TWM448854U - 自學習校正觸摸按鍵電路 - Google Patents

Description

自學習校正觸摸按鍵電路

　　本創作是有關於一種觸摸按鍵電路，且特別是有關於一種自學習校正觸摸按鍵電路。

    目前的觸摸按鍵電路，以電容感應式觸摸按鍵電路為例，其設計原理如下：兩個相鄰的金屬導體間會產生電容，在按鍵位置採用印刷電路板（Printed Circuit Board，PCB）上的銅箔做成按鍵形狀的感應片，就形成一個電容性的開關。當導電元件接入（譬如手指觸摸）會使電容性開關上感應片所產生的感應電容發生改變，此時電容值會比導電元件未接入時的電容值要大。通過對感應電容持續充放電和檢測充電電壓的改變，即檢測感應電容的變化，進而判斷是否有導電元件的接入，即是否有手指觸摸按鍵。

    其判斷是否有手指觸摸按鍵的方法如下：預設置一個按鍵閾值⊿n，該預設按鍵閾值⊿n為在有手指觸摸時檢測到的感應電容大小所對應的觸摸感應資料n2減去在沒有手指觸摸時檢測到的感應電容大小所對應的初始感應資料n1的差值，即⊿n=n2-n1。當有手指觸摸按鍵時，當下檢測到的觸摸感應資料n2’減去初始感應資料n1的差值⊿k，即⊿k=n2’-n1，若⊿k大於⊿n，則認為是有效的觸摸按鍵動作，若⊿k小於⊿n，則認為是無效的觸摸按鍵動作，判定檢測到的資料是由雜訊引起，不做處理。

　　但是，由於導電元件（譬如手指觸摸）每次觸摸到按鍵位置時，每次導電元件與感應片的作用面積都不一樣，尤其每個用戶手指大小、使用習慣不一樣，造成感應電容的變化也都不一樣，因而預設按鍵閾值⊿n並不適用於每個用戶，導致常出現按鍵不靈敏或者過靈敏。

　　本創作的目的在提出一種自學習校正觸摸按鍵電路，可解決用戶在觸摸按鍵時出現按鍵不靈敏或者過靈敏困擾。

　　本創作提出一種自學習校正觸摸按鍵電路，包括觸摸電路模組、控制模組及處理模組，處理模組電連接於觸摸電路模組及控制模組之間。處理模組檢測觸摸電路模組中每個按鍵位置感應的信號，且將感應的信號量化成數位的觸摸感應資料而與處理模組中暫存的由控制模組所發送的按鍵閾值進行比較來判斷是否有按鍵被觸摸，並在判斷有按鍵被觸摸時將判斷結果發送給控制模組來處理對應的按鍵動作。在用戶開啟校正功能時，控制模組發送校正命令及最小按鍵閾值給處理模組，處理模組將最小按鍵閾值暫存並開始進行按鍵閾值的校正以產生最佳按鍵閾值，再將校正後的最佳按鍵閾值暫存於處理模組中同時發送給控制模組記錄保存為歷史用戶及其最佳按鍵閾值。

　　在本創作一實施例中，在用戶未開啟校正功能且未選擇歷史用戶記錄時，控制模組發送預設按鍵閾值給處理模組，處理模組將預設按鍵閾值暫存而與觸摸感應資料進行比較來判斷是否有按鍵被觸摸，並在判斷有按鍵被觸摸時將判斷結果發送給控制模組來處理對應的按鍵動作。在用戶未開啟校正功能但選擇歷史用戶記錄時，控制模組發送歷史用戶的最佳按鍵閾值給處理模組，處理模組將最佳按鍵閾值暫存而與觸摸感應資料進行比較來判斷是否有按鍵被觸摸，並在判斷有按鍵被觸摸時將判斷結果發送給控制模組來處理對應的按鍵動作。

