TWI595394B - 壓力感測方法及其系統 - Google Patents

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TWI595394B TW105117051A TW105117051A TWI595394B TW I595394 B TWI595394 B TW I595394B TW 105117051 A TW105117051 A TW 105117051A TW 105117051 A TW105117051 A TW 105117051A TW I595394 B TWI595394 B TW I595394B
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Description

壓力感測方法及其系統
本揭示文件涉及壓力感測領域，尤其涉及一種壓力感測方法及其系統。
隨著近年來觸控面板技術不斷更新，觸控面板已經成為顯示設備的必備元件。而具有壓力感測功能的觸控面板得到越來越多的關注。電阻型壓力感測電極通常採用壓阻材料製作成壓力感測電極，通過檢測壓感電極在受按壓前後的電阻值變化，再根據電阻值變化與按壓力大小的對應關係來判斷按壓力的大小。但是所述壓感電極受到操作環境、壓感電極本身的結構、材料的特性也會對電阻值的變化量造成影響，此外，對信號取值方式及運算的差異，也會導致壓力感測信號的失真。
為克服目前壓力感測信號失真的問題，本揭示文件提供了一種可精准獲得形變電阻值最大量的壓力感測方法及其系統。
本揭示文件為解決上述技術問題，提供一技術方案：一種壓力感測方法，具體為提供一壓力感測電極，其具有一初始電阻值R0，所述壓力感測方法至少包括以下步驟：Q11，依序獲取並儲存不同 的掃描時刻的複數個電阻值；Q12，讀取儲存的該些電阻值其中第n-1個掃描時刻的電阻值Rn-1以及第n個掃描時刻的電阻值Rn，並計算一前後時刻電阻差值△Rn，並獲得一電阻變化率△Rn/Rn-1；及Q13，根據該電阻變化率△Rn/Rn-1與至少一預設值數據庫進行匹配，獲得與該電阻變化率△Rn/Rn-1對應的一按壓力值Fn。
優選地，所述壓力感測方法中在所述步驟Q11之前，還包括如下步驟：P101，對觸控電極進行掃描；及P102，判斷是否偵測到一次觸控的位置信號；若是，則進入步驟Q11，偵測壓力感測電極的電阻值，若否，則進入重複步驟P101。
優選地，所述步驟Q11進一步包括以下步驟：Q111，採用惠斯通電橋方式獲取按壓操作的該些電阻值；Q112，不同的掃描時刻的該些電阻值經過放大比較器放大；Q113，經放大後的該些電阻值經過模數變換器轉換為一數字信號；及Q114，將該數字信號進行儲存。
優選地，在步驟Q11與步驟Q12之間還包括以下步驟：即對步驟Q11中不同的掃描時刻的該些電阻值是否為連續變小進行判斷，若是，則進入步驟Q12，若否，則返回步驟Q11。
本揭示文件為解決上述技術問題，提供又一技術方案：一種壓力感測方法，具體為提供一壓力感測電極，其具有一初始電阻值R0，所述壓力感測方法至少包括以下步驟：S11，獲取並儲存至少一電阻值Rn；S12，讀取儲存的該至少一電阻值Rn，計算一前後時刻電阻差值△Rn，根據該前後時刻電阻差值△Rn及該電阻值Rn前一時刻的另一電阻值Rn-1獲得至少一電阻變化率△Rn/Rn-1後，對該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1進行求和運算得該至少一電阻變化率之和；及S13，根據該至少一電阻變化率之和與至少一預設 值數據庫進行匹配，獲得與該至少一電阻變化率之和對應的一按壓力值Fn。
優選地，在對該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1進行求和運算之前，該壓力感測方法更包含判斷該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1是否小於預設值ka；若是，則對所獲取的該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1進行求和運算，若否，則返回步驟Q11並取下一時刻的另一電阻值Rn+1，其中，預設值ka<0。
優選地，在對該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1進行求和運算的過程中，還包括判斷另一電阻變化率△Rn+1/Rn是否大於預設值kb，其中該另一電阻變化率△Rn+1/Rn是根據另一前後時刻電阻差值△Rn+1及該至少一電阻值Rn計算而得；若是，則終止對該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1的求和運算，若否，則返回步驟Q11並取下一時刻的另一電阻值Rn+1，其中，預設值kb>0。
本揭示文件為解決上述技術問題，提供又一技術方案：一種壓力感測系統，提供複數個壓力感測電極，其具有一初始電阻值R0，所述壓力感測系統包括：電阻檢測模組，用於獲取該些壓力感測電極的複數個電阻值；儲存模組，用於將該電阻檢測模組檢測獲得的該些電阻值進行儲存；運算模組，用於對該儲存模組中儲存的該些電阻值進行計算，根據第n-1個掃描時刻的一電阻值Rn-1以及第n個掃描時刻的另一電阻值Rn並計算獲得一前後時刻電阻差值△Rn及至少一電阻變化率△Rn/Rn-1；及比較模組，用於將由該運算模組運算獲得的該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1與一預設數據庫中對應的一按壓力值Fn相匹配，並輸出相應的該按壓力值Fn，其中，n為正整數。
