一種提高電容感應(yīng)按鍵靈敏度的按鍵電路、其補(bǔ)償電路及其補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種按鍵，尤其涉及一種電容感應(yīng)按鍵電路、其補(bǔ)償電路及其補(bǔ)償方法。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不能全面地消除環(huán)境因素對按鍵靈敏度的影響及不能對按鍵靈敏度進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)地調(diào)節(jié)的缺陷，本發(fā)明提供了如下電容感應(yīng)按鍵電路：至少一個(gè)按鍵，與每個(gè)按鍵相應(yīng)的感應(yīng)電極，控制器MCU；其特征在于還包括至少一個(gè)用于分別檢測每個(gè)感應(yīng)電極與地之間存在的寄生電容的補(bǔ)償電極及與每個(gè)補(bǔ)償電極相應(yīng)的補(bǔ)償電路，每個(gè)補(bǔ)償電路分別用于對檢測到的相應(yīng)的補(bǔ)償電極的信號進(jìn)行放大，控制器MCU利用補(bǔ)償電路輸出的補(bǔ)償信號對控制器MCU檢測到的電容值信號進(jìn)行補(bǔ)償，以獲得按壓按鍵所產(chǎn)生的感應(yīng)電容值信號。
【專利說明】一種提高電容感應(yīng)按鍵靈敏度的按鍵電路、其補(bǔ)償電路及其補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種按鍵，尤其涉及一種電容感應(yīng)按鍵電路、其補(bǔ)償電路及補(bǔ)償方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]很多電子設(shè)備都設(shè)置有按鍵，現(xiàn)有技術(shù)中存在兩種不同工作原理的按鍵，一種是機(jī)械式結(jié)構(gòu)的按鍵，這種按鍵盡管價(jià)格便宜，但按壓易損，故障率較高，返修存在時(shí)間與金錢成本。另一種是電容感應(yīng)按鍵，電容感應(yīng)按鍵的基本原理如圖1所示，當(dāng)人體(手指)接觸金屬感應(yīng)電極的時(shí)候，由于人體相當(dāng)于一個(gè)接大地的電容，因此會在感應(yīng)電極和大地之間形成一個(gè)電容，感應(yīng)電容量通常有幾PF到幾十pF。利用這個(gè)基本原理，在外部搭建相關(guān)電路，就可以根據(jù)這個(gè)電容量的變化，檢測是否有人體接觸金屬感應(yīng)電極。靈敏度是按鍵非常重要的性能參數(shù)，雖然與機(jī)械式按鍵相比電容感應(yīng)按鍵靈敏度更高，使用壽命更高，但是電容感應(yīng)按鍵也存在著一些缺點(diǎn)，如電容變化量小，容易受到周圍溫度、濕度、表面玷污等因素的影響，在現(xiàn)有的很多設(shè)置有電容感應(yīng)按鍵的電子設(shè)備中由于受到周圍干擾信號的影響按鍵的靈敏度達(dá)不到理想的要求。現(xiàn)有技術(shù)中通常在一定環(huán)境下選擇一個(gè)合適的靈敏度調(diào)節(jié)電容容量，利用電容感應(yīng)按鍵控制芯片上電自校準(zhǔn)及軟件在上電前進(jìn)行調(diào)節(jié)等方式來實(shí)現(xiàn)。但是很多實(shí)驗(yàn)表明在已經(jīng)調(diào)整好靈敏度電容容量的電容感應(yīng)按鍵裝置中，當(dāng)溫度、濕度、電容感應(yīng)按鍵感應(yīng)面的性質(zhì)等發(fā)生變化時(shí)，當(dāng)前的電容容量就不能提供適合的靈敏度，這就需要重新調(diào)整電容感應(yīng)按鍵的靈敏度電容容量，這時(shí)通常需要對系統(tǒng)重新上電、拆卸下電路板來更換合適的靈敏度電容，以達(dá)到合適的靈敏度。
