CN207611366U - 一种操作识别装置及具有该操作识别装置的智能终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种操作识别装置及具有该操作识别装置的智能终端，所述操作识别装置包括操作接收单元、由至少一个驱动通道和至少一个采样通道组成的扫描阵列及至少一个信号读取单元，所述驱动通道与所述采样通道交叉组成至少一个电气节点，所述信号读取单元与所有采样通道连接并获取所有采样通道上的电信号，至少一个信号源，所述信号源与每一驱动通道连接，同时向所有驱动通道发送电信号，其中至少两个驱动通道的电信号为不同频率；所述信号读取单元包括至少一个带通滤波器，获取每一采样通道的电信号。上述技术方案实施后，有效减少操作识别的延时，提升操作识别效率；适用于扫描阵列类型的输入设备，尤其适合于触摸屏或触摸板领域的应用。

Description

一种操作识别装置及具有该操作识别装置的智能终端

技术领域

本实用新型涉及操作识别领域，尤其涉及一种操作识别装置及具有该操作识别装置的智能终端。

背景技术

无论是在工业生产、商业应用还是生活中，大部分电子产品均具有人机交互功能，通过输入设备接收用户的输入操作，常见的输入设备有键盘、触摸屏等，此类输入设备具有共同的特点是以阵列扫描的方式工作。

参阅图1，为一键盘阵列原理图，所述键盘阵列由R0-R3作为行通道，由C0-C3作为列通道，每一行通道都与所有列通道交汇，构成了16个电气节点，并设有16个按键，每一按键连接对应电气节点上的行通道和列通道。所述键盘阵列的工作步骤如下：

1.给某一行通道输入信号，例如设为高电平或低电平；

2.检测电路按照顺序读取每一列通道的电平状态，看有没有收到信号或者电平，如果收到的信号，证明当前的这一行这一列是有按键按下；如果没有信号或者电平，那么代表这一行这一列没有按键按下；

3.按照顺序逐一扫描每一行，每一列，直到所有的行和列都遍历完成，代表着一个扫描周期完成；

4.如此周而复始扫描，不断检测按键按下的操作。

触摸屏的扫描原理与所述键盘阵列类似，所述触摸屏的内部设有感应触摸操作的行通道和列通道，并逐行逐列进行扫描。上述各种阵列进行扫描时，在一个扫描周期内，往往会按照通道位置顺序将所有的行通道或列通道遍历一遍。

参阅图2，为一扫描阵列的拓扑图，图2中左侧为列通道，作为驱动线路工作，接收输入信号；图2中右侧为行通道，被检测电路检测，每一行扫描通道上均设有一开关，通过开关在同一时刻仅选择一个行通道进行状态检测。

现有技术的技术方案的缺点为扫描整个阵列需要一个相对比较长的过程，需要去遍历每一行每一列，对于按下按键的操作或者触摸操作的反应都有一定的延迟，无法立即找到用户操作的位置，如果遇到最坏的情况，当用户操作时，操作对应的位置刚好错过某一行或者某一列的扫描，那么需要下一个周期才能发现用户触摸的事件，延迟的时间将更长。对于响应时间要求非常高的应用场景，例如玩游戏，这些延迟将会降低使用体验。

因此，如何减少识别用户操作的时间，提升操作识别的效率，是一个需要解决的技术问题。

实用新型内容

为了克服现有技术缺陷，本实用新型的目的在于提供一种能够缩短操作识别延迟的操作识别装置以及具有该操作识别装置的智能终端。

本实用新型公开了一种操作识别装置，包括操作接收单元、由至少一个驱动通道和至少一个采样通道组成的扫描阵列及至少一个信号读取单元，所述驱动通道与所述采样通道交叉组成至少一个电气节点，所述信号读取单元与所有采样通道连接并获取所有采样通道上的电信号，所述操作识别装置还包括：至少一个信号源，所述信号源与每一驱动通道连接，同时向所有驱动通道发送电信号，其中至少两个驱动通道的电信号为不同频率；所述信号读取单元包括至少一个带通滤波器，获取每一采样通道的电信号；所述操作接收单元接收一用户操作后，所述扫描阵列上与所述用户操作对应位置的至少一个电气节点被导通，被导通的电气节点对应的驱动通道与采样通道构成电气通路，所述信号读取单元获取所有采样通道上的电信号，根据获取的电信号所在的采样通道及所述电信号的频率判断所述电气通路的位置，从而识别所述用户操作的位置。