本揭示文件為解決上述技術問題，提供又一技術方案：一種壓力感測系統，提供複數個壓力感測電極，其具有一初始電阻值R0，所述壓力感測系統包括：電阻檢測模組，用於獲取該些壓力感測電極的複數個電阻值；儲存模組，用於將該電阻檢測模組檢測獲得的該些電阻值進行儲存；運算模組，用於對所述儲存模組中儲存的該些電阻值進行計算，根據第n-1個掃描時刻的一電阻值Rn-1以及第n個掃描時刻的另一電阻值Rn並計算獲得一前後時刻電阻差值△Rn及至少一電阻變化率△Rn/Rn-1後，對該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1進行求和運算，獲得該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1之和；及比較模組，用於將由所述運算模組運算獲得的該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1之和與預設數據庫中對應的一按壓力值Fn相匹配，並輸出相應的該按壓力值Fn，其中，n為正整數。
優選地，所述運算模組更包含至少一求和運算模組，該至少一求和運算模組，用於將該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1進行累加獲得該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1之和。
優選地，當另一電阻變化率△Rn+1/Rn大於預設值kb時，該至少一求和運算模組終止求和計算並輸出該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1之和；其中，該另一電阻變化率當中的一電阻值Rn+1為第n+1掃描時刻的電阻值。
優選地，該運算模組包含至少一求商運算模組，該至少一求商運算模組，用於計算該前後時刻電阻差值△Rn與前一時刻之該電阻值Rn-1的比值，獲得該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1。
優選地，所述電阻檢測模組進一步包括依次連接的至少一惠斯通電橋電路、至少一放大器及至少一模數變換器；所述惠 斯通電橋電路，用於檢測所述壓力感測電極的電阻值，並發出電阻值信號；所述放大器，用於放大所述惠斯通電橋電路所獲得的電阻值信號；及所述模數變化器，用於將電阻值信號轉換為數字信號。
相對于現有技術，本揭示文件所提供的壓力感測方法及其系統，可精准獲得形變電阻值的最大量，有效降低了變異因素及以現有取值運算方法所產生的噪聲信號，從而準確選擇相應的按壓力值Fn。採用本揭示文件所提供的壓力感測方法及其系統，無需對壓力感測電極的材料或結構進行特殊的限定，也可實現對壓力感測信號的有效精准檢測及處理。且本揭示文件中可僅採用單層壓力感測電極層即可實現降低變異因素的影響而判斷按壓力的大小，節省材料、工藝，提高良率，且更符合壓力感測電極薄型化趨勢。
Q11~Q13‧‧‧步驟
Q10‧‧‧壓力感測方法
S101~S111‧‧‧步驟
31‧‧‧電阻檢測模組
32‧‧‧儲存模組
33‧‧‧運算模組
34‧‧‧比較模組
41‧‧‧電阻檢測模組
411‧‧‧惠斯通電橋電路
413‧‧‧放大器
414‧‧‧ADC模數變換器
42‧‧‧儲存模組
43‧‧‧運算模組
431‧‧‧求商運算模組
432‧‧‧求和運算模組
44‧‧‧比較模組
45‧‧‧主板通訊模組
當結合隨附圖式閱讀時，自下列詳細描述將便於理解本揭示文件之態樣。應注意，根據工業中的標準實務，各特徵並非按比例繪製。事實上，出於論述清晰之目的，可能增加或減小各特徵之尺寸。
第1圖是手指一次按壓過程中壓力感測電極的電阻值-時間關係曲線圖。
第2圖是本揭示文件第一實施例壓力感測方法的流程示意圖。
第3A圖是本揭示文件兩次按壓過程電阻值-時間關係曲線圖與△Rn/Rn-1值-時間關係曲線圖。
第3B圖是第3A圖中所示曲線及其經求和運算後△Rn/Rn-1值之和-時間關係曲線圖。
第4圖是本揭示文件第二實施例壓力感測方法的流程示意圖。
第5圖是本揭示文件第三實施例壓力感測系統的模組示意圖。
第6圖是本揭示文件第四實施例壓力感測系統的模組示意圖。
為了使本揭示文件的目的，技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施實例，對本揭示文件進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本揭示文件，並不用於限定本揭示文件。
在本揭示文件中，所述壓力感測層的材料為透明導電氧化物，如氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)等類似金屬氧化物，隨溫度升高電阻增大，而受按壓力作用拉伸形變之後，電阻值降低。所述壓力感測層中包括壓力感測電極，一個所述壓力感測電極包括多個壓力感測電極塊。壓力感測電極具有一初始電阻值R0。