　　在本創作一實施例中，控制模組包括選單控制校正模組及按鍵動作處理模組。選單控制校正模組提供一功能控制視覺化介面供用戶開啟校正功能，並記錄用戶名稱及校正後的最佳按鍵閾值，還提供另一功能控制視覺化介面供用戶從已記錄的歷史用戶中選擇一歷史用戶以直接取得該歷史用戶的最佳按鍵閾值。按鍵動作處理模組在處理模組判斷有按鍵被觸摸時將判斷結果發送給控制模組來處理對應的按鍵動作。

　　在本創作一實施例中，處理模組包括比較器、脈寬調變（Pulse-Width Modulation，PWM）單元、計時器（timer）及處理與判定單元。比較器檢測觸摸電路模組中每個按鍵位置感應的信號以輸出對應的檢測信號。PWM單元接收檢測信號的觸發輸入，在PWM預設的統計週期內保持輸出致能信號，而在統計週期外保持輸出禁能信號。計時器在接收到禁能信號時被禁能，而在接收到致能信號時被致能而進行計數並輸出對應觸摸感應資料的計數值。處理與判定單元將對應觸摸感應資料的計數值與處理模組中暫存的按鍵閾值進行比較來判斷是否有按鍵被觸摸，並在判斷有按鍵被觸摸時將判斷結果發送給控制模組來處理對應的按鍵動作。

　　在本創作一實施例中，觸摸電路模組由電容感應式觸摸電路模組所實現，每個按鍵位置感應的信號為按鍵位置對應的被持續充放電的感應電容上的電壓信號。控制模組由微控制器（MicroController Unit，MCU）所實現。處理模組由可程式化系統單晶片（Programmable System on Chip，PSoC）所實現。處理模組及控制模組通過內部整合電路（Inter-Integrated Circuit，I2C）匯流排電連接。

　　本創作因通過在觸摸按鍵電路上增設處理模組，使觸摸按鍵電路可通過多次學習後，校正出適合不同習慣用戶的一個最佳按鍵閾值，提高觸摸按鍵靈敏度，且還提供功能控制視覺化介面供用戶選擇校正功能並記錄已校正過的用戶名稱及其最佳按鍵閾值，便於當同一觸摸按鍵電路多人使用時，每人只需校正一次，下次使用時可直接選擇記錄的歷史用戶名稱，提高觸摸按鍵電路的智慧化。

    為讓本創作之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

　　請參見圖1，圖1為根據本創作一實施例所繪示之自學習校正觸摸按鍵電路之電路方塊圖。自學習校正觸摸按鍵電路可應用於所有帶觸摸按鍵的設備，如液晶顯示裝置、手機設備及一體機等。自學習校正觸摸按鍵電路包括觸摸電路模組1、控制模組2及處理模組3，其中，處理模組3電連接於觸摸電路模組1及控制模組2之間。觸摸電路模組1例如是由電容感應式觸摸電路模組所實現，其在按鍵位置採用PCB上的銅箔做成按鍵形狀的感應片11，就形成一個電容性的開關。當導電元件4接入（譬如手指觸摸）會使電容性開關上感應片11所產生的感應電容12發生改變，此時電容值會比導電元件4未接入時的電容值要大。通過電流源13（譬如由電壓源VCC及電阻R所組成）對感應電容12持續充放電，並由處理模組3檢測被充放電的感應電容12的電壓變化，即檢測感應電容12的變化，進而判斷是否有導電元件4的接入，即是否有手指觸摸按鍵。

　　控制模組2例如是由MCU所實現。控制模組2包括選單控制校正模組21及按鍵動作處理模組22。選單控制校正模組21提供一個功能控制視覺化介面，供用戶開啟校正功能，並記錄用戶名稱及校正後的最佳按鍵閾值。選單控制校正模組21還提供另一個功能控制視覺化介面，供用戶從已記錄的歷史用戶中選擇一個歷史用戶，即可直接取得該歷史用戶的最佳按鍵閾值。如果用戶開啟校正功能，選單控制校正模組21發送校正命令及最小按鍵閾值⊿m給處理模組3；如果用戶未開啟校正功能且未選擇歷史用戶記錄，選單控制校正模組21則發送預設按鍵閾值⊿n給處理模組3；如果用戶未開啟校正功能，但選擇歷史用戶記錄，則選單控制校正模組21發送歷史用戶的最佳按鍵閾值⊿p給處理模組3。按鍵動作處理模組22在處理模組3判斷有按鍵按下時，處理對應的按鍵動作。

