CN114826236A - 一种电容传感装置、接近度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电容传感装置、接近度测量方法，该方法包括：获取电容数据；判断该电容数据中的电容采样值是否在当前的接近度测量范围内；当前的接近度测量范围为电容数据中的当前补偿电容值对应的测量范围；若电容采样值在当前的接近度测量范围内，则依据电容数据确定当前的接近度；若电容采样值超出当前的接近度测量范围内，则调整补偿电容值、以调整接近度测量范围，并以调整后的补偿电容信息确定当前的接近度；从而实现动态调整接近度测量范围，可以测量接近度变化范围大于电容传感器的量程范围的情况，满足同时测试较远和较近接近度的测试要求。

Description

一种电容传感装置、接近度测量方法

技术领域

本发明属于传感器技术领域，更具体的说，尤其涉及一种电容传感装置、接近度测量方法。

背景技术

目前，基于电容式传感器极板间不同的距离有不同的电容值这一特性，检测其相对于人体或者其他物体这些参照物之间为接近或者远离的相对状态。由于寄生电容的电容值往往比物体靠近传感器时引起的检测电容变化值大；在没有物体接近时，就会有一个较大的电容采样初始值，可以补偿电容抵消寄生电容的方法来解决初始初始电容采样值偏大的问题。

但是，由于电容传感器在测量过程中，传统方案中电容传感器接近度的测量范围与电容传感器的量程范围一致。进一步地，在物体逐渐接近传感器的过程中，一旦接近度的测量超出传感器测量量程，此时接近度值保持传感器满量程值，无法有效区分不同的实际接近度，测量准确度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电容传感装置、接近度测量方法，用于动态调整接近度测量范围，可以测量接近度变化范围大于电容传感器量程范围的情况。