不同的壓力感測電極或同一個壓力感測電極的不同壓力感測電極塊之間一般都會存在初始電阻值的差異，當所述壓力感測電極(或所述壓力感測電極塊)受到按壓作用力之後，初始電阻值的差異會影響到形變和溫度所帶來的阻值變化量。其中，電阻值存在差異的原因可為但不受限於：環境因素，如溫度、濕度等，或所述壓力感測電極自身的結構、材料的因素影響。上述所提及的引起電阻值差異的因素中，溫度因素為其中影響較大的因素。
當手指按壓位於所述壓力感測電極或所述壓力感測電極塊之上的面板時，所述壓力感測電極(或所述壓力感測電極塊)受到按壓作用力及其它引起差異的因素的影響，其電阻值也會隨之 變化。如第1圖中所示為一次按壓過程所產生的電阻值隨時間的變化曲線，從第1圖中可以看出，一次按壓過程一般包括如下四個階段：
第一階段：在手指接觸壓力感測電極前，所述壓力感測電極具有一定的初始電阻R0；在手指接觸壓力感測電極到施加壓力前的過程中，壓力感測電極的電阻值如第1圖中C1段所示具有一電阻上升的過程，其電阻值上升主要由溫度因素引起。需要特別一提的是，第1圖為了將接觸與按壓對電阻值的影響區分清楚，第一階段的時間特意延長，在實際按壓過程中，第一階段通常只作用很短的一段時間，此外，由於外界環境溫度的影響，第一階段可能上升幅度與持續時間都較小。
第二階段：在手指向所述壓力感測電極施加壓力後，壓力感測電極的電阻值如第1圖中C2段所示呈現為急速下降的過程；
第三階段：即手指撤離壓力感測電極後，壓力感測電極的電阻值如第1圖中C3段所示有一個形變的恢復，即為所述壓力感測電極被按壓後的回彈力，其所引起的電阻值變化與手指按壓所引起的電阻值的變化相當。
第四階段：當手指撤離且所述壓力感測電極的形變完全回復之後，所述壓力感測電極自然降溫的過程，由於所述壓力感測電極的電阻值與溫度成正比，因此，如第1圖中C4段所示，所述壓力感測電極的電阻值也隨時間增長而下降。
其中，依據上述第二階段的電阻值的變化量進行偵測可獲得相應的按壓力值的大小。為了更精確地依據電阻值的變化偵測按壓力值的大小，本揭示文件提供一種依據前後時刻電阻值的差 值△Rn(其中，n為正整數)獲得與其相對應的按壓力值的壓力感測方法。由第1圖中可知，由按壓作用力所帶來的電阻值變化為下降趨勢，因此，前後時刻電阻值的差值△Rn的變化可反映實際按壓力值的大小。
如第1圖中所示，在實際操作中，除了手指按壓作用力之外，還有其它引起電阻值變化的因素(如溫度因素)所產生的電阻值變化，僅僅依據前後時刻電阻值的差值△Rn獲得與其相應的按壓力值的壓力感測方法無法消除初始電阻值的差異的影響。
為了解決上述問題，本揭示文件進一步提出如下的方法：採用△Rn/Rn-1(其中，n為正整數)取代差值△Rn來體現按壓作用力對所述壓力感測電極所產生的形變或其它引起電阻值變化的因素所帶來的電阻值變化量，具體理由如下： 在本揭示文件中，溫度因素對所述壓力感測電極所產生的電阻值變化可分別如下表1-A及表1-B中所示：
表1-A是溫度因素對所述壓力感測電極所產生的電阻值變化關係表。
注：在表1-A中，所述壓力感測電極在-20℃溫度下的初始電阻值是65140.6。
表1-B是溫度因素對所述壓力感測電極所產生的電阻值變化關係表。
注：在表1-B中，所述壓力感測電極在溫度為-20℃的初始電阻值是145825。
上述表1-A與表1-B中，△Rn表示在不同溫度環境下所述壓力感測電極相對於前一溫度下的電阻值的差值，而△Rn/Rn-1則表示在不同溫度環境下所述壓力感測電極相對於前一溫度下的電阻值的差值與前一溫度下電阻值的比值，其中，n為正整數。
如表1-A中所示，一壓力感測電極的初始電阻值R0為65140.6，在溫度-20℃-60℃範圍內，R值的平均值為約66400， △Rn為約165，而△Rn/Rn-1的平均值為約0.249%。又如表1-B中所示，另一壓力感測電極的初始電阻值R0約為148000，△Rn為約330，△Rn/Rn-1平均值為約0.222%。對比表1-A與表1-B可知，具有不同初始電阻值的兩種壓力感測電極(或壓力感測電極塊)的前後電阻值之差值△Rn的取值存在誤判斷之風險，不具有可參考性。相對而言，具有不同初始電阻值的兩種壓力感測電極(或壓力感測電極塊)的△Rn/Rn-1則較為接近，可以更精確反映所述壓力感測電極受溫度等環境影響所產生的電阻值變化程度。
更進一步地，當手指施加按壓力至所述壓力感測層時，手指按壓作用力對所述壓力感測電極(或所述壓力感測電極塊)所產生的電阻值變化可表示：
表2是不同手指按壓力大小對具有不同初始電阻值R0的所述壓力感測電極所產生的電阻值變化表。
從上述表2中可看出，具有不同初始電阻值R0的壓力感測電極，其在150g-1000g不同大小的按壓力作用下，隨著按壓力值越大，其△Rn也越大，而具有不同初始電阻值的兩種壓力感測電極(或壓力感測電極塊)的△Rn/Rn-1則較為接近。
可見，採用△Rn/Rn-1來表達按壓作用力或影響阻值變化差異因素(如溫度因素)所帶來的變化可以消除由於不同壓力感測電極(或壓力感測電極塊)初始電阻值R0的不同而帶來△Rn的取值差異過大，可以有效消除不同壓力感測電極(或壓力感測電極塊)之間的阻值變化程度差異，從而為利用同一標準量測不同壓力感測電極(或不同感測電極塊)提供可能性。
上述表1-A、表1-B及表2中僅為示例說明所選用的部分數據，在實際應用中，具體的數值(如取值時間、電阻值大小等)可根據實際需求進行調整，在此不作為限定。
