于多触摸按键检测，包括触摸按键检测单元、检测判断单元及IO引脚，所述触摸按键检测单元与检测判断单元共用IO引脚；所述IO引脚在扫描驱动时输出驱动信号或屏蔽信号，在涉水检测时切换为普通IO引脚功能；所述触摸按键检测单元用于扫描检测各触摸电极的电容；所述检测判断单元用于在同时检测到至少两个触摸电极的电容变大时，对电容变大的触摸电极进行涉水检测，所述检测判断单元包括ADC，ADC连接所述IO引脚，ADC模块用于检测待测电极电平；所述检测判断单元用于先将所有触摸电极及屏蔽电极所连接的IO引脚均切换为普通IO引脚功能，并推挽输出低电平，再将待测电极连接的引脚切换为ADC悬空输入状态，其他引脚拉高，对待测电极上的电平进行检测，若电平大于预设的标定值，则认为待测电极上有液滴存在；若电平小于预设的标定值，则认为待测电极被按下。
8.一种多触摸按键检测模块，其特征在于，包括权利要求7所述的MCU、屏蔽电极及两个以上触摸电极，MCU的IO引脚分别与屏蔽电极、各触摸电极连接，所述屏蔽电极铺设在触摸电极周围。
9.一种计算机存储介质，其特征在于，包括软件程序，所述软件程序被处理器执行时可实现如权利要求1至6任一所述的多触摸按键检测方法的步骤。
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