CN201523371U - 一种人体触摸按键控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种人体触摸按键控制电路，其包括触摸开关、与触摸开关连接的触摸电路、以及与触摸电路连接的微控制单元，微控制单元对触摸开关输出的电压进行采样，将此次采样电压与上一次采样电压的差值与预设的最大偏差进行比较，若差值大于最大偏差则判断为干扰信号，若差值小于或等于最大偏差则判断为有效信号。本实用新型利用简单的外围电路，同时加上抗干扰的独特算法，避免按键误动连动，具有自动校正和补偿功能，完全无需复杂的生产调整就能到达比较好的效果，能保证温度变化的情况下触摸按键的性能稳定，还能保证面板雨淋或积水的情况下触摸按键的性能稳定，同时在电磁干扰下也能稳定工作。

Description

一种人体触摸按键控制电路

技术领域

本实用新型涉及人体触摸按键，更具体地说，涉及一种新型的人体触摸按键控制电路。

背景技术

传统的机械式按键具有易磨损、安装复杂、受温度湿度影响变化较大等缺点，而压电薄磨式触摸按键造价高昂，而且容易损坏，受温度湿度影响变化更大，所以触摸按键的出现渐渐成为市场的主导。

相比传统金属触摸按键或机械开关：1、感应触摸开关不需要人体直接接触金属，可以彻底消除安全隐患，即使带手套也可以使用，并且不受天气干燥潮湿人体电阻变化等影响，使用更加方便；2、没有任何机械部件，不会磨损并且无限寿命，减少后期维护成本；3、其感测部分可以放置到任何绝缘层(通常为玻璃或塑料材料)的后面，很容易制成与周围环境相密封的键盘；4、面板图案随心所欲，按键大小、形状可以任意设计，字符、商标、透视窗等任意搭配，外型美观、时尚，不褪色、不变形、经久耐用，从根本上解决了各种金属面板以及各种机械面板无法达到的效果，其可靠性和美观设计随意性可以直接取代现有普通面板(金属键盘、薄膜键盘、导电胶键盘)。

目前实现触摸按键的方法大致分为两种，即电阻式和电容式，电阻式的触摸按键需要触摸面板承受一定的压力才能感应到，而电容式触摸按键无需按压面板，靠感应人体本身电容来实现按键，这是电阻式无法做到的。

总而言之，目前市面上触摸按键技术五花八门，但是在防水和防电磁脉冲干扰下做的都不是很好，设计一种新型的防水、防电磁脉冲干扰的人体触摸按键控制电路是有必要的。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述触摸按键在防水和防电磁脉冲干扰都不完善的缺陷，提供了一种防水、防电磁脉冲干扰的人体触摸按键控制电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种人体触摸按键控制电路，包括触摸开关、与所述触摸开关连接的触摸电路、以及与所述触摸电路连接的微控制单元，所述微控制单元对所述触摸开关输出的电压进行采样，将此次采样电压与上一次采样电压的差值与预设的最大偏差进行比较，若差值大于最大偏差则判断为干扰信号，若差值小于或等于最大偏差则判断为有效信号。

在本实用新型所述的人体触摸按键控制电路中，所述触摸电路与高频脉冲连接，具有一与所述触摸开关连接的充放电电容，所述充放电电容输出的电压值为所述触摸开关输出的电压值。

在本实用新型所述的人体触摸按键控制电路中，所述触摸开关包括隔离介质、以及与所述隔离介质连接的触摸焊盘，所述高频脉冲通过整流使所述充放电电容充电，通过隔离介质触摸到触摸焊盘时，所述充放电电容放电使触摸开关输出的电压变为低电位。

实施本实用新型的人体触摸按键控制电路，具有以下有益效果：利用简单的外围电路，同时加上抗干扰的独特算法，避免按键误动连动，具有自动校正和补偿功能，完全无需复杂的生产调整就能到达比较好的效果，能保证温度变化的情况下触摸按键的性能稳定，还能保证面板雨淋或积水的情况下触摸按键的性能稳定，同时在强电磁干扰下也能稳定工作。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型的人体触摸按键控制电路的原理图；

图2是触摸开关输出的电压示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的电容式触摸按键电路外围简单，只需要一般的带有A/D的MCU(即微控制单元)即便可以实现触摸功能，按键的灵敏度软件可调，其可以穿透绝缘材料外壳20mm(玻璃、塑料等等)以上，准确无误地侦测到手指的有效触摸，同时保证产品的灵敏度、稳定性、可靠性等不会因环境条件的改变或长期使用而发生变化，并具有防水和强抗干扰能力。

如图1所示，本实用新型的人体触摸按键控制电路包括触摸开关、与触摸开关连接的触摸电路、以及与触摸电路连接的微控制单元，微控制单元对触摸开关输出的电压进行采样，将此次采样电压与上一次采样电压的差值与预设的最大偏差进行比较，若差值大于最大偏差则判断为干扰信号，若差值小于或等于最大偏差则判断为有效信号。

另外，触摸电路与高频脉冲CMPWM连接，具有与触摸开关连接的充放电电容C38，充放电电容C38输出的电压值CKEY1为触摸开关输出的电压值。触摸开关包括隔离介质、以及与隔离介质连接的触摸焊盘，高频脉冲CMPWM通过整流使充放电电容充电，通过隔离介质触摸到触摸焊盘时，充放电电容C38放电使触摸开关输出的电压CKEY1变为低电位。

在图1中，信号端CMPWM产生高频脉冲，通过整流让充放电电容C38积累电荷，此时输出的电压CKEY1为高电位，一旦有人体(即手)接触到触摸焊盘正上方的隔离介质，此时人体相当于一个电容，导致电容C38放电，输出电压CKEY1电位下降，触摸开关将会根据手指接触的不同距离输出幅值不同的电压信号，从而通过下降门限值来判断是否有键按下。