請參閱第2圖，本揭示文件第一實施例提供一種壓力感測方法Q10，提供一壓力感測電極，其具有初始電阻值R0，所述壓力感測方法Q10可包括如下步驟：Q11，依序獲取並儲存第n個掃描時刻的電阻值Rn；Q12，讀取儲存的第n-1、第n個掃描時刻的電阻值Rn-1、Rn並計算這一前後時刻的電阻值差△Rn(△Rn=Rn-Rn-1)；，並獲得電阻值變化率△Rn/Rn-1；及Q13，根據至少一△Rn/Rn-1與至少一預設值數據庫進行匹配，獲得與至少一△Rn/Rn-1對應的按壓力值Fn。
其中，上述步驟Q11-Q13中，電阻值Rn中n為正整數。
在本實施例中，將相鄰的前一時刻的電阻值表示為電阻值Rn-1，相鄰的後一時刻的電阻值表示為電阻值Rn。前後時刻電阻值的差值△Rn表示為後一時刻電阻值Rn與前一時刻Rn-1的差值，還可表示為公式△Rn=Rn-Rn-1。在手指按壓過程中，前一時刻的電阻值Rn-1大於電阻值Rn。此時，前後時刻電阻值的差值△Rn =Rn-Rn-1<0，即△Rn為負數。而當手指按壓結束後，由溫度或其它變異因素影響，電阻值呈上升趨勢，即前一時刻的電阻值Rn-1小於電阻值Rn，而此時，前後時刻電阻值的差值△Rn=Rn-Rn-1>0，即△Rn為正數。
在本實施例中，在所述步驟Q11之前，還可包括如下步驟：P101，提供一系統並持續對觸控電極進行掃描；及P102，判斷是否偵測到一次觸控的位置信號；若是，則進入步驟Q11，偵測壓力感測電極的電阻值，若否，則進入重複步驟P101。
所述步驟Q11可進一步細分為：步驟Q111，採用惠斯通電橋方式獲取按壓操作的電阻值Rn；步驟Q112，所述電阻值Rn經過放大比較器放大；步驟Q113，經放大後的電阻值Rn經過模數變換器轉換為數字信號；及步驟Q114，將數字信號進行儲存。
在上述步驟Q12中，還可在讀取至少一電阻值Rn之前，判斷電阻值是否滿足連續變小的趨勢，為讀取上述步驟Q114中已儲存的數字信號並依照時間順序比較相鄰前後時刻的電阻值Rn的大小。
相鄰前後時刻電阻值Rn的取值及獲取、記錄所述壓力感測電極(或壓力感測電極塊)的電阻值Rn的時間間距可根據實際 的壓力感測信號檢測及處理的需求進行調節，如取值的時間間距為100ms、150ms、200ms或300ms，在此不做限定。
在上述步驟Q11-Q13中，所述電阻值Rn的獲取、該電阻值Rn對應的△Rn/Rn-1與預設值數據庫的匹配的操作是連續且同時進行的，直至一按壓力計算週期結束時(即手指撤離壓力感測電極時)結束。
上述的步驟Q13中，所述按壓力值Fn中n為正整數。
所述預設值數據庫為根據所述壓力感測電極的受到不同大小的按壓力時對應的電阻值Rn及相鄰前後時間的電阻值變化量△Rn/Rn-1，模擬運算出與所述△Rn/Rn-1相對應的按壓力值Fn，並將所述△Rn/Rn-1及與其對應的按壓力值Fn數據歸整並形成所述預設值數據庫。在一些更優的實施例中，所述預設值數據庫還可根據所述壓力感測層的整體的材料、結構和/或靈敏度的相關條件進行模擬運算，從而獲得針對性更強的預設值數據庫。
在一些實施例中，還可使用通過模擬運算出與所述△Rn/Rn-1相對應的按壓力階△Fn，再根據相鄰前後時刻的按壓力階△Fn計算獲得與所述△Rn/Rn-1相對應的按壓力值Fn，其中，所述按壓力階△Fn與所述按壓力值Fn滿足如下的公式：Fn=Fn-1+△Fn (1)； 其中，按壓力值Fn-1表示為按壓力值Fn的前一個時間對應的按壓力值，其中，n為正整數。
在一些實施例中，所述預設值數據庫還可具有數據校正的功能，在步驟Q13中的數據可進入所述預設值數據庫中，以便於校準的數據可用於後續的△Rn/Rn-1的數據比較、匹配與分析。
此外，為了實現對壓力感測進行更進一步的精准處理與分析，還可對形變所引起的所述壓力感測電極(或壓力感測電極塊)電阻值變化的偵測進一步的細化。
請參閱第3A圖-第3B圖，第3A圖與第3B圖中所示為相同的手指按壓過程。具體地，第3A圖與第3B圖中，A1處與B1處指向的曲線均為在按壓過程中，所述壓力感測電極形變所帶來的電阻值Rn的變化曲線。如第3A圖中所示A2所指向的曲線為採用△Rn/Rn-1的變化曲線，其中：△Rn=Rn-Rn-1(其中，n為正整數)；電阻值Rn表示後一時刻的電阻值，電阻值Rn-1表示前一時刻的電阻值。如第3B圖中所示B2所指向的曲線為值(即所述壓力感測電極在形變過程中，△Rn/Rn-1之和)的變化曲線，其是在第3A圖中所示A2曲線的基礎上對形變過程前後時刻的△Rn/Rn-1進行累加而獲得的曲線，其中： 當△Rn/Rn-1累加的數值為負值或前一時刻Rn-1大於後一時刻Rn時，累加計算開始；當△Rn/Rn-1為負值或前一時刻Rn-1小於後一時刻Rn時，累加計算結束。
其中，第3A圖的A2曲線中I處與Ⅱ處分別表示第一次按壓的形變最大量與第二次按壓的形變最大量；第3B圖的B2曲線中Ⅲ處與Ⅳ處也分別表示第一按壓的形變最大量與第二次按壓的形變最大量。
對比第3A圖與第3B圖中的A2曲線與B2曲線可知，I處所指示點的△Rn/Rn-1約為0.010%，而Ⅲ處所指示點的值則約為0.020%，可見Ⅲ處所對應的值大於I處所對應的值。相同地，Ⅱ處所指示點的△Rn/Rn-1約為0.025%，而Ⅳ處所指示點的值則約為0.040%，可見Ⅳ處所對應的值也大於I處所對應的值。
在對所述壓力感測電極(或壓力感測電極塊)的電阻值變化量進行計算時，採用第2圖中所示累加△Rn/Rn-1的方法，可獲得更大的形變電阻值變化量，從而更有利於形變的識別。