[0003]為了解決上述問題，已經(jīng)授權(quán)的實(shí)用新型(CN201294510Y)公開了一種觸摸按鍵裝置，其包括靈敏度調(diào)節(jié)信號單元，MCU，觸摸按鍵控制芯片，靈敏度調(diào)節(jié)裝置，電子開關(guān)，調(diào)節(jié)指示燈，觸摸按鍵感應(yīng)面；靈敏度調(diào)節(jié)信號單元與MCU相連，MCU通過靈敏度調(diào)節(jié)裝置與觸摸按鍵控制芯片相連，MCU通過電子開關(guān)與觸摸按鍵控制芯片相連，調(diào)節(jié)指示燈與MCU相連，MCU通過觸摸按鍵控制芯片與觸摸按鍵感應(yīng)面相連。其中靈敏度調(diào)節(jié)信號單元的輸出信號可以是遙控器的控制信號或濕度傳感器的輸出信號。靈敏度調(diào)節(jié)裝置由模擬多路選擇器和電容構(gòu)成，模擬多路選擇器連接不同容量的電容，針對不同的環(huán)境條件，模擬多路選擇器連接的各個(gè)不同容量的電容用以保證觸摸按鍵在不同的環(huán)境條件下的適宜靈敏度。例如模擬多路選擇器連接4個(gè)檔位的電容，以適應(yīng)不同環(huán)境條件下，觸摸按鍵對適宜靈敏度的需求。MCU根據(jù)靈敏度調(diào)節(jié)信號，向模擬多路選擇器發(fā)送選擇電容檔位的選擇指令，模擬多路選擇器根據(jù)MCU的選擇指令，接通所選擇的電容。如果需要更精確的靈敏度調(diào)節(jié)，則設(shè)定較多個(gè)檔位的電容，每個(gè)檔位的電容差值設(shè)定得小一些即可。當(dāng)MCU對靈敏度調(diào)節(jié)裝置發(fā)出指令時(shí)，MCU同時(shí)對電子開關(guān)發(fā)出指令，電子開關(guān)截?cái)嘤|摸按鍵控制芯片的供電，并對模擬多路選擇器發(fā)出相應(yīng)的指令選擇合適電容檔位，待調(diào)節(jié)完成后，MCU控制電子開關(guān)導(dǎo)通觸摸按鍵控制芯片的供電，使觸摸按鍵裝置正常工作。另外，當(dāng)進(jìn)行觸摸按鍵靈敏度調(diào)節(jié)時(shí)，MCU點(diǎn)亮調(diào)節(jié)指示燈，完成靈敏度調(diào)節(jié)以后，MCU熄滅調(diào)節(jié)指示燈。雖然該實(shí)用新型的觸摸按鍵可在系統(tǒng)不斷電的情況下大范圍的自動(dòng)調(diào)整按鍵靈敏度，同時(shí)避免了對系統(tǒng)進(jìn)行斷電并拆卸電路板來更換靈敏度電容的不便，也提高了同一電路板的可適用范圍，避免了為不同環(huán)境生產(chǎn)不同印制板的情況。但是該實(shí)用新型的方案存在如下兩個(gè)不足:一是對于干擾因素只是考慮了環(huán)境濕度的改變，二是不能自動(dòng)連續(xù)地進(jìn)行調(diào)節(jié)，使觸摸感應(yīng)按鍵的靈敏度始終保持在設(shè)定的位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種電容感應(yīng)按鍵電路，包括:至少一個(gè)按鍵，與每個(gè)按鍵相應(yīng)的感應(yīng)電極，控制器MCU;其特征在于還包括至少一個(gè)用于分別檢測每個(gè)感應(yīng)電極與地之間存在的寄生電容的補(bǔ)償電極及與每個(gè)補(bǔ)償電極相應(yīng)的補(bǔ)償電路，每個(gè)補(bǔ)償電路分別用于對檢測到相應(yīng)的補(bǔ)償電極的信號進(jìn)行放大，控制器MCU利用補(bǔ)償電路輸出的補(bǔ)償信號對控制器MCU檢測到的電容值信號進(jìn)行補(bǔ)償，以獲得與按壓按鍵所產(chǎn)生的感應(yīng)電容值信號。
