KR20050055156A - 기준값 자동 설정 방법을 이용한 디지털 센서 감지 방법및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아날로그 신호의 비교 집적회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용량성 접촉센서의 센싱 신호를 인터페이스하기 위한 집적회로로 디지털 알고리즘에 의한 구현에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 사람이 손가락으로 터치할 때 전극과 사람 사이에 유기되는 커패시턴스의 변화를 센싱하는 정전용량 센서에 있어서, 커패시턴스의 변화를 센싱하는 센서부와, 센싱된 아날로그신호의 파형을 디지털 신호로 변환시키는 파형변환부와, 상기 파형변환부를 통과한 디지털 신호를 보관하는 신호저장부와, 기준 값으로 정한 용량 값과 센싱된 신호의 용량 값을 비교하는 비교부와, 주변 환경과 조건에 의해 변화하는 기준 커패시턴스를 일정한 시간간격을 두어 측정하여 자동으로 조절하는 조절부와, 출력 값을 내보내는 출력부로 구성되고, 기준 커패시턴스를 일정한 시간간격을 두어 측정하여 주변 환경과 조건에 의해 변화하는 것을 자동으로 측정하여 기준 값을 조절하는 것을 특징으로 하는 디지털 정전용량형 센서에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

기준값 자동 설정 방법을 이용한 디지털 센서 감지 방법 및 장치{The digital sensor detection way that used a basis price automatic setting way and a device}

본 발명은 아날로그 신호의 비교 집적회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용량성 접촉센서의 센싱 신호를 인터페이스하기 위한 집적회로로 디지털 알고리즘에 의한 구현에 관한 것이다.

일반적으로 용량성 신호의 비교기는 사람의 접근 시 미리 설치된 전극과 사람 사이에 유기되는 커패시턴스의 변화를 감지하거나, 다른 응용으로 인덕턴스의 변화, 또는 임피던스의 변화를 감지하는 즉, 모든 아날로그 신호를 감지하는데 사용될 수 있다.

즉, 가전제품이나 액정 모니터 등의 스위치를 기존의 누름 스위치 방식에서 터치스위치 방식으로 전환되고 있는 추세이다.

터치스위치는 제품의 전면 커버 내측에 전극을 설치하고 전극 부위를 손가락으로 터치하면 전극과 사람 사이에 유기 되는 커패시턴스의 변화를 센싱하고 이 센싱 신호를 스위치 신호로 마이크로프로세서나 마이크로컴퓨터 등에 전달하는 방식이다.

종래의 신호에 대한 비교방법에서는 항상 기준 값을 설정하게 되어 있고, 그 기준 값을 가지고 센싱되는 값을 비교하게 되며, 따라서, 항상 기준 값 설정을 위한 입력과 센싱을 위한 입력의 두개의 입력이 필요하다.

즉, 용량성 뿐 아니라 모든 아날로그 신호를 비교하기 위해 종전기술에서는 전압 비교기, 전류 비교기, 주파수 비교기 등을 사용하여 비교하는 회로에 장착되는 장치나 조건, 환경 등에 따라 기준 값을 설정하기 위한 조정이 필요하여 개발 및 양산 적용 시에 비용과 시간이 증가하며, 설정 후에도 조건 및 환경의 변화에 따라 기준 값을 변경해야 하는 어려움이 있다.