為了利用上述△Rn/Rn-1值的取值方法判斷按壓作用力對所述壓力感測電極(或壓力感測電極塊)作用力的大小，需要進一步設定取值的方式。如可將取值單位時間設定為一固定時間(如100ms/次、200ms/次等)，並將取值的週期設定為固定時間差如300ms、400ms等。
假設一壓力感測電極在一次按壓過程中，將取值的週期設定為300ms時，每次取值的時間間隔為100ms，在這一次按壓過程中，所述壓力感測電極的電阻值-時間變化表可如表3中所示：
表3是一次按壓過程中所述壓力感測電極的電阻值-時間變化表。
如表3中所示，當檢測時間在200ms-300ms之間時，所述壓力感測電極的電阻值Rn出現了下降，取連續下降的Rn進行計算，求得與檢測時間所對應的△Rn/Rn-1。
具體地，判斷當△Rn/Rn-1出現負值時開始累加，至△Rn/Rn-1出現正值時停止累加，從而可獲得形變最大量為-0.018%(即值為(-0.005%)+(-0.013%)=-0.018%)。而假設以300ms為固定間隔時間以取額定時間內多個電阻值Rn並計算獲得的對應的△Rn/Rn-1，則在該計算中會出現將前後兩個正值(如需要加入檢測時間為200ms時對應的△Rn/Rn-1=0.000%或加入檢測時間為500ms時對應的△Rn/Rn-1=0.010%)計算在內的情況，而使最終計算獲得的值偏大，不利於甄別實際按壓形變的最大量。
可見，在如表3中所示的按壓過程中，實際按壓中產生的所述壓力感測電極的形變過程與設定的300ms的週期不對應。而在實際應用中，由於手指按壓的速度、力度無法保持一致，因此， 採用固定時間值進行電阻值Rn的取值無法準確反映手指按壓的過程及其按壓作用力的變化。
為了可以對有效的按壓手勢進行辨別和進一步的分析，在本揭示文件中採用手指按壓所述壓力感測電極後形變過程前後時刻對電阻值Rn進行取值，這樣的取值方式可以準確反映按壓作用力對所述壓力感測電極(或壓力感測電極塊)的電阻值的變化量，即以檢測到手指觸摸所述壓力感測電極上的面板的信號為取值開始，以不再檢測到手指觸摸信號為結束。
具體請參閱第4圖，本揭示文件第二實施例提供了一種壓力感測方法S10，提供一壓力感測電極，所述壓力感測S10可進一步包括如下步驟：
S101，對觸控電極進行掃描；
S102，判斷是否偵測到觸控的位置信號，若是，則進入步驟S103，若否，則重複步驟S101；
S103，獲取並儲存前後時刻的電阻值Rn-1、Rn、Rn+1；
S104，判斷步驟S103獲取的電阻值是否滿足Rn-1>Rn>Rn+1(即電阻值Rn連續變小)，若是，則進入下一步驟S105，若否，則返回步驟S103。
S105，讀取前後時刻電阻值Rn-1、Rn、Rn+1並計算獲得相鄰前後電阻值的差值△Rn、△Rn+1；
S106，計算獲得△Rn/Rn-1與△Rn+1/Rn；
S107，判斷△Rn/Rn-1與是否小於預設值ka；若是，則進入下一步驟S108，若否，則返回步驟S103取下時刻電阻值；
S108，儲存並累加△Rn/Rn-1，獲得△Rn/Rn-1之和；
S109，判斷△Rn+1/Rn是否大於預設值kb；若是，則進入下一步驟S110，若否，則返回步驟S103取下一時刻電阻值；
S110，結束累加計算，並輸出△Rn/Rn-1之和；及
S111，根據△Rn/Rn-1之和與至少一預設數據庫進行匹配，獲得與△Rn/Rn-1之和對應的按壓力值Fn。
在上述步驟S101-S110中，n為正整數。
本實施例中，上述取值前後時刻的電阻值Rn-1、Rn、Rn+1，其可表示在一次按壓過程中，取所述壓力感測電極的連續的前後時刻電阻值，如可為R0、R1、R2，也可為R10、R11、R12等，對連續的前後時刻的電阻值取值僅為示例，在此不做為限定。
在本揭示文件另外的實施例中，上述步驟中前後時刻的電阻值Rn-1、Rn、Rn+1還可表示為Rm......Rn-1、Rn(m為正整數)，取值的數量與前後時刻的選定並不局限於前後時刻，如可取所述壓力感測電極在受壓後形變開始時刻與結束時刻的電阻值Rn，也可取值在所述壓力感測電極形變過程中的任意幾個時刻對應的電阻值Rn。以上取值的範圍僅為示例，在此不受限制。
所述的前後時刻電阻值差值表示為以單位時間為間隔時間求得前後時刻的電阻值差值，如電阻值差值△Rn、△Rn+1等，可為相鄰前後時刻電阻值，也可為不相鄰的前後時刻的電阻值。
在上述步驟S105、步驟S106及步驟S107中，所述△Rn/Rn-1的含義及其為正或負的解釋如前所述，在此不再贅述。在上述步驟S105、步驟S106與步驟8108中，所述△Rn+1/Rn表示為後一時刻電阻值Rn+1減去前一時刻電阻值Rn的差值△Rn+1與前一時刻電阻值Rn的比值。由上可知，所述△Rn+1/Rn的如為正，相鄰前一時刻電阻值小於後一時刻電阻值。所述△Rn+1/Rn的如為負，則反之。
而當所述△Rn/Rn-1與所述△Rn+1/Rn為一正一負時，則表示前後時刻電阻值的變化出現拐點，即如第1圖中所示的手指按壓所述壓力感測電極後電阻值的變化曲線圖中C2段與C3段的交界處。此時，如△Rn+1/Rn大於預設值kb，則終止步驟S107的累加勻速，如△Rn+1/Rn小於預設值kb，則繼續取值下一數值，並運行至步驟S107進行累加。
所述預設值ka、預設值kb均為通過系統在設定不同變異因素條件下而模擬運算獲得的。所述預設值ka表示為模擬運算獲得的手指按壓後所產生的電阻值變化可被偵測到的最大的量，所述預設斜率值ka為小於零；所述預設值kb表示為引起電阻值差異的因素影響壓力感測電極檢測獲得的電阻值變化可被偵測到的最小的量，所述預設斜率值kb為大於零。