本发明第一方面公开了一种接近度测量方法，该方法包括：

获取电容数据；其中，所述电容数据包括电容采样值及补偿电容值；

判断所述电容采样值是否在当前的接近度测量范围内；所述当前的接近度测量范围为当前补偿电容值对应的测量范围；

若所述电容采样值在当前的接近度测量范围内，则依据所述电容数据确定当前的接近度；

若所述电容采样值超出当前的接近度测量范围内，则调整所述补偿电容值、以调整所述接近度测量范围，再依据调整后的电容数据确定当前的接近度。

可选的，判断所述电容采样值是否在当前的接近度测量范围内之前，还包括：

判断当前采集动作是否为初始采集；

若否，则执行判断所述电容采样值是否在当前的接近度测量范围内的步骤。

可选的，在所述判断当前采集动作是否为初始采集之后，若是，则还包括：

确定初始的补偿电容值。

可选的，依据调整后的电容数据确定当前的接近度之前，还包括：

依据所述调整后的补偿电容信息，确定预计接近度；

判断所述预计接近度是否在接近度有效范围内；所述接近度有效范围为所述补偿电容的补偿能力对应的有效范围，所述接近度测量范围为所述接近度有效范围的子集；

若所述预计接近度在所述接近度有效范围内，则执行所述依据调整后的电容数据确定当前的接近度的步骤。

可选的，在判断所述预计接近度是否在接近度有效范围内之后，若所述预计接近度超出接近度有效范围内，则还包括：

判定为接近度异常状态。

可选的，所述接近度有效范围的下限值大于等于所述实际有效量程下限值，所述接近度有效范围的上限值小于等于所述实际有效量程上限值；

其中，所述实际有效量程为所述补偿电容的补偿能力对应的实际范围。

可选的，所述接近度测量范围的下限值大于等于实际测量量程的下限值，以及，

所述接近度测量范围的上限值小于等于实际测量量程的上限值；

其中，所述实际测量量程为当前补偿电容值对应的实际范围。

本发明第二方面公开了一种电容传感装置，包括：电容传感器、MCU程序处理模块；

所述电容传感器用于为所述MCU程序处理模块提供电容数据；

所述电感传感器和所述MCU程序处理模块结合，实现如本发明第一方面任一项所述的接近度测量方法。

可选的，所述电容传感器包括：补偿电容以及检测电容单元；

所述补偿电容，用于抵消所述电容传感器中的寄生电容；

所述检测电容单元的输入端与所述补偿电容相连，用于检测电容数据；

所述检测电容单元的输出端作为所述电容传感器的输出端。

可选的，所述MCU程序处理模块包括：接近度测量模块及数据处理模块；

所述接近度测量模块，用于接收所述电容传感器提供电容采样值及补偿电容值；并动态调整所述补偿电容值，以及，向所述数据处理模块提供接近度数据和接近度异常标志；

所述数据处理模块，用于根据所述接近度测量模块提供的接近度数据和接近度异常标志，进行接近远离状态判断。

从上述技术方案可知，本发明提供的一种接近度测量方法，包括：实时获取电容数据；判断该电容数据中的电容采样值是否在当前的接近度测量范围内；当前的接近度测量范围为电容数据中的当前补偿电容值对应的测量范围；若电容采样值在当前的接近度测量范围内，则依据电容数据确定当前的接近度；若电容采样值超出当前的接近度测量范围内，则调整补偿电容值、以调整接近度测量范围，并以调整后的补偿电容信息确定当前的接近度；从而无论在当前的接近度测量范围内还是在当前的接近度测量范围内，均可以准确测量接近度，也即提高测量准确度；另外，还实现动态调整接近度测量范围，可以测量接近度变化范围大于电容传感器的量程范围的情况，满足同时测试较远和较近接近度的测试要求。

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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1是本发明实施例提供的一种接近度测量方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的另一种接近度测量方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的另一种接近度测量方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的另一种接近度测量方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的另一种接近度测量方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的一种接近度测量方法中各个范围的示意图；

图7是本发明实施例提供的一种接近度测量方法中各个范围的示意图；

图8是本发明实施例提供的一种电容传感装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例提供一种接近度测量方法，应用于电容传感装置，用于解决现有技术中由于电容传感器在测量过程中，传统方案中电容传感器接近度的测量范围与电容传感器的量程范围一致。进一步地，在物体逐渐接近传感器的过程中，一旦接近度的测量超出传感器测量量程，此时接近度值保持传感器满量程值，无法有效区分不同的实际接近度，测量准确度较低的问题。

参见图1，该接近度测量方法，包括：

S101、获取电容数据。

其中，电容数据包括电容采样值及补偿电容值。

需要说明的是，可以通过相应的检测单元，采集到该电容数据。该补偿电容值用于补偿该电容采样值。

S102、判断电容采样值是否在当前的接近度测量范围内。

当前的接近度测量范围为当前补偿电容值对应的测量范围。

在实际应用中，步骤S102主要目的是为了判断电容传感器的电容采样值是否有效；在有效情况下，计算出来的接近度准确；在失效的情况下，计算出来的接近度失真；换句话说，步骤S102也可以作为判断是否需要调整补偿电容机制。

在补偿电容值为确定值时，该补偿电容值对应的实际测量量程，也即其对应的接近度变化范围与电容传感器的采样量程范围一致。

若电容采样值在当前的接近度测量范围内，则执行步骤S103。

S103、依据电容数据确定当前的接近度。

由于该电容采样值在当前的接近度测量范围，所以依据电容数据确定当前的接近度，其准确度高。需要说明的是，其具体计算过程，此处不再一一赘述，只要其能够依据该电容数据确定接近度即可，均在本申请的保护范围内。

需要说明的是，步骤S103为电容采样值在当前的接近度测量范围时，执行的步骤；在说明该当前的接近度测量范围是满足测量要求的，也就是说，此时用当前的接近度测量范围来测量接近度的是准确的。

若电容采样值超出当前的接近度测量范围内，则执行步骤S104。

S104、调整补偿电容值、以调整接近度测量范围，再依据调整后的电容数据确定当前的接近度。

需要说明的是，调整补偿电容值的目的是调整接近度测量范围，以使该电容采样值在调整后的接近度测量范围内，以实现接近度的测量，避免了在超出当前接近度测量范围时进行测量所导致的接近度测量不准确的问题，也即，调整接近度测量范围后再进行测量接近度，从而实现提高接近度测量的准确度。

该调整补偿电容，用于补偿当前电容采样值。

具体的，电容传感器中补偿电容值可以调整，不同的补偿电容值抵消不同的电容传感器的电容采样值。其次，由于电容传感器中的寄生电容的存在，电容传感器的电容采样值存在固有偏移量。结合这两个特性，电容传感器的采样模型可用公式(1)表示。

Lcap＝Lx+Lpar–Loff公式(1)