优选地，所述信号读取单元的数量与所述采样通道的数量相等，与所述采样通道一一对应布设。

优选地，所述信号读取单元为一个，所述操作识别装置还包括一组切换开关，每一采样通道通过一切换开关与所述信号读取单元连接；所述信号读取单元通过所述切换开关逐一获取每一采样通道的电信号。

优选地，相邻驱动通道上的电信号的频率间隔大于一频率阈值。

优选地，所述操作接收单元为按键；所述用户操作为按压操作；所述信号源同时向每一驱动通道发送不同频率的电信号。

优选地，所述操作接收单元为触摸屏；所述用户操作为触摸操作；所述信号源同时向每一驱动通道发送不同频率的电信号。

优选地，所述操作识别装置还包括：模数转换器，与所述信号读取单元连接，将所述电信号转换为包含了触摸操作区域面积和像素点信息的数字信号。

本实用新型还公开了一种智能终端，包括上述的操作识别装置。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.有效减少操作识别的延时，提升操作识别效率；

2.适用于扫描阵列类型的输入设备，尤其适合于触摸屏或触摸板领域的应用。

如下为了简化篇幅，仅以触摸屏为例进行说明，本领域技术人员理解，触摸板领域也可以适用本实用新型之方案。

附图说明

图1为现有技术中键盘阵列的原理图；

图2为现有技术中扫描阵列的拓扑图；

图3为符合本实用新型一优选实施例中操作识别装置的结构图；

图4为符合本实用新型另一优选实施例中操作识别装置的结构图。

附图标记：

10-扫描阵列、101-驱动通道、102-采样通道、103-电气节点、11-操作接收单元、12-信号读取单元、121-带通滤波器、13-信号源、14-模数转换器、15-切换开关。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本实用新型的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

参阅图3，为符合本实用新型一优选实施例中操作识别装置的结构图，所述操作识别装置包括：

-操作接收单元11

所述操作接收单元11用于接收用户操作，可以是键盘的按键、触摸屏的触摸层、操作台的按钮等直接与用户接触的设备，在图3中为按键S1至按键S16。当所述操作接收单元11的数量根据所述操作识别装置应用场合的需求而定，例如功能手机常设计为具有9个按键的键盘，台式计算机的键盘设计为101个按键，工业设备根据操作需求设置相应数量的按钮，智能手机、平板电脑等设备上的触摸屏则为一整块的触摸层。

-扫描阵列10

所述扫描阵列10可以是键盘阵列中的导电线路，也可以是触摸屏的导电层。所述扫描阵列10由至少一个驱动通道101和至少一个采样通道102组成，所述驱动通道101如图3中的R0至R3，接收外部电信号；所述采样通道102如图3中C0至C3，用于被检测是否有电信号。所述驱动通道101既可以是行通道，也可以是列通道，当所述驱动通道101为行通道或列通道时，所述采样通道102则相应为列通道或行通道，以实现两种通道的交叉。所述驱动通道101和采样通道102并不一定要满足物理意义上的垂直分布，可根据实际需要布设为折线、曲线等不同的几何形状，例如计算机键盘上有些按键的大小是不一致的，相应的行通道或列通道的分布就不一定是相互垂直的直线。所述驱动通道101和采样通道102的数量根据应用场合的需求而定，例如大的触摸屏的驱动通道101可达20根以上，而计算器上的键盘只需要4-5根驱动通道101。

每一所述驱动通道101都与所有的采样通道102交叉，组成电气节点103，所述电气节点103在所述操作识别装置未接收用户操作时处于不导通的状态，例如在所述驱动通道101和采样通道102均为4根的时候，也就是4×4的扫描阵列10，共有16个电气节点103。所述操作接收单元11与所述扫描阵列10之间存在物理连接，例如当所述扫描阵列10为键盘阵列时，所述操作接收单元11为按键，每一按键对应一电气节点103，按键的两端分别连接其所在的电气节点103对应的驱动通道101和采样通道103，当按键被按下时，该按键对应的电气节点103被导通。图3中，按键S1连接了C0和R3，对应了C0和R3交叉形成的电气节点103。再例如当所述扫描阵列10为触摸屏的导电层时，所述导电层也可以看作由两层ITO涂层上蚀刻出不同的ITO导电线路，两个ITO涂层上蚀刻的图形相互垂直，其一为水平方向，另一为竖直方向，所述ITO为铟锡氧化物的缩写；所述操作接收单元11为覆盖于所述导电层上方的触摸层，如复合玻璃屏，当所述触摸层接收外部触摸操作时，会引起所述导电层上电容或电阻的变化，从而实现对用户操作的检测。