[0005]本發(fā)明還提供了用于對檢測到的補(bǔ)償電極的信號進(jìn)行放大的補(bǔ)償電路，該補(bǔ)償電路包括:補(bǔ)償電極，運(yùn)算放大器，電阻R1，電阻R2 ;其中運(yùn)算放大器的一個(gè)輸入端與補(bǔ)償電極的輸出端相連，另一個(gè)輸入端連接在電阻Rl與電阻R2的連接點(diǎn)之間，電阻Rl的另一端接地，電阻R2的另一端與運(yùn)算放大器的輸出端相連，運(yùn)算放大器的輸出端連接至控制器MCU 的 I/O 端 口。
[0006]本發(fā)明還提供了一種電容感應(yīng)按鍵靈敏度的補(bǔ)償方法，該方法包括如下步驟:在按鍵電路中與每個(gè)按鍵對應(yīng)設(shè)置一個(gè)補(bǔ)償電極用于檢測每個(gè)按鍵的感應(yīng)電極與地之間存在的寄生電容，將檢測到的補(bǔ)償電極的信號進(jìn)行放大并通過控制器MCU的I/O端口發(fā)送給控制器MCU，控制器MCU將控制器MCU檢測到的電容值信號與接收到的上述經(jīng)放大的補(bǔ)償電極信號進(jìn)行差分運(yùn)算，將差分運(yùn)算的結(jié)果與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，如果差分運(yùn)算的結(jié)果大于等于預(yù)定的閾值，則控制器MCU判斷該按鍵被按壓。
[0007]由于本發(fā)明的電容式觸摸按鍵具有對產(chǎn)生的寄生電容進(jìn)行補(bǔ)償?shù)碾娐?，從而能夠?qū)χ車鷾囟?、濕度、表面玷污等因素產(chǎn)生的干擾進(jìn)行補(bǔ)償，保證按鍵的靈敏度不受環(huán)境的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1現(xiàn)有技術(shù)中電容感應(yīng)按鍵基本原理示意圖；
[0009]圖2 Ca)和2 (b)電容感應(yīng)按鍵的補(bǔ)償原理；
[0010]圖3電容感應(yīng)按鍵補(bǔ)償電極；
[0011]圖4電容感應(yīng)按鍵補(bǔ)償電路。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部結(jié)構(gòu)。
[0013]圖2 (a)和2 (b)示出了本發(fā)明電容感應(yīng)按鍵的補(bǔ)償原理。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如圖2 (a)和2 (b)所示，電容感應(yīng)按鍵靈敏度受到周圍溫度、濕度等因素影響的大小可以通過感應(yīng)電極與地之間存在的寄生電容Cp來表征。當(dāng)手指觸摸感應(yīng)電極時(shí)，不僅會產(chǎn)生感應(yīng)電容Cf，還會產(chǎn)生寄生電容Cp，控制器MCU檢測到的電容Cs不僅是感應(yīng)電容Cf，實(shí)際上應(yīng)該是感應(yīng)電容Cf與寄生電容Cp之和，即Cs = Cf + Cp。當(dāng)手指按壓按鍵時(shí)，按壓與感應(yīng)電容Cf存在著對應(yīng)的關(guān)系，但是由于寄生電容Cp的大小受到周圍溫度、濕度等因素變化的影響，在不同的環(huán)境下控制器MCU檢測到的電容Cs并不一定相同，這導(dǎo)致控制器MCU在判斷按鍵是否被按壓時(shí)按鍵的靈敏度受到影響，控制器MCU對按鍵是否被按壓有時(shí)會做出錯(cuò)誤的判斷。
[0014]基于 上述發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了如圖3所示的電容感應(yīng)按鍵補(bǔ)償電極圖。如圖3所不，一系列觸摸按鍵分布在PCB印刷電路板上,與每個(gè)觸摸按鍵相應(yīng)的具有一感應(yīng)電極和一補(bǔ)償電極，補(bǔ)償電極與一補(bǔ)償電路(圖中的運(yùn)放)相連，并且每個(gè)補(bǔ)償電路的輸出信號分別通過I/O端口與控制器MCU相連，在控制器MCU中進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的處理。