상술한 바와 같은 종래의 신호 비교방법에 의하면, 장착되는 장치에 따라 비교기의 기준 값이 달라지고, 기준 값의 설정 후에도 주변 조건이나 환경에 따라 기준 값의 조건이 변하게 되며, 두 개 이상의 센싱 스위치가 가까이 위치했을 때는 상호간 간섭의 영향을 줄 수 있는 문제점이 있다. 즉, 기준 값의 유지 및 변경에 어려움이 많았다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출되는 것으로, 기존의 아날로그 방식의 비교방법과는 다르게 처음 환경에 의해 생기는 하나의 입력을 받아 그 값을 기준 값으로 설정하고, 그 후에 변화되는 경우를 센싱의 입력으로 하여 변화가 발생할 경우에 출력을 내보낼 수 있도록 하고, 두 개 이상의 스위치를 구현했을 경우에도 디지털 방식을 사용하여 서로의 간섭을 처리함으로써 실제 스위치가 정상 동작할 수 있도록 하는 디지털 센서 감지 장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 사람이 손가락으로 터치할 때 전극과 사람 사이에 유기되는 커패시턴스의 변화를 센싱하는 정전용량 센서에 있어서, 커패시턴스의 변화를 센싱하는 센서부와, 센싱된 아날로그신호의 파형을 디지털 신호로 변환시키는 파형변환부와, 상기 파형변환부를 통과한 디지털 신호를 보관하는 신호저장부와, 기준 값으로 정한 용량 값과 센싱된 신호의 용량 값을 비교하는 비교부와, 주변 환경과 조건에 의해 변화하는 기준 커패시턴스를 일정한 시간간격을 두어 측정하여 자동으로 조절하는 조절부와, 출력 값을 내보내는 출력부로 구성되고, 기준 커패시턴스를 일정한 시간간격을 두어 측정하여 주변 환경과 조건에 의해 변화하는 것을 자동으로 측정하여 기준 값을 조절하는 것을 특징으로 하는 디지털 센서 감지 장치에 관한 것이다.

또한, 상기 디지털 센서 감지 장치는 커패시턴스 뿐만 아니라 인덕턴스 또는 임피던스의 변화를 입력으로 하여 센싱할 수도 있다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명인 디지털 정전용량 센서의 전체 블록도를 나타낸 것이고, 도 2 는 두 개 이상의 스위치를 연결한 상태를 나타낸 블록도이다.

상기 센서부(10)는 정전용량의 변화를 감지하는 터치패드(11)로 구성되어 있다.

상기 파형변환부(20)는 정전용량의 변화를 이용하여 톱니파를 발생시키는 신호변환기(21)와, 상기 톱니파를 구형파로 변환하는 슈미트 트리거(22)로 구성되어 있다.

상기 조절부(30)는 일정한 시간마다 신호를 측정하도록 하는 타이머(31)와, 측정된 신호에 대해 기준 값을 자동으로 조절하는 자동조절기(32)로 구성되어 있다.

상기 신호저장부(40)는 기준 값을 저장하는 레퍼런스 레지스터(41)와, 사람의 손이 닿았을 때의 신호를 저장하는 센스 레지스터(42)로 구성되어 있다.

상기 비교부(50)는 두 신호를 동시에 입력시켜 두 값의 차를 계산하는 감산기(51)와, 상기 감산기(51)의 결과 값으로 감지 여부를 판단하는 판단기(52)로 구성되어 있다.

상기 출력부(60)는 상기 판단기(52)로 부터 얻어지는 신호에 의해 TTL신호를 발생하는 출력 드라이버(61)로 구성된다.

이하, 본 발명의 작용에 대하여 자세히 설명한다.

도 3 은 본 발명인 디지털 정전용량 센서를 이용한 기준값 자동 조절방법을 나타낸 순서도이다.

우선, 최초 사람의 손이 닿지 않았을 때 주위 환경에 의해 생성되는 커패시턴스를 센서부(10)가 감지하고, 이 커패시턴스는 파형변환부(20)의 신호변환기(21)에 의해 톱니파로 변환되며, 상기 톱니파는 슈미트 트리거(22)에 의해 디지털 신호인 구형파로 변환된다.

이 신호는 기준 값의 신호저장부(40)중 레퍼런스 레지스터(41)에 저장되며, 상기 레퍼런스 레지스터(41)에 저장된 커패시턴스는 스위치의 기준 값으로 사용된다. 이때 사용되는 기준 값은 센서부에 부착된 타이머(31)로부터 일정한 시간간격을 두어 발생되는 신호에 의해 자동으로 재측정되며 그때마다 변하는 주변 환경 및 조건에 따라 측정된 값은 자동설정기(32)에 의하여 기준 값으로 다시 설정된다.