-信号读取单元12

所述信号读取单元12与所有采样通道102连接并获取所有采样通道102上的电信号。所述信号读取单元12可以是检测电路，能够检测所述采样通道102上的电信号，根据所述电信号的状态判断所述采样通道102上的电气节点103对应的操作接收单元11是否接收用户操作。所述信号读取单元12至少为一个，也可以有多个。

-信号源13

所述信号源13与每一驱动通道101连接，同时向所有驱动通道101发送电信号，其中至少两个驱动通道101的电信号为不同频率。与现有技术不同的是，本实用新型通过所述信号源13为所述驱动通道101提供电信号，现有技术中所述驱动通道101上的电信号往往为数字逻辑电平，而本实用新型中所述信号源13提供具有不同频率的电信号，保证至少两个驱动通道101的电信号为不同频率，例如在图3中，所述信号源13向R0提供1KHz的电信号，向R1提供2KHz的电信号。所述电信号可以是正弦波、锯齿波、方波等具有周期特性的波形。所述信号源13可以是信号发生器，也可以是由所述操作识别装置中时钟电路进行分频得到不同频率的电信号。所述信号源13可以为所有的驱动通道101提供不同频率的电信号，也就是每一驱动通道101的电信号的频率各不相同；也可以仅为部分驱动通道101提供频率不同的电信号，为其余的驱动通道101仍提供数字逻辑电平信号，采用混合式的电信号。

本实用新型中，所述信号读取单元12包括至少一个带通滤波器121，获取每一采样通道102的电信号。为了对所述信号源13发出的不同频率的电信号进行识别，所述信号读取单元12包括至少一个带通滤波器121，所述带通滤波器英文为band-pass filter，是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备，比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波器。仍以图3为例，所述信号源13分别向驱动通道101中的R0、R1发送了1KHz和2KHz的电信号，若按键S9或按键S13被按下，对于采样通道102中的C0，可能会接收到1KHz或2KHz的电信号，需要通过所述带通滤波器121进行滤除并识别，例如所述带通滤波器121允许1KHz的电信号通过，则所述信号读取单元12在所述带通滤波器121的输出端进行检测，若检测到1KHz的电信号，则意味着按键S13被按下；若没有检测到1KHz的电信号，则按键S13未被按下。所述带通滤波器121的带通范围和数量根据所述扫描阵列10及信号源13的设置而定，例如若有4根驱动通道101分别具有不同频率的电信号，则至少需要4个工作于不同频段的带通滤波器121才能满足识别需要，所述带通滤波器121可以是并联设置，所述信号读取单元12分别从不同带通滤波器121的输出端检测电信号。

所述操作识别装置的工作原理如下，所述操作接收单元11接收一用户操作后，所述扫描阵列10上与所述用户操作对应位置的至少一个电气节点103被导通，被导通的电气节点103对应的驱动通道101与采样通道102构成电气通路，所述信号读取单元12获取所有采样通道102上的电信号，根据获取的电信号所在的采样通道102及所述电信号的频率判断所述电气通路的位置，从而识别所述用户操作的位置。所述用户操作根据所述操作接收单元11的不同，可以是按压操作、触摸操作等。

具体地，图3中所述信号源13同时向所述驱动通道101，即向R0、R1、R2及R3发送1KHz、2KHz、3KHz及4KHz的电信号，当用户按下按键S11时，所述按键S11接通其连接的驱动通道101及采样通道102，即接通R1及C2，这样R1和C2构成了一条电气通路，所述信号源13发出的2KHz的电信号通过R1和C2被所述信号读取单元12获取，所述信号读取单元12中的至少三个所述带通滤波器121分别对C0至C3上可能存在的1KHz、2KHz、3KHz及4KHz的电信号进行滤通，最后在C2检测到2KHz的电信号，从而可推断出是R1和C2的组合，最终识别出用户按下了按键S11。即便用户同时按下了至少两个按键，由于不同驱动通道101的电信号的频率不同，也能将这样的用户操作识别出来，例如用户同时按下按键S9和按键S14，则所述信号读取单元12能够在C0上获取2KHz的电信号，在C1上获取1KHz的电信号，从而得到C0与R1、C1与R0两种电气通路同时存在，进而可以识别出用户同时按下了按键S9和按键S14。对于触摸屏构造的操作识别装置，其工作原理与上述原理相同，也是通过判断不同采样通道102上的电信号的频率来识别用户操作的位置。