实现触摸的原理很简单，但是要如何规避脉冲干扰和水干扰才是本实用新型要解决的主要问题。在此运用平均滤波、峰值滤波、趋势处理等算法一起处理，来实现抗脉冲干扰和水干扰。通常是对触摸开关输出的电压信号进行AD转换，然后比较正常状态和接触时触摸开关输出的电压信号的数字值来判断开关的闭合。单片机要对触摸开关的按下和松开进行判断，就应知道在触摸开关没有按下时的触摸开关输出的电压值和接触时输出的电压值，如果在触摸开关松开状态时输出的电压值也会不停变化时，那么我们就应该每隔一段时间对松开状态的电压进行AD转换，并求平均作为判断触摸开关有无按下的基准值，触摸开关的按下电压波形如图2所示。

在接触到触摸开关的时候去采样会使采样数据产生错误，因此在接触前采样是最理想的时间。从图2中可以看到当接触触摸开关时输出的电压会有一个下降的幅度，在采样前先判断一下触摸开关输出的电压和前一次采样的输出电压是否下降，就可以证明是有效触摸或是干扰信号。不用采样当前值，而把多次的采样值求平均就可以求得触摸开关松开状态时输出的电压基准值。因此要判断是否按下状态时，只需要判断当前的采样值和基准值之差的大小就可以判断是否按下。

如图2所示，当遇到持续的强脉冲干扰或者GSM手机信号干扰时，A点的电压会上升，所以在软件中要不断地平均采样AD值，让整个判断的基准电压都上升，只有这样才不会有误动作。但是如果遇见非持续的脉冲干扰，触摸开关也会有类似图2的电压波形，这种情况如果软件不处理的话同样也会误触发一个按键动作，因此需要设法规避这种情况。这个问题可以通过极值滤波来处理，因为干扰是非持续的，一旦干扰结束，电压值会回落，这个回落的电压数值经过趋势处理滤波处理后，会发现其实比设定的门限值要偏大，可以完全滤波掉。在此所用的平均滤波算法或者限速滤波算法能很方便平滑的计算出基准值A点的电压。

此外，在本实用新型的软件算法中有几点需要注意：软件中的延时时间是为了在稳定的按下或松开状态下对触摸开关进行采样，从而避开大部分的干扰信号，延时时间过长或过短都会影响到触摸开关的灵敏度；软件中的设定值是用来调整触摸开关的灵敏度，当需要触摸开关有很高的灵敏度时只需将设定值调小即可，反之则调大；在判断触摸开关输出电压是否下降时，应使当前采样的时间和上一次采样的时间差大一点，这样可以有效地跨过触摸开关按下时的电压下降阶段，从而可以更加准确的计算出触摸开关的基准值。

本实用新型采用的滤波算法具体如下：预先确定两次采样允许的最大偏差ΔX，若先后两次采样的信号相减数值大于ΔX，表明输入的是干扰信号，应该去掉此次采样信号，用上次的采样值作为本次的采样值；如果小于或者等于ΔX表明没有受到干扰，本次采样有效。

程序判断滤波根据滤波方法不同，可以分为限幅滤波和限速滤波两种。本实用新型在采样基准电压的时候运用限速滤波方法，在判断按键是否有效的时候采用限幅滤波方法。

限幅滤波如下：限幅滤波就是把两次相邻的采样值进行相减，求出其增量(以绝对值表示)，然后与两次采样的最大差值(由被控对象的实际情况决定)ΔY进行比较，如果小于或等于ΔY，则取本次采样值，如果大于ΔY，仍然采取上次采样值作为本次采样值。其中Yn表示第n次采样值，Yn-1表示第n-1次采样值，ΔY表示两次采样允许的最大偏差，其大小取决于采样周期T及Y值的变化动态响应。

限速滤波如下：设顺序采样时刻t1、t2、t3所采集的参数分别为Y1、Y2、Y3，则：|Y2-Y1|≥ΔY，则Y2有效；|Y2-Y1|＜ΔY，则不采用Y2，但仍然保留，再采样一次，得Y3；|Y3-Y2|≤ΔY，则Y3有效；|Y3-Y2|＞ΔY，则Y2有效。

本实用新型的人体触摸按键外围电路简单，用普通的带有AD的微控制单元即可以实现先进的触摸功能，无须专用的触摸芯片，用单芯片即可以实现触摸和主控功能，无须双芯片。集成软件算法后，其在抗干扰方面效果不比专用的触摸IC差，同时灵敏度可以由软件调整。本实用新型的电路成本低且实现容易，目前实现触摸功能的方法有很多，也有硬件电路类似的方案，但是区别在软件算法上，好的算法可以使得触摸功能实现的很好，基本和市面上专用触摸芯片没有什么分别。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡是本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种人体触摸按键控制电路，其特征在于，包括触摸开关、与所述触摸开关连接的触摸电路、以及与所述触摸电路连接的微控制单元。

2.根据权利要求1所述的人体触摸按键控制电路，其特征在于，所述触摸电路与高频脉冲连接，具有一与所述触摸开关连接的充放电电容，所述充放电电容输出的电压值为所述触摸开关输出的电压值。

3.根据权利要求2所述的人体触摸按键控制电路，其特征在于，所述触摸开关包括隔离介质、以及与所述隔离介质连接的触摸焊盘，所述高频脉冲通过整流使所述充放电电容充电，通过隔离介质触摸到触摸焊盘时，所述充放电电容放电使触摸开关输出的电压变为低。