　　處理模組3例如是由賽普拉斯（Cypress）公司開發的PSoC所實現，而處理模組3及控制模組2例如是通過I2C匯流排電連接。處理模組3接收並檢測觸摸電路模組1中每個按鍵位置對應的被持續充放電的感應電容12上的電壓信號，再將電壓信號量化成數位的觸摸感應資料而與處理模組3中暫存的由選單控制校正模組21所發送的按鍵閾值進行比較來判斷是否有按鍵被觸摸，並在判斷有按鍵被觸摸時將判斷結果發送給按鍵動作處理模組22來處理對應的按鍵動作。在用戶未開啟校正功能時，選單控制校正模組21發送預設按鍵閾值⊿n或歷史用戶的最佳按鍵閾值⊿p給處理模組3，處理模組3將預設按鍵閾值⊿n或歷史用戶的最佳按鍵閾值⊿p暫存而與觸摸感應資料進行比較來判斷是否有按鍵被觸摸，並在判斷有按鍵被觸摸時將判斷結果發送給按鍵動作處理模組22來處理對應的按鍵動作。在用戶開啟校正功能時，選單控制校正模組21發送校正命令及最小按鍵閾值⊿m給處理模組3，處理模組3將最小按鍵閾值⊿m暫存並開始進行按鍵閾值的校正，譬如對多次觸摸產生的觸摸感應資料取平均值後再減去初始感應資料以產生最佳按鍵閾值⊿p，再將校正後的最佳按鍵閾值⊿p暫存於處理模組3中同時發送給控制模組2記錄保存為歷史用戶及其最佳按鍵閾值⊿p。

　　在一實施例中，請參見圖2，處理模組3包括比較器31、PWM單元32、計時器33及處理與判定單元34。比較器31接收並檢測觸摸電路模組1中被持續充放電的感應電容12上的電壓信號V(t)以輸出對應的檢測信號Fosc，該檢測信號Fosc因感應電容12被持續充放電而波形近似於鋸齒波。PWM單元32接收檢測信號Fosc的觸發輸入，在PWM單元32預設的統計週期（譬如取檢測信號Fosc的10個週期做為統計週期）內保持輸出譬如為高電平的致能信號En以致能計時器33，而在統計週期外保持輸出譬如為低電平的禁能信號以禁能計時器33。

　　計時器33接收系統時脈Fsysclk做為計數的基準，在PWM單元32的統計週期內被致能而進行計數並輸出計數值n，該計數值n即在統計週期之期間所檢測到系統時脈Fsysclk週期個數，故計數值n對應到統計週期的時間長度。以統計週期為檢測信號Fosc的10個週期為例，計數值n即對應到檢測信號Fosc的10個週期的時間長度。在電流源13提供固定的充電電流的情況下，在有手指觸摸按鍵時，感應電容12變大，對感應電容12充電並導致其電壓升高到指定閾值的時間變長，即檢測信號Fosc的週期變長，所以在同樣統計個數的統計週期（譬如為檢測信號Fosc的10個週期）內，計時器33檢測到系統時脈Fsysclk週期個數n會增多，故計數值n間接代表了當前感應電容12的大小。

　　舉例來說，先定義：初始感應資料n1，其為在沒有手指觸摸時，由計時器33檢測到的感應電容12大小所對應的計數值n1；觸摸感應資料n2，其為在有手指觸摸時，由計時器33檢測到的感應電容12大小所對應的計數值n2；預設按鍵閾值⊿n，其為觸摸感應資料n2減去初始感應資料n1的差值，即⊿n=n2-n1。