그 후 사람의 손이 터치패드(11)에 닿았을 경우나 또 다른 환경적 변화가 생길 셩우 그 커패시턴스 값을 센서부(10)가 감지하고 파형변환부(20)의 이 커패시턴스는 파형변환부(20)의 신호변환기(21)에 의해 톱니파로 변환되며, 상기 톱니파는 슈미트 트리거(22)에 의해 디지털 신호인 구형파로 바뀐 후 센싱값의 신호저장부인 센스 레지스터(42)에 저장되며, 상기 센스레지스터(42)에 저장된 값과 레퍼런스 레지스터(41)에 저장된 값을 비교부(50)에 있는 감산기(51)를 통과하여 센스 레지스터(42)의 값이 레퍼런스 레지스터(41)에 저장되어 있는 기준 값과의 차를 계산하여 그 값을 비교하고, 센스 레지스터(42)의 신호 값이 클 경우 출력부(60)의 출력 드라이버(61)를 통하여 TTL 신호를 발생시켜 출력하게 되며, 센스 레지스터(42)의 신호 값이 레퍼런스 레지스터(41)의 신호값 보다 큰 값을 일정시간 유지하게 되면, 자동설정기(32)에 의해 그 때의 값을 새로운 기준 값으로 설정하게 된다. 상기 설정된 기준 값은 타이머(31)에 의해 일정한 시간간격을 두어 그때마다 변하는 주변환경 및 조건을 자동으로 재측정하여 자동설정기(32)에 의하여 다시 설정된다.

여기서 상기 센서의 감도는 센스레지스터(41)값과 기준 값의 디지털 값에 대한 차이 값에 의해 조절하는 방식으로써 사용자의 선택으로 조절이 가능하다.

또한, 도 2 에서 보는 바와 같이 디지털 정전용량형 센서를 가진 터치 스위치(100)를 두 개 이상 연결하여 사용 할 경우, 터치패드(110)에서 발생한 커패시턴스가 주위에 있는 다른 패드에도 영향을 주어 기준 값보다 높은 신호가 입력되면 스위치가 오작동을 일으킬 수 있는데, 이는 각각의 스위치에서 나오는 출력 값을 비교하여 가장 큰 값을 출력시키는 데이터 비교측정기(200)를 설치하여 해결한다.

또한, 상기와 같이 두 개 이상의 스위치를 사용할 경우, 기존방법은 각각의 스위치에 기준 커패시터를 설치해야 했기 때문에 각각의 스위치들 간에 영향을 주게 되지만, 본 발명은 두 개 이상의 스위치의 회로가 출력이 될 경우라도, 이 때 생기는 간섭신호는 상기 데이터 비교측정기(200)에 의해 해결될 수 있기 때문에 필름형태의 터치스위치 제작이 가능하다. 즉, 스위치의 패드나 도선의 위치가 근접한 패턴의 설계가 가능하다.

또한, 상기와 같이 두 개 이상의 스위치를 사용할 경우, 순차적으로 센스 값을 일정시간동안 측정하는 방법으로 각 센스부간의 간섭효과를 제거하는 방법도 사용할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위에 있게된다.

상기와 같은 구성 및 작용에 의해 기대할 수 있는 본 발명의 효과는 다음과 같다.

주변 환경 및 조건에 따라 자동으로 변하는 기준 값을 갖는 센서 회로를 구현할 수 있고, 좁은 공간에 스위치를 구현하였을 경우에도 스위치간의 간섭이 발생하지 않으며, 적은 핀수의 패키지를 이용할 수 있고, 외부 부품이 전혀 필요 없다.

또한, 정전 용량형 터치스위치에 적용 시, 두 개 이상의 스위치를 구현할 때, 스위치간의 간섭이 발생하지 않기 때문에 터치 패드를 필름 형태의 구조로 구현할 수 있다.