[0015]本發(fā)明的電容感應(yīng)按鍵補(bǔ)償電路的電路原理圖如圖4所示。該補(bǔ)償電路包括:運(yùn)算放大器UlA,其一個(gè)輸入端與補(bǔ)償電極的輸出端相連,另一個(gè)輸入端連接在電阻Rl與電阻R2的連接點(diǎn)之間，電阻Rl的另一端接地，電阻R2的另一端與運(yùn)算放大器UlA的輸出端相連，運(yùn)算放大器UlA的輸出端連接至控制器MCU的I/O端口。進(jìn)一步地，電阻Rl和電阻R2可以采用1ΚΩ的電阻。優(yōu)選地，運(yùn)算放大器可以采用型號例如為AD822AN的放大器，放大器的放大倍數(shù)可調(diào)以滿足實(shí)際的需要。進(jìn)一步地，控制器MCU將其檢測到的電容值信號與補(bǔ)償電路的輸出信號進(jìn)行差值運(yùn)算，并將差值計(jì)算結(jié)果與一預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，如果差值計(jì)算結(jié)果大于等于所述預(yù)定的閾值，則判斷按鍵被按壓，否則，則判斷按鍵沒有被按壓。通過對電容感應(yīng)按鍵進(jìn)行如上所述的補(bǔ)償，能夠消除由于不同環(huán)境下寄生電容Cp的不同所產(chǎn)生的按鍵靈敏度改變的問題，保證控制器MCU依據(jù)手指按壓來判斷按鍵是否被按壓，從而保證了按鍵的靈敏度。
[0016]本發(fā)明還提供了電容感應(yīng)按鍵的補(bǔ)償方法，該方法包括如下步驟:在按鍵電路中與每個(gè)按鍵對應(yīng)設(shè)置一個(gè)補(bǔ)償電極用于檢測每個(gè)按鍵的感應(yīng)電極與地之間存在的寄生電容，將檢測到的補(bǔ)償信號進(jìn)行放大并通過控制器MCU的I/O端口發(fā)送給控制器MCU，控制器MCU將其檢測到的電容值信號與接收到的上述經(jīng)放大的補(bǔ)償信號進(jìn)行差分運(yùn)算，將差分運(yùn)算的結(jié)果與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，如果差分運(yùn)算的結(jié)果大于等于預(yù)定的閾值，則控制器MCU判斷該按鍵被按壓。進(jìn)一步地，如果差分運(yùn)算的結(jié)果小于預(yù)定的閾值，則控制器MCU判斷該按鍵沒有被按壓。
[0017]需要說明的是，上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實(shí)施例，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實(shí)施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。
【權(quán)利要求】
1.一種電容感應(yīng)按鍵電路，包括:至少一個(gè)按鍵，與每個(gè)按鍵相應(yīng)的感應(yīng)電極，控制器MCU;其特征在于還包括至少一個(gè)用于分別檢測每個(gè)感應(yīng)電極與地之間存在的寄生電容的補(bǔ)償電極及與每個(gè)補(bǔ)償電極相應(yīng)的補(bǔ)償電路，其中每個(gè)補(bǔ)償電路分別用于對檢測到的相應(yīng)的補(bǔ)償電極的信號進(jìn)行放大，控制器MCU利用補(bǔ)償電路輸出的補(bǔ)償信號對控制器MCU檢測到的電容值信號進(jìn)行補(bǔ)償，以獲得按壓按鍵所產(chǎn)生的感應(yīng)電容值信號。