在一些實施例中，前述引起電阻值差異的因素可為但不受限於按壓物體與壓力感測電極的溫差、檢測系統自身靈敏度原因引起的波動帶來的斜率正峰值、負峰值以及快速按壓引起感測電極反彈帶來的斜率異動等；在實際應用中，所述預設值ka與所述預 設值kb可根據實際壓力感測模組的整體(包括材料、結構、靈敏度等變異因素)進行調整。
在本揭示文件另外的實施例中，由於手指施力方式的不同，其對應的壓力感測信號也不相同，因此其具體壓力感測信號偵測的步驟可根據具體的按壓情況進行調整。
在本揭示文件中，所述電阻值Rn-1、電阻值Rn、電阻值Rn+1的獲取、計算與匹配等操作均是連續且同時進行的，直至一按壓力計算週期結束時結束。
在本揭示文件另外的實施例中，所述壓力感測方法除了可以用於一次按壓操作的按壓力值Fn偵測外，還可用於多次按壓操作、單次多階按壓操作的按壓力值Fn偵測中。具體地，由於所述壓力感測方法可根據所述壓力感測電極在受到按壓作用力後的形變過程的進行取值，而非採用固定時間取值運算，因此，所述壓力感測方法可適用於不同按壓操作類型。
為了更好地對壓力感測信號進行相關的處理，本揭示文件中還可進一步對壓力感測系統進一步的限定。
請參閱第5圖，本揭示文件第三實施例提供了一種壓力感測系統30，其包括複數個壓力感測電極及與所述壓力感測電極連接的一電阻檢測模組31、一與電阻檢測模組31連接的儲存模組32、一與儲存模組32連接的運算模組33及一與運算模組33連接的比較模組34。
其中，所述壓力感測電極，用於偵測按壓力值。
所述電阻檢測模組31，用於獲取所述壓力感測電極的電阻值Rn。
所述儲存模組32，用於將所述電阻檢測模組31檢測獲得的電阻值Rn進行儲存。
所述運算模組33，用於對所述儲存模組32中儲存的電阻值Rn進行計算，並計算獲得前後時刻電阻值的差值△Rn及至少一△Rn/Rn-1；及 所述比較模組34，用於將由所述運算模組33運算獲得的至少一△Rn/Rn-1與預設數據庫中對應的按壓力值Fn相匹配，並輸出相應的按壓力值Fn； 其中，Rn-1表示為電阻值Rn前一時刻的電阻值，n為正整數。所述壓力感測系統30中運算式及其相關的參數限定與本揭示文件第一實施例中相同，在此不再贅述。
在所述運算模組33中包括至少一求商運算模組，該求商運算模組用於計算前後時刻電阻值的差值△Rn與前一時刻電阻值Rn-1的比值，獲得△Rn/Rn-1。
在所述比較模組34中儲存包括至少一預設數據庫，所述預設數據庫中為通過採用某一特定的材料及結構的壓力感測電極模擬受到按壓作用後的電阻值變化量進行運算而獲得的按壓力值Fn大小與△Rn/Rn-1大小和/或值大小的關係表。
請參閱第6圖，本揭示文件第四實施例提供了一種壓力感測系統40，其包括複數個壓力感測電極及與所述壓力感測電極連接的一電阻檢測模組41、一與電阻檢測模組41連接的儲存模組42、一與儲存模組42連接的運算模組43及一與運算模組43連接的比較模組44，所述壓力感測系統40還包括一主板通訊模組45連接於比較模組44。
所述電阻檢測模組41，用於獲取所述壓力感測電極的電阻值Rn。
所述儲存模組42，用於將所述電阻檢測模組41檢測獲得的電阻值Rn進行儲存；所述運算模組43，用於對所述儲存模組42中儲存的電阻值Rn進行計算，並計算獲得前後時刻電阻值的差值△Rn及至少一△Rn/Rn-1後，對多個△Rn/Rn-1進行求和運算，獲得△Rn/Rn-1之和；及所述比較模組44，用於將由所述運算模組43運算獲得的△Rn/Rn-1之和與預設數據庫中對應的按壓力值Fn相匹配，並輸出相應的按壓力值Fn。
所述壓力感測系統40中運算式及其相關的參數限定與本揭示文件第三實施例中相同，在此不再贅述。
更進一步地，所述電阻檢測模組41具體包括至少一惠斯通電橋電路411、至少一放大器413及至少一ADC模數變換器414。
所述惠斯通電橋電路411，用於檢測所述壓力感測電極的電阻值，並發出電阻值信號；所述放大器413，用於放大所述惠斯通電橋電路411所獲得的電阻值信號；及所述模數變換器414，用於將電阻值信號轉換為數字信號。
採用所述惠斯通電橋電路411取得待測的所述壓力感測電極的電阻值Rn，所取得的電阻值Rn信號經過所述放大器413放大後，進入所述ADC模數變換器，將電阻值信號轉換為數字信號後，再傳送至所述儲存模組42。
所述放大器413進一步包括一放大倍數控制可調電阻412，用於調節所述放大器413的放大倍數。
在另外的實施例中，所述電阻檢測模組41中還可採用其它分壓方式取代所述惠斯通電橋電路411，以實現對所述壓力感測電極電阻值的偵測。
所述運算模組43包括至少一求商運算模組431及至少一求和運算模組432，由所述儲存模組42中獲取的數據由所述求商運算模組431調取並進行前後時刻電阻值的差值△Rn與前一時刻電阻值Rn-1進行求商運算獲得△Rn/Rn-1，所述求商運算模組431運算獲得的數據傳送至所述求和運算模組342中將進行求和運算，即將△Rn/Rn-1進行累加，獲得值；其中，n為正整數。所述 求和運算模組342求和運算僅在△Rn/Rn-1小於預設值ka時累加，而在△Rn+1/Rn大於預設值kb時終止累加並輸出最終出值。
所述比較模組34輸出相應的按壓力值Fn至主板通訊35中。