其中，Lcap为电容传感器的电容采样值，Lx为物体与电容传感器之间的实际接近度，Loff为补偿电容对应接近度的量化值，也即补偿电容值，Lpar为寄生电容对应接近度的量化值，也即寄生电容值。

如果判定电容传感器电容采样值超出当前的接近度测量范围，则需要调整补偿电容。假设补偿电容为Loff0，实际接近度为Lx0，经过上述公式(1)的计算，得到的电容传感器的电容采样值为Lcap0。如公式(2)所示。

Lcap0＝Lx0+Lpar–Loff0公式(2)

在实际操作过程中，由于Lpar未知，可以利用二分法或者其它方法调整Loff，使得Lcap在0附近。此时，可将Loff1近似为Lx0+Lpar，达到了同时补偿寄生电容及当前接近度的效果。也就是说，在补偿容值设置好了之后，该电容采样值可以作为接近度；也即，本实施例提供了根据补偿电容值及电容传感器采样值，计算接近度的方法。同时，根据电容采样值有效范围，触发补偿电容调整，以及利用补偿电容值，扩大接近度测量范围。

如图6所示，在补偿电容量化值为Loff0的情况下，电容采样值超出传感器的接近度测量范围。经过补偿电容调整后，如图7所示，补偿电容的量化值为Loff1，此时接近度在电容传感器的电容采样值有效范围内。

在本实施例中，无论在当前的接近度测量范围内还是在当前的接近度测量范围内，均可以准确测量接近度，也即提高测量准确度；另外，实现动态调整接近度测量范围，可以测量接近度变化范围大于电容传感器的量程范围的情况，满足同时测试较远和较近接近度的测试要求。

值得说明的是，现有技术中接近度测量范围有限，与电容传感器的量程范围一致，当接近度超出电容传感器的量程时，接近度值保持满量程值，以及，无法同时满足测试灵敏度较高的远距离接近与灵敏度较低的近距离触摸。

而本实施例中，实现动态调整补偿电容，扩大接近度的测量范围，同时可以有效识别接近度超出电容传感器量程的场景。另外，还支持同时测试灵敏度较高的远距离接近与灵敏度较低的近距离触摸。

需要说明的是，在补偿电容值为相应值时，其对应的实际测量量程和接近度测量范围不完全相等。

在实际应用中，接近度测量范围为实际测量量程的子集；其中，实际测量量程为当前补偿电容值下对应的实际范围。

也就是说，该接近度测量范围的下限值大于等于实际测量量程的下限值，以及，该接近度测量范围的上限值小于等于实际测量量程的上限值。其中，实际有效量程为补偿电容的补偿能力对应的实际范围。

在电容传感器的采样数据变化范围内，需要说明的是，该采样数据变化范围与补偿电容的补偿能力相关；设置接近度测量范围为[LowTh，HighTh]，其中，LowTh为该接近度测量范围的下限值，其接近但大于电容传感器的量程下限，当然也不排除等于的情况；HighTh为该接近度测量范围的上限值，其接近但小于电容传感器量程上限，当然也不排除等于的情况。电容传感器的电容采样值在该接近度测量范围内，属于有效采样，也即此时执行步骤S103；电容传感器的电容采样值在该接近度测量范围之外，属于无效采样。对于无效采样的情况，需要调整补偿电容；也即此时执行步骤S104。需要说明的是，HighTh、LowTh与电容传感器相关，与不同的补偿电容无关。

在实际应用中，参见图2，在步骤S102之前，还包括：

S201、判断当前采集动作是否为初始采集。

若当前采集动作不为初始采集，则说明当前的接近度测量范围不为0，可以依据当前的测量范围来执行后续步骤。

因此，若当前采集动作不为初始采集，则执行步骤S102、判断电容采样值是否在当前的接近度测量范围内。

在实际应用中，参见图3，在步骤S201之后，若当前采集动作为初始采集，则执行步骤S301。

S301、确定初始的补偿电容值。

需要说明的是，电容传感器中补偿电容值可以调整，不同的补偿电容值抵消不同的电容传感器的电容采样值。其次，由于电容传感器中的寄生电容的存在，电容传感器的电容采样值存在固有偏移量。结合这两个特性，电容传感器的采样模型可用公式(1)表示。

Lcap＝Lx+Lpar–Loff公式(1)