　　如果控制模組2判斷用戶未開啟校正功能且未選擇歷史用戶記錄，則發送預設按鍵閾值⊿n給處理模組3的閾值暫存器（圖中未繪示）。當有手指觸摸按鍵時，處理模組3的處理與判定單元34計算出當下檢測到的觸摸感應資料n2’減去初始感應資料n1的差值⊿k（下稱觸摸值），即⊿k=n2’-n1，並將當下檢測到的觸摸值⊿k與閾值暫存器儲存的預設按鍵閾值⊿n做比較，若⊿k大於⊿n，則認為是有效的觸摸按鍵動作，發送判定結果給控制模組2以處理對應的按鍵動作；若⊿k小於⊿n，則認為是無效的觸摸按鍵動作，判定檢測到的資料是由雜訊引起，不做處理。

　　如果控制模組2判斷用戶未開啟校正功能，但選擇歷史用戶記錄，則發送歷史用戶的最佳按鍵閾值⊿p給處理模組3的閾值暫存器。當有手指觸摸按鍵時，處理模組3的處理與判定單元34計算出當下檢測到的觸摸值⊿k並與閾值暫存器儲存的最佳按鍵閾值⊿p做比較，若⊿k大於⊿p，則認為是有效的觸摸按鍵動作，發送判定結果給控制模組2以處理對應的按鍵動作；若⊿k小於⊿p，則認為是無效的觸摸按鍵動作，判定檢測到的資料是由雜訊引起，不做處理。

　　如果控制模組2判斷用戶開啟校正功能，則發送最小按鍵閾值⊿m給處理模組3的閾值暫存器。當有手指觸摸按鍵時，處理模組3的處理與判定單元34計算出當下檢測到的觸摸值⊿k，直到已獲取x次有手指觸摸按鍵時所檢測到的觸摸值⊿k後，將所有的觸摸值⊿k[1]、⊿k[2]、…、⊿k[x]取平均值後再減去初始感應資料n1以做為最佳按鍵閾值⊿p，即⊿p={⊿k[1]+⊿k[2]+…+⊿k[x]}/x-n1，並將校正後的最佳按鍵閾值⊿p儲存到閾值暫存器，同時發送給控制模組2記錄保存。此後，當有手指觸摸按鍵時，處理模組3的處理與判定單元34計算出當下檢測到的觸摸值⊿k並與閾值暫存器儲存的最佳按鍵閾值⊿p做比較，若⊿k大於⊿p，則認為是有效的觸摸按鍵動作，發送判定結果給控制模組2以處理對應的按鍵動作；若⊿k小於⊿p，則認為是無效的觸摸按鍵動作，判定檢測到的資料是由雜訊引起，不做處理。

　　雖然本創作已以較佳實施例揭露如上，然其並非用於限定本創作，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧觸摸電路模組
11‧‧‧感應片

12‧‧‧感應電容
13‧‧‧電流源

2‧‧‧控制模組
21‧‧‧選單控制校正模組

22‧‧‧按鍵動作處理模組
3‧‧‧處理模組

31‧‧‧比較器
32‧‧‧PWM單元

33‧‧‧計時器
34‧‧‧處理與判定單元

4‧‧‧導電元件
R‧‧‧電阻

VCC‧‧‧電壓源
V(t)‧‧‧電壓信號

Fosc‧‧‧檢測信號
En‧‧‧致能信號

Fsysclk‧‧‧系統時脈
n‧‧‧計數值

圖1為根據本創作一實施例所繪示之自學習校正觸摸按鍵電路之電路方塊圖。

圖2為根據本創作一實施例所繪示之自學習校正觸摸按鍵電路的處理模組之電路方塊圖。

1‧‧‧觸模電路模組

11‧‧‧感應片

12‧‧‧感應電容

13‧‧‧電流源

2‧‧‧控制模組

21‧‧‧選單控制校正模組

22‧‧‧按鍵動作處理模組

3‧‧‧處理模組

4‧‧‧導電元件

R‧‧‧電阻

VCC‧‧‧電壓源

Claims (9)