2.如權(quán)利要求1所述的電容感應(yīng)按鍵電路，其特征在于，每個(gè)補(bǔ)償電路包括:補(bǔ)償電極，運(yùn)算放大器，電阻R1，電阻R2 ;其中運(yùn)算放大器的一個(gè)輸入端與補(bǔ)償電極的輸出端相連，另一個(gè)輸入端連接在電阻Rl與電阻R2的連接點(diǎn)之間，電阻Rl的另一端接地，電阻R2的另一端與運(yùn)算放大器的輸出端相連，運(yùn)算放大器的輸出端連接至控制器MCU的I/O端口。
3.如權(quán)利要求2所述的電容感應(yīng)按鍵電路，其特征在于:控制器MCU將控制器MCU檢測到的電容值信號與接收到的運(yùn)算放大器輸出的補(bǔ)償信號一起進(jìn)行差值運(yùn)算，并將差值運(yùn)算的結(jié)果與一預(yù)定的閾值進(jìn)行比較。
4.如權(quán)利要求3所述的電容感應(yīng)按鍵電路，其特征在于:當(dāng)差值運(yùn)算的結(jié)果大于等于一預(yù)定的閾值時(shí)，控制器MCU判斷按鍵被按壓，當(dāng)差值運(yùn)算的結(jié)果小于一預(yù)定的閾值時(shí)，控制器MCU判斷按鍵沒有被按壓。
5.如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的電容感應(yīng)按鍵電路，其特征在于:該運(yùn)算放大器的放大系數(shù)可調(diào)。
6.一種電容感應(yīng)按鍵靈敏度的補(bǔ)償電路，包括:補(bǔ)償電極，運(yùn)算放大器，電阻R1，電阻R2,其中運(yùn)算放大器的一個(gè)輸入端與補(bǔ)償電極的輸出端相連,另一個(gè)輸入端連接在電阻Rl與電阻R2的連接點(diǎn)之間，電阻Rl的另一端接地，電阻R2的另一端與運(yùn)算放大器的輸出端相連，運(yùn)算放大器的輸出端 連接至控制器MCU的I/O端口。
7.如權(quán)利要求6所述的補(bǔ)償電路，其特征在于:控制器MCU將接收到的控制器MCU檢測到的電容值信號與運(yùn)算放大器輸出的補(bǔ)償信號一起進(jìn)行差值運(yùn)算，并將差值運(yùn)算的結(jié)果與一預(yù)定的閾值進(jìn)行比較。
8.如權(quán)利要求7所述的補(bǔ)償電路，其特征在于:當(dāng)差值運(yùn)算的結(jié)果大于等于一預(yù)定的閾值時(shí)，控制器MCU判斷按鍵被按壓，當(dāng)差值運(yùn)算的結(jié)果小于一預(yù)定的閾值時(shí)，控制器MCU判斷按鍵沒有被按壓。
9.如權(quán)利要求6-8任意一項(xiàng)所述的補(bǔ)償電路，其特征在于:該運(yùn)算放大器的放大系數(shù)可調(diào)。
10.一種電容感應(yīng)按鍵靈敏度的補(bǔ)償方法，該方法包括如下步驟:在按鍵電路中與每個(gè)按鍵對應(yīng)設(shè)置一個(gè)補(bǔ)償電極用于檢測每個(gè)按鍵的感應(yīng)電極與地之間存在的寄生電容，將檢測到的補(bǔ)償電極的信號進(jìn)行放大并通過控制器MCU的I/O端口發(fā)送給控制器MCU，控制器MCU將控制器MCU檢測到的電容值信號與接收到的上述經(jīng)放大的補(bǔ)償電極信號進(jìn)行差分運(yùn)算，將差分運(yùn)算的結(jié)果與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，如果差分運(yùn)算的結(jié)果大于等于預(yù)定的閾值，則控制器MCU判斷該按鍵被按壓。
11.如權(quán)利要求10所述的補(bǔ)償方法，其特征在于:如果差分運(yùn)算的結(jié)果小于預(yù)定的閾值，則控制器MCU判斷該按鍵沒有被按壓。
【文檔編號】H03K17/14GK103905024SQ201210580876
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月27日
【發(fā)明者】張娜 申請人:北京誼安醫(yī)療系統(tǒng)股份有限公司