其中，Lcap为电容传感器的电容采样值，Lx为物体与电容传感器之间的实际接近度，Loff为补偿电容对应接近度的量化值，也即补偿电容值，Lpar为寄生电容对应接近度的量化值，也即寄生电容值。

在实际操作过程中，由于Lpar未知，在物体的接近度为Lx_base时，调整Loff，使得Lcap接近于0。此时，Loff近似等于Lx_base+Lpar，记录此时补偿电容量化值为Loff_base。考虑到Loff为Loff_base时，补偿电容同时补偿了当前接近度与寄生电容值，所以，可将当前接近度Lx_base视为估计接近度参照点，进而，在后续接度度的测量相当于与参照点的相对值，抵消了寄生电容的影响。

需要说明的是，需要调整Loff的时候有多种情况，如：初始化阶段，此时无物体接近传感器，接近度Lx_base视为0；或者，电容传感器的电容采样值超出当前的接近度测量范围，此时接近度Lxbase为接近传感器满量程的值，为了更好测量接近度，此时需要进行调整补偿电容值。

具体的，电子设备在开机或者需要调整寄生电容值时，执行一次步骤S301、确定初始的补偿电容值，以使消除寄生电容值；之后可执行相应步骤，对接近度进行有效测量。需要说明的是，该电容采样值与寄生电容容值一致，可以相互替换。

为了便于说明，将步骤S104划分为两个步骤，分别为：S1041、调整补偿电容值、以调整接近度测量范围；以及，步骤S1042、调整后的补偿电容信息确定当前的接近度。

在实际应用中，参见图4，在步骤S1042之前，还包括：

S401、依据调整后的补偿电容信息，确定预计接近度。

需要说明的是，寄生电容调整值与接近度偏移量的关系为：在调整接近度偏移时，以补偿寄生电容的Loff_base作为参照点。假设经过补偿电容调整之后，寄生电容量化值为Loff。此时接近度相对于电容传感器电容采样值的偏移量Lcap可视为Loff–Loff_base。接近度Lprox可表示成公式(3)。

Lprox＝Lcap+Loff–Loffbase公式(3)

由于Loff_base同时补偿寄生电容及实际接近度Lx_base，所以Lprox的参照点为Lx_base。

S402、判断预计接近度是否在接近度有效范围内。

其中，该接近度有效范围为补偿电容的补偿能力对应的有效范围，接近度测量范围为接近度有效范围的子集。

在实际应用中，考虑到补偿电容的补偿能力有限，接近度有效范围有一定的限制。假设电容传感器的量程为[Lx_min，Lx_max]，补偿电容的量程为[Loff_min，Loff_max]，在物体逐渐接近电容传感器的过程中，接近度的变化范围为[Lx_min，Lx_max+Loff_max]。

需要说明的是，电容传感器的量程为：补偿电容为0时，电容传感器可测量的接近度范围，表征电容传感器的物理特性；补偿电容的量程为：补偿电容属于电容传感器模块，表征可补偿的接近度范围。接近度测量范围为：动态调整补偿电容后，可识别的接近度测量范围。可以理解为：接近度测量范围＝电容传感器的量程+补偿电容的量程。

若预计接近度在接近度有效范围内，则执行步骤S1042、调整后的补偿电容信息确定当前的接近度。

在实际应用中，参见图5，在步骤S402之后，若预计接近度超出接近度有效范围内，则执行步骤S501。

S501、判定为接近度异常状态。

也就是说，依据补偿电容的量程及电容传感器的量程，判断接近度有效范围。

具体的，在接近度的变化范围内，设置接近度有效范围[LowMin，HighMax]，其中，该接近度有效范围的下限值为LowMin，其接近但大于Lx_min，当然不排除相等的情况；该接近度有效范围的上限值为HighMax，其接近但小于Lx_max+Loff_max，当然不排除相等的情况。接近度在接近度有效范围内，属于有效数据；接近度在接近度有效范围之外，属于无效数据。对于无效数据，此时判定为接近度异常状态。