1. 一種自學習校正觸摸按鍵電路，包括一觸摸電路模組、一控制模組及一處理模組，該處理模組電連接於該觸摸電路模組及該控制模組之間，該處理模組檢測該觸摸電路模組中每個按鍵位置感應的信號，且將感應的信號量化成數位的觸摸感應資料而與該處理模組中暫存的由該控制模組所發送的按鍵閾值進行比較來判斷是否有按鍵被觸摸，並在判斷有按鍵被觸摸時將判斷結果發送給該控制模組來處理對應的按鍵動作，在用戶開啟校正功能時，該控制模組發送校正命令及最小按鍵閾值給該處理模組，該處理模組將最小按鍵閾值暫存並開始進行按鍵閾值的校正以產生最佳按鍵閾值，再將校正後的最佳按鍵閾值暫存於該處理模組中同時發送給該控制模組記錄保存為歷史用戶及其最佳按鍵閾值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自學習校正觸摸按鍵電路，其中，在用戶未開啟校正功能且未選擇歷史用戶記錄時，該控制模組發送預設按鍵閾值給該處理模組，該處理模組將預設按鍵閾值暫存而與觸摸感應資料進行比較來判斷是否有按鍵被觸摸，並在判斷有按鍵被觸摸時將判斷結果發送給該控制模組來處理對應的按鍵動作。
3. 如申請專利範圍第1項所述之自學習校正觸摸按鍵電路，其中，在用戶未開啟校正功能但選擇歷史用戶記錄時，該控制模組發送歷史用戶的最佳按鍵閾值給該處理模組，該處理模組將最佳按鍵閾值暫存而與觸摸感應資料進行比較來判斷是否有按鍵被觸摸，並在判斷有按鍵被觸摸時將判斷結果發送給該控制模組來處理對應的按鍵動作。
4. 如申請專利範圍第1項所述之自學習校正觸摸按鍵電路，其中，該控制模組包括：
   　　一選單控制校正模組，提供一功能控制視覺化介面供用戶開啟校正功能，並記錄用戶名稱及校正後的最佳按鍵閾值，還提供另一功能控制視覺化介面供用戶從已記錄的歷史用戶中選擇一歷史用戶以直接取得該歷史用戶的最佳按鍵閾值；以及
   　　一按鍵動作處理模組，在該處理模組判斷有按鍵被觸摸時將判斷結果發送給該控制模組來處理對應的按鍵動作。
5. 如申請專利範圍第1項所述之自學習校正觸摸按鍵電路，其中，該處理模組包括：
   　　一比較器，檢測該觸摸電路模組中每個按鍵位置感應的信號以輸出對應的檢測信號；
   　　一脈寬調變單元，接收檢測信號的觸發輸入，在該脈寬調變單元預設的統計週期內保持輸出致能信號，而在統計週期外保持輸出禁能信號；
   　　一計時器，在接收到禁能信號時被禁能，而在接收到致能信號時被致能而進行計數並輸出對應觸摸感應資料的計數值；以及
   　　一處理與判定單元，將對應觸摸感應資料的計數值與該處理模組中暫存的按鍵閾值進行比較來判斷是否有按鍵被觸摸，並在判斷有按鍵被觸摸時將判斷結果發送給該控制模組來處理對應的按鍵動作。
6. 如申請專利範圍第1項所述之自學習校正觸摸按鍵電路，其中，該觸摸電路模組由電容感應式觸摸電路模組所實現，每個按鍵位置感應的信號為按鍵位置對應的被持續充放電的感應電容上的電壓信號。
7. 如申請專利範圍第1項所述之自學習校正觸摸按鍵電路，其中，該控制模組由微控制器所實現。
8. 如申請專利範圍第1項所述之自學習校正觸摸按鍵電路，其中，該處理模組由可程式化系統單晶片所實現。
9. 如申請專利範圍第1項所述之自學習校正觸摸按鍵電路，其中，該處理模組及該控制模組通過內部整合電路匯流排電連接。