在本揭示文件另外的實施例中，所述壓力感測系統可適用於不同的具有壓力感測功能的裝置中，且可適用於各種按壓操作模式。
在本揭示文件一些較優的實施例中，採取本揭示文件中所述的電阻值-增量的計算方式，起始值可以是不固定的，如此的按壓力偵測方式可以將制程的電阻值變異和環境造成的電阻值變化忽略。
本領域技術人員可以明確得知的是，本揭示文件中雖然僅測量和計算與電阻值Rn相關的數據，但在實際電路處理中，並不單純只針對電阻值進行測量、取值、求導與累加計算，其在實際測量及計算過程中，可依照一定的對應關係實時對電流信號或電壓信號進行測量與計算而判斷電阻值變化情況，即本揭示文件中關於電阻值情況的測量、記錄、計算同樣適用於對電流、電壓信號的測量、記錄、計算。
本揭示文件所提供的壓力感測方法及其系統具有如下的優點：
(1)本揭示文件所提供的壓力感測方法，可實現對手指等按壓作用所產生的電阻值Rn變化進行計算，並根據△Rn/Rn-1與預設數據庫進行匹配，從而獲得與△Rn/Rn-1對應的按壓力值Fn。採用本揭示文件中所述的壓力感測方法，可以有效降低變異因素及以固定時間進行取值運算方法所產生的噪聲信號，從而精准選擇相應的按壓力值Fn，提高按壓力偵測的準確度。
(2)本揭示文件所提供的壓力感測方法中，還包括在獲取相關電阻值Rn前，對觸控電極進行掃描並判斷是否可偵測到位置信號，可實現以偵測位置信號為觸發所述壓力感測方法的觸發信號，從而實現對按壓力所產生的電阻值變化程度及其對應信號的高靈敏度及精准度的獲取。
(3)本揭示文件所提供的壓力感測方法及壓力感測系統50中，採用惠斯通電橋電路對所述壓力感測電極的電阻值進行偵測，且同時配置了放大器與模數變換器，從而可實現對所述壓力感測電極的電阻值變化量進行準確的偵測及保證電阻值變化信號在傳遞過程中保真。
(4)本揭示文件所提供的壓力感測方法，包括對電阻值Rn取值的條件限制，即當電阻值Rn為連續變小趨勢時，才會從電阻值Rn的儲存模組中調取數據，並進行計算獲得前後時刻電阻值的差值△Rn及△Rn/Rn-1。上述方式可有效對按壓作用力為電阻值主要影響因素時的電阻值Rn進行取值，從而提高運算的效率及準確度，減少能耗。
(5)本揭示文件所提供的壓力感測方法中，還通過模擬運算設立預設值ka與預設值kb，用於更進一步對有效數據進行篩選，從而準確獲得手指按壓所對應的區域及其按壓所產生的電阻值的變化量。
(6)本揭示文件所提供的壓力感測方法中，對在形變過程前後時間所獲取且符合預設值ka條件的△Rn/Rn-1進行累加，獲得△Rn/Rn-1之和，可使按壓力對所述壓力感測電極的電阻值變化量最大化，不僅可以提高偵測的靈敏度還可便於電阻值信號偵測與獲得按壓力對所述壓力感測電極的電阻值變化量的最大負值，在將△Rn/Rn-1之和與預設數據庫進行匹配時，可更精准地獲得對應的按壓力值Fn。
(7)本揭示文件所提供的壓力感測系統30中，包括電阻檢測模組31、儲存模組32、運算模組33及比較模組34，其中，運算模組33進一步包括求商運算模組331與求和運算模組332，使壓力感測更有效精准檢測及處理。
(8)本揭示文件所提供的壓力感測方法及其系統，可適用於含有壓力感測功能的裝置及設備中，使該裝置及設備具有較好的壓力感測靈敏度，可精准獲得形變的電阻值的最大量。且本揭示文件中可僅採用單層壓力感測電極層即可實現降低變異因素的影響而判斷按壓力的大小，節省材料、工藝，提高良率，且更符合壓力感測電極薄型化趨勢。
以上所述僅為本揭示文件的較佳實施例而已，並不用以限制本揭示文件，凡在本揭示文件的原則之內所作的任何修改，等同替換和改進等均應包含本揭示文件的保護範圍之內。
Q10‧‧‧壓力感測方法
Q11~Q13‧‧‧步驟

Claims (14)

  1. 一種壓力感測方法，用以提供一壓力感測電極，其具有一初始電阻值R0，該壓力感測方法包含以下步驟：Q11，依序獲取並儲存不同的掃描時刻的複數個電阻值；Q12，讀取儲存的該些電阻值其中第n-1個掃描時刻的電阻值Rn-1以及第n個掃描時刻的電阻值Rn，並計算一前後時刻電阻差值△Rn，並獲得一電阻變化率△Rn/Rn-1，其中n為正整數；及Q13，根據該電阻變化率△Rn/Rn-1與至少一預設值數據庫進行匹配，獲得與該電阻變化率△Rn/Rn-1對應的一按壓力值Fn。
  2. 如請求項1所述之壓力感測方法，其中在步驟Q11之前，該壓力感測方法更包含以下步驟：P101，對觸控電極進行掃描；及P102，判斷是否偵測到一次觸控的位置信號；若是，則進入步驟Q11，偵測該壓力感測電極的電阻值，若否，則進入重複步驟P101。
  3. 如請求項1所述之壓力感測方法，其中步驟Q11更包含以下步驟：Q111，採用惠斯通電橋方式獲取按壓操作的該些電阻值；Q112，不同的掃描時刻的該些電阻值經過放大比較器放大；Q113，經放大後的該些電阻值經過模數變換器轉換為一數字信號；及Q114，將該數字信號進行儲存。
  4. 如請求項1所述之壓力感測方法，其中在步驟Q11與步驟Q12之間，更包含以下步驟：即對步驟Q11中所獲取的不同的掃描時刻的該些電阻值是否為連續變小進行判斷，若是，則進入步驟Q12，若否，則返回步驟Q11。