本发明另一实施例提供了一种电容传感装置，参加图8，该电容传感装置包括：电容传感器、MCU程序处理模块。

电容传感器用于为MCU程序处理模块提供电容数据。

电感传感器和MCU程序处理模块结合，实现接近度测量方法。

该接近度测量方法的工作过程和原理，详情参见上述实施例，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

在实际应用中，电容传感器包括：补偿电容以及检测电容单元。

补偿电容用于抵消电容传感器中的寄生电容。

检测电容单元的输入端与补偿电容相连，用于检测电容数据。

检测电容单元的输出端作为电容传感器的输出端。

也就是说，该检测电容单元用于获取电容数据；其中，电容数据包括电容采样值及补偿电容值。

在实际应用中，该MCU程序处理模块包括：接近度测量模块及数据处理模块。

该接近度测量模块，用于接收电容传感器提供电容采样值及补偿电容值；并用于动态调整补偿电容值，以及，向数据处理模块提供接近度数据和接近度异常标志。

数据处理模块，用于根据接近度测量模块提供的接近度数据和接近度异常标志，进行接近远离状态判断。

各个模块的工作过程和工作原理，详情参见上述实施例，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种接近度测量方法，其特征在于，该方法包括：

获取电容数据；其中，所述电容数据包括电容采样值及补偿电容值；

判断所述电容采样值是否在当前的接近度测量范围内；所述当前的接近度测量范围为当前补偿电容值对应的测量范围；

若所述电容采样值在当前的接近度测量范围内，则依据所述电容数据确定当前的接近度；

若所述电容采样值超出当前的接近度测量范围内，则调整所述补偿电容值、以调整所述接近度测量范围，再依据调整后的电容数据确定当前的接近度。

2.根据权利要求1所述的接近度测量方法，其特征在于，判断所述电容采样值是否在当前的接近度测量范围内之前，还包括：

判断当前采集动作是否为初始采集；

若否，则执行判断所述电容采样值是否在当前的接近度测量范围内的步骤。

3.根据权利要求2所述的接近度测量方法，其特征在于，在所述判断当前采集动作是否为初始采集之后，若是，则还包括：

确定初始的补偿电容值。

4.根据权利要求1所述的接近度测量方法，其特征在于，依据调整后的电容数据确定当前的接近度之前，还包括：

依据所述调整后的补偿电容信息，确定预计接近度；

判断所述预计接近度是否在接近度有效范围内；所述接近度有效范围为所述补偿电容的补偿能力对应的有效范围，所述接近度测量范围为所述接近度有效范围的子集；

若所述预计接近度在所述接近度有效范围内，则执行所述依据调整后的电容数据确定当前的接近度的步骤。

5.根据权利要求4所述的接近度测量方法，其特征在于，在判断所述预计接近度是否在接近度有效范围内之后，若所述预计接近度超出接近度有效范围内，则还包括：

判定为接近度异常状态。

6.根据权利要求4所述的接近度测量方法，其特征在于，所述接近度有效范围的下限值大于等于所述实际有效量程下限值，所述接近度有效范围的上限值小于等于所述实际有效量程上限值；

其中，所述实际有效量程为所述补偿电容的补偿能力对应的实际范围。

7.根据权利要求1-6任一项所述的接近度测量方法，其特征在于，所述接近度测量范围的下限值大于等于实际测量量程的下限值，以及，

所述接近度测量范围的上限值小于等于实际测量量程的上限值；

其中，所述实际测量量程为当前补偿电容值对应的实际范围。

8.一种电容传感装置，其特征在于，包括：电容传感器、MCU程序处理模块；

所述电容传感器用于为所述MCU程序处理模块提供电容数据；

所述电感传感器和所述MCU程序处理模块结合，实现如权利要求1-7任一项所述的接近度测量方法。

9.根据权利要求8所述的电容传感装置，其特征在于，所述电容传感器包括：补偿电容以及检测电容单元；

所述补偿电容，用于抵消所述电容传感器中的寄生电容；

所述检测电容单元的输入端与所述补偿电容相连，用于检测电容数据；

所述检测电容单元的输出端作为所述电容传感器的输出端。

10.根据权利要求8所述的电容传感装置，其特征在于，所述MCU程序处理模块包括：接近度测量模块及数据处理模块；

所述接近度测量模块，用于接收所述电容传感器提供电容采样值及补偿电容值；并动态调整所述补偿电容值，以及，向所述数据处理模块提供接近度数据和接近度异常标志；

所述数据处理模块，用于根据所述接近度测量模块提供的接近度数据和接近度异常标志，进行接近远离状态判断。

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