도 1 은 본 발명인 디지털 정전용량형 센서를 이용한 기준값 자동 설정방법을 나타낸 순서도,

도 2 는 본 발명인 디지털 정전용량 센서를 나타낸 전체 블록도,

도 3 은 두 개 이상의 스위치를 연결한 상태를 나타낸 블록도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10): 센서부 (11): 터치 패드

(20): 파형변환부 (21): 신호 변환기

(22): 슈미트 트리거 (30): 조절부

(31): 타이머 (32): 자동조절기

(40): 신호저장부 (41): 레퍼런스 레지스터

(42): 센스 레지스터 (50): 비교부

(51): 감산기 (52): 판단기

(60): 출력부 (61): 출력 드라이버

(100): 스위치 회로 (200): 데이터 비교측정기

Claims (8)

1. 터치스위치에 적용되는 정전용량 변화의 센싱을 위한 정전용량 센서에 있어서,

   최초에 주변환경과 조건에 따라 센서부(10)에 의해 센싱되는 값을 파형변환부(20)를 거쳐 디지털 신호로 변환하고 레퍼런스 레지스터(41)에 저장하여 최초 기준 값으로 사용되며, 그 이후 센싱되는 신호는 센스 레지스터(42)에 저장되어 레퍼런스 레지스터(41)에 저장된 신호와 감산기(51)에 의하여 차이를 계산함으로써 그 값을 비교하고, 센스 레지스터(42)의 신호 값이 클 경우 출력 드라이버(61)에 의해 출력되도록 하며, 센스 레지스터(42)의 신호 값이 레퍼런스 레지스터(41)의 신호값 보다 큰 값을 일정시간 동안 유지하게 되면, 자동조절기에 의해 다시 그 때의 값으로 새로운 기준 값을 설정하게 되는 것을 특징으로 하는 기준값 자동 설정방법.
2. 터치스위치에 적용되는 정전용량 변화의 센싱을 위한 정전용량 센서에 있어서,

   커패시턴스의 변화를 센싱하는 센서부(10)와, 센싱된 아날로그신호의 파형을 디지털 신호로 변환시키는 파형변환부(20)와, 상기 파형변환부(20)를 통과한 디지털 신호를 보관하는 신호저장부(40)와, 기준 값으로 정한 용량 값과 센싱된 신호의 용량 값을 비교하는 비교부(50)와, 주변 환경과 조건에 의해 변화하는 기준 커패시턴스를 일정한 시간간격을 두어 측정하여 자동으로 조절하는 조절부(30)와, 출력 값을 내보내는 출력부(60)로 구성되고,

   하나의 입력에 의해 구현되어 주변 환경 및 조건의 변화에 대한 커패시턴스의 측정에 의한 상대적인 기준 값을 가지는 것을 특징으로 하는 기준값 자동 설정 방법을 이용한 디지털 센서 감지 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   기준 값은 타이머(31)에 의해 일정한 시간간격을 두어 그때마다 변하는 주변환경 및 조건을 자동으로 재측정하여 자동설정기(32)에 의하여 다시 설정되는 것을 특징으로 하는 기준값 자동 설정방법을 이용한 디지털 센서 감지 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   다수의 스위치로 구현 시, 각각의 스위치들의 출력을 비교하여 가장 큰 변화를 갖는 스위치만을 출력으로 내보내는 것을 특징으로 하는 기준값 자동 설정방법을 이용한 디지털 센서 감지 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   다수의 스위치로 구현 시, 순차적으로 센스 값을 일정시간동안 측정하는 방법으로 각 센스부간 간섭효과를 제거하는 것을 특징으로 하는 기준값 자동 설정방법을 이용한 디지털 센서 감지 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   감지센서의 감도를 센스부와 기준 값의 디지털 값에 대한 차이 값에 의해 조절하는 방식으로 사용자의 선택으로 조절하는 것을 특징으로 하는 기준값 자동 설정방법을 이용한 디지털 센서 감지 방법.
7. 제 2 항에 있어서,

   정전 용량형 터치스위치에 적용 시, 터치패드를 필름 형태의 구조로 구현하는 것을 특징으로 하는 기준값 자동 설정 방법을 이용한 디지털 센서 감지 장치.
8. 제 2 항에 있어서,

   인덕턴스, 또는 임피던스 변화를 입력으로 하여 센싱하는 것을 특징으로 하는 기준값 자동 설정 방법을 이용한 디지털 센서 감지 장치.