在某些实施例中，所述信号源13仅向部分驱动通道101发送不同频率的电信号时，例如仅向R0和R1发送有频率的电信号，对于R2及R3仍发送数字逻辑电平，则还需采用分时发送的方式，比如所述信号源13先同时向R0和R1发送1KHz和2KHz的电信号，再于不同时刻分别向R2和R3发送高电平。则所述信号读取单元12采用两种方式进行电信号识别，在所述信号源13向R0和R1发送有频率的电信号时，对C0至C3进行扫描并通过带通滤波器121进行滤波识别；在所述信号源13向R2和R3分别发送逻辑电平时，分别获取C0至C3上的逻辑电平信号。相应地，带通滤波器121的数量也与接收不同频率电信号的驱动通道101的数量保持一致。若现有技术中对于4个驱动通道101的工作时间总共为8毫秒，即一个扫描周期为8毫秒，平均每个驱动通道需要2毫秒的时间，而本实施例对R0和R1同时发送电信号，压缩了2毫秒，共需要6毫秒完成所有驱动通道101的电信号供给，相对于现有技术节省了2毫秒。对于广泛的应用情况，上述方式压缩了接收有频率的电信号的驱动通道101的逐一接收电信号的时间，相对于现有技术能够节省的时间为：接收有频率的电信号的驱动通道101的数量为N，驱动通道101总数为M，则节省时间为现有技术中扫描周期的本实施例的优点是综合考虑了成本与性能的平衡，对信号源13的通道数量和带通滤波器121的数量要求不高，还节约了所述操作识别装置的内部空间结构。

图3所示实施例中，所述信号读取单元12为一个，所述操作识别装置还包括一组切换开关15，每一采样通道通102过一切换开关15与所述信号读取单元12连接；所述信号读取单元12通过所述切换开关15逐一获取每一采样通道的电信号。本实施例中，对于采样通道102的检测，仍采用了分时的方式，在同一时间仅对一个采样通道102的电信号进行采样，并通过所述切换开关15进行不同采样通道102的选择，实现信号隔离。本实施例的有点是节约硬件成本，只需一个信号读取单元12即可。

作为所述操作识别装置的进一步改进，所述扫描阵列10中相邻驱动通道101上的电信号的频率间隔大于一频率阈值。为了减少相邻驱动通道101之间的干扰，提升电信号的识别率，相邻的驱动通道101上的电信号的频率须保持足够的频率间隔，即大于一频率阈值。所述频率阈值可根据所述信号读取单元12的频率识别分辨率而定，例如所述信号读取单元12的频率识别分辨率为50Hz时，对于990Hz和1010Hz的电信号，是无法区分的，因此所述频率阈值应设为至少50Hz，以便所述信号读取单元12准确获取所述电信号的频率。此外，为了有效利用频率资源，可以在相距较远的驱动通道101上提供频率较为接近的电信号，例如对于图3中的R0至R3，可分别提供1KHz、2KHz、3KHz、1.5KHz的电信号，R0和R3的距离较远，可选择较为接近的频率。

进一步地，所述信号源13同时向每一驱动通道101发送不同频率的电信号，也就是所有的驱动通道101均接收有频率的电信号，可实现同时发送电信号，最大程度地节约所述驱动通道101的工作时间。现有技术中的方法是逐一向驱动通道101进行电信号的供给，所需的扫描周期为每一驱动通道101的工作时间的累加。而本实用新型是在同一时间对所有驱动通道101进行电信号供给，无需分别对每一驱动通道101进行电信号供给，节省了大量的时间，若操作识别装置具有N个驱动通道，则本实用新型中所需的扫描周期为现有技术的N分之一。