  5. 一種壓力感測方法，用以提供一壓力感測電極，其具有一初始電阻值R0，該壓力感測方法包含以下步驟：S11，獲取並儲存至少一電阻值Rn；S12，讀取儲存的該至少一電阻值Rn，計算一前後時刻電阻差值△Rn，根據該前後時刻電阻差值△Rn及該電阻值Rn前一時刻的另一電阻值Rn-1獲得至少一電阻變化率△Rn/Rn-1後，對該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1進行求和運算得該至少一電阻變化率之和；及S13，根據該至少一電阻變化率之和與至少一預設值數據庫進行匹配，獲得與該至少一電阻變化率之和對應的一按壓力值Fn。
  6. 如請求項5所述之壓力感測方法，其中在對該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1進行求和運算之前，該壓力感測方法更包含判斷該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1是否小於預設值ka；若是，則對所獲取的該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1進行求和運算，若否，則返回步驟Q11並取下一時刻的另一電阻值Rn+1，其中，預設值ka<0。
  7. 如請求項5所述之壓力感測方法，其中在對該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1進行求和運算的過程中，還包括判斷另一電阻變化率△Rn+1/Rn是否大於預設值kb，其中該另一電阻變化率△Rn+1/Rn是根據另一前後時刻電阻差值△Rn+1及該至少一電阻值 Rn計算而得；若是，則終止對該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1的求和運算，若否，則返回步驟Q11並取下一時刻的另一電阻值Rn+1，其中，預設值kb>0。
  8. 一種壓力感測系統，用以提供複數個壓力感測電極，其具有一初始電阻值R0，該壓力感測系統包含：一電阻檢測模組，用於獲取該些壓力感測電極的複數個電阻值；一儲存模組，用於將該電阻檢測模組檢測獲得的該些電阻值進行儲存；一運算模組，用於對該儲存模組中儲存的該些電阻值進行計算，根據第n-1個掃描時刻的一電阻值Rn-1以及第n個掃描時刻的另一電阻值Rn並計算獲得一前後時刻電阻差值△Rn及至少一電阻變化率△Rn/Rn-1；及一比較模組，用於將由該運算模組運算獲得的該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1與一預設數據庫中對應的一按壓力值Fn相匹配，並輸出相應的該按壓力值Fn，其中，n為正整數。
  9. 一種壓力感測系統，用以提供複數個壓力感測電極，其具有一初始電阻值R0，該壓力感測系統包含：一電阻檢測模組，用於獲取該些壓力感測電極的複數個電阻值；一儲存模組，用於將該電阻檢測模組檢測獲得的該些電阻值進行儲存；一運算模組，用於對所述儲存模組中儲存的該些電阻值進行計算，根據第n-1個掃描時刻的一電阻值Rn-1以及第n個掃描時刻的另一電阻值Rn並計算獲得一前後時刻電阻差值△Rn及至少一電阻 變化率△Rn/Rn-1後，對該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1進行求和運算，獲得該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1之和；及一比較模組，用於將由所述運算模組運算獲得的該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1之和與預設數據庫中對應的一按壓力值Fn相匹配，並輸出相應的該按壓力值Fn，其中，n為正整數。
  10. 如請求項9所述之壓力感測系統，其中該運算模組更包含至少一求和運算模組，該至少一求和運算模組，用於將該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1進行累加獲得該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1之和。
  11. 如請求項10所述之壓力感測系統，其中，當在該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1小於預設值ka時，該至少一求和運算模組進行求和計算。
  12. 如請求項10所述之壓力感測系統，其中當另一電阻變化率△Rn+1/Rn大於預設值kb時，該至少一求和運算模組終止求和計算並輸出該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1之和；其中，該另一電阻變化率當中的一電阻值Rn+1為第n+1掃描時刻的電阻值。
  13. 如請求項9-12任一項中所述之壓力感測系統，該運算模組包含至少一求商運算模組，該至少一求商運算模組，用於計算該前後時刻電阻差值△Rn與前一時刻之該電阻值Rn-1的比值，獲得該至少一電阻變化率△Rn/Rn-1。
  14. 如請求項13所述之壓力感測系統，其中該電阻檢測模組更包含依次連接的至少一惠斯通電橋電路、至少一放大器及至少一模數變換器；該至少一惠斯通電橋電路，用於檢測所述壓力感測電極的電阻值，並發出至少一電阻值信號；該至少一放大器，用於放大該至少一惠斯通電橋電路所獲得的該至少一電阻值信號；及該至少一模數變化器，用於將該至少一電阻值信號轉換為至少一數字信號。
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