作为所述操作识别装置的进一步改进，当所述操作识别装置为触摸屏时，所述操作识别装置还包括：模数转换器14，与所述信号读取单元12连接，将所述电信号转换为包含了触摸操作区域面积和像素点信息的数字信号。由于触摸屏接收用户的触摸操作时，接触的位置往往是一片区域，对应了多个像素点，因此需要将用户的触摸操作的区域面积和像素点信息识别出来。所述触摸屏的扫描阵列10可设计为较为密集的驱动通道101与采样通道102，相应地，所述电气节点103也会非常密集，当有触摸操作时，会有多个电气节点103导通，所述信号读取单元12能够在多个采样通道102上获取到不同频率的电信号，所述模数转换器14将上述不同频率的电信号经过模数转换后可判断同一频率信号对应的电气通路的范围，进而可以确定对应的触摸操作的区域面积和像素点信息。所述像素点信息即所述触摸操作的区域中具体的像素点坐标位置。本发明既适用于触摸屏领域，也适用于其他领域，但是在触摸屏领域的应用效果最佳。

参阅图4，为符合本实用新型另一优选实施例中操作识别装置的结构图，本实施例中，所述信号读取单元12的数量与所述采样通道102的数量相等，与所述采样通道102一一对应布设。同样地，每一信号读取单元12内均具有至少一个带通滤波器121，所述带通滤波器121的数量与接收不同频率的电信号的驱动通道101的数量相等。本实施例中，所有的信号读取单元12可并行工作，无需分别对所有的采样通道102进行轮询采样，节约了采样时间，若所述操作识别装置中具有X个采样通道102，则本实施例可进一步将扫描周期压缩为之前的若现有技术中扫描周期为T，符合本实用新型的操作识别装置中所有驱动通道101数量为N，均接收不同频率的电信号，采样通道数量为M，则本实用新型中的扫描周期为

本实用新型还公开了一种智能终端，包括上述的操作识别装置。所述智能终端可以是智能手机、平板电脑等具有人机交互功能的设备，通过所述操作识别装置接收用户操作。

应当注意的是，本实用新型的实施例有较佳的实施性，且并非对本实用新型作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种操作识别装置，包括操作接收单元、由至少一个驱动通道和至少一个采样通道组成的扫描阵列及至少一个信号读取单元，所述驱动通道与所述采样通道交叉组成至少一个电气节点，所述信号读取单元与所有采样通道连接并获取所有采样通道上的电信号，其特征在于，

所述操作识别装置还包括：

至少一个信号源，所述信号源与每一驱动通道连接，同时向所有驱动通道发送电信号，其中至少两个驱动通道的电信号为不同频率；

所述信号读取单元包括至少一个带通滤波器，获取每一采样通道的电信号；

所述操作接收单元接收一用户操作后，所述扫描阵列上与所述用户操作对应位置的至少一个电气节点被导通，被导通的电气节点对应的驱动通道与采样通道构成电气通路，所述信号读取单元获取所有采样通道上的电信号，根据获取的电信号所在的采样通道及所述电信号的频率判断所述电气通路的位置，从而识别所述用户操作的位置。

2.如权利要求1所述的操作识别装置，其特征在于，

所述信号读取单元的数量与所述采样通道的数量相等，与所述采样通道一一对应布设。

3.如权利要求1所述的操作识别装置，其特征在于，

所述信号读取单元为一个，所述操作识别装置还包括一组切换开关，每一采样通道通过一切换开关与所述信号读取单元连接；

所述信号读取单元通过所述切换开关逐一获取每一采样通道的电信号。

4.如权利要求1-3任一项所述的操作识别装置，其特征在于，

相邻驱动通道上的电信号的频率间隔大于一频率阈值。

5.如权利要求1-3任一项所述的操作识别装置，其特征在于，

所述操作接收单元为按键；

所述用户操作为按压操作；

所述信号源同时向每一驱动通道发送不同频率的电信号。

6.如权利要求1-3任一项所述的操作识别装置，其特征在于，

所述操作接收单元为触摸屏；

所述用户操作为触摸操作；

所述信号源同时向每一驱动通道发送不同频率的电信号。

7.如权利要求6所述的操作识别装置，其特征在于，

所述操作识别装置还包括：

模数转换器，与所述信号读取单元连接，将所述电信号转换为包含了触摸操作区域面积和像素点信息的数字信号。

8.一种智能终端，包括如权利要求1所述的操作识别装置。