本发明具体涉及一种触摸检测电路及其触摸检测方法。
背景技术：
随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，触摸操作已经成为了人们日常生活中必不可少的部分，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。
触摸操作的核心在于对人们的触摸动作进行检测。现有的触摸检测电路和相应的检测方法有多种，如触摸感应部分采用电容式传感器来感应用户的触摸，或利用人体的电容感应，将电容的变化转化为电压、电荷及充电周期的变化量等方法进行判定。但是，无论哪种触摸检测方式，一旦触摸检测的电路确定，其感应接收部分作为电路的一部分均不能进行调整和扩展。若要延长其触摸感应部位的长度、改变触摸的面积大小、位置，或根据用户需求将感应部分替换为自身需要的导电物体(比如采用钥匙进行触摸灯)，需要对电路参数进行重新调整，甚至无法工作。当感应部分达到一定长度或面积时，由于外界干扰的变化和不确定性，一方面会导致接收触摸感应的灵敏度下降，无法对触摸信号进行准确的识别，另一方面则会使得接收到的电干扰增加，使得触摸感应的稳定性降低，这样其触摸检测的方法具有一定的局限性，不能很好的适应用户需求。
技术实现要素：
本发明的目的之一在于提供一种触摸检测精度高，且适用于触摸感应部分可调整和扩展情况的触摸检测电路。
本发明的目的之二在于提供一种所述触摸检测电路的触摸检测方法。
本发明提供的这种触摸检测电路，包括电源模块、感应检测单元和控制器模块；电源模块给所述触摸检测电路供电；控制器模块、感应检测单元和触摸感应部分依次串接；感应检测单元与触摸感应部分连接，用于检测触摸感应部分上传的数据信号并上传控制器模块；控制器模块根据感应检测单元上传的检测信号对触摸感应部分的触摸动作进行检测。
所述的感应检测单元为振荡电路。
所述的感应检测单元还包括输入滤波电路；输入滤波电路与振荡电路的输入端串联，用于滤除从触摸感应部分耦合进入的电干扰信号。
所述的感应检测单元还包括输入保护电路；输入保护电路串接在输入滤波电路与振荡电路之间，用于对振荡电路进行电保护。
所述的振荡电路包括由模拟电路器件构成的振荡电路和采用集成芯片构成的振荡电路。
所述的由模拟电路器件构成的振荡电路为采用电路元器件搭建的rc振荡电路、采用电路元器件搭建的lc振荡电路、采用电路元器件搭建的rl振荡电路、采用电路元器件搭建的rlc振荡电路、由电路芯片集成的rc振荡电路、由电路芯片集成的lc振荡电路、由电路芯片集成的rl振荡电路和由电路芯片集成的rlc振荡电路、由电路元器件搭建的压控振荡电路、由电路元器件搭建的方波发生器电路、由电路元器件搭建的晶振方波振荡电路。
所述的采用集成芯片构成的振荡电路为采用压控振荡模块构成的振荡电路、采用方波发生器构成的振荡电路或采用集成振荡芯片构成的振荡电路。
所述的触摸感应部分为若干个导电点，且各个导电点之间通过导电体连接；使用者直接通过人体或任意导电体触摸任意一个导电点或者连接导电点的导电体的任意部分均可实现触摸感应。
本发明还公开了所述触摸检测电路的触摸检测方法，通过检测人体触摸触摸感应部分所形成的对地电容对振荡电路输出的振荡频率的影响，从而完成所述触摸检测电路的触摸检测。
所述的触摸检测方法，具体为采用如下步骤进行触摸检测：
s1.对振荡电路输出的方波频率进行采样；
s2.获取步骤s1获取的采样序列中干扰最大的谐波的频率；
s3.采用步骤s2得到的频率对振荡电路输出的方波频率进行采样；
s4.将步骤s3获取的采样序列归一化到目标值，从而让采样的序列在目标值附近抖动；
s5.对步骤s4得到的采样序列进行触摸检测，从而完成触摸检测的过程。
步骤s2所述的获取采样序列中干扰最大的谐波的频率，具体为采用如下步骤获取：
a.控制器模块以采样周期ts采样振荡电路输出的方波频率，从而形成采样的方波频率x(n)；
b.对采样的方波频率x(n)进行fft运算得到序列x(k)；
c.根据步骤b得到的序列x(k)求得幅度谱正相关值a(k)；
d.获取步骤c得到的幅度谱正相关值a(k)中除去a(0)项外的最大值；
e.获取步骤d得到的最大值所对应的基波频率fa，并以基波频率fa为采样频率。
步骤s4所述的将获取的采样序列归一化到目标值，具体为采用如下步骤进行归一化：
a.计算采样序列y(m)的后项差分值；
b.根据步骤a得到的后项差分值，计算m次采样中的累积后向差分最大值和累积后向差分最小值；
c.判断步骤b得到的累积后向差分最大值和累积后向差分最小值的差值与事先设定的阈值的大小；
d.求取步骤a得到的采样序列y(m)的平均值；
e.计算归一权重值w＝目标值/平均值；
f.将步骤a得到的采样序列y(m)的每一项均乘以归一权重值，从而将采样序列归一化到目标值。
步骤s5所述的对采样序列进行触摸检测，具体为采用如下步骤进行触摸检测：
(1)获取步骤s4得到的归一化的目标值与检测到的疑似触摸波形的峰值之间的差值d；
(2)获取在设定时间段δt内，疑似触摸波形的下降沿的下降值p1和上升沿的上升值p2；
(3)获取疑似触摸波形的下降沿开始时的时间点t1和上升沿结束时的时间点t2，以及t1～t2时间段内疑似触摸波形与归一化的目标值之间所围成的面积s1；
(4)获取t1～t2时间段内，归一化的目标值与疑似触摸波形的峰值所围成面积s2；
(5)计算触摸面积占比
(6)将d、p1、p2、|t2-t1|、s1和ps的值均与事先设定的阈值进行比较，从而判断检测到的疑似触摸波形是否为有效的触摸信号。
本发明提供的这种触摸检测电路及其触摸检测方法，通过将感应触摸部分的信号转换为振荡电路的输出信号并进行检测，从而使得本发明的触摸检测电路能够对感应触摸部分的触摸动作进行精准检测和识别，而且本发明的触摸感应部分可根据需要进行调整和扩展，大大增加了本发明的使用范围和灵活性，极大的提高了用户的使用体验。
附图说明
图1为本发明的触摸检测电路的功能模块图。
图2为本发明的感应检测单元的功能模块图。
图3为本发明的感应检测单元的一种实施例的电路原理图。
图4为本发明的振荡电路采用rc振荡电路时的电路原理图。
图5为本发明的振荡电路采用lc振荡电路时的电路原理图。
图6为本发明的振荡电路采用压控振荡模块时的电路原理图。
图7为本发明的振荡电路采用方波发生器时的电路原理图。
图8为本发明的振荡电路采用集成振荡芯片时的电路原理图。
图9为本发明的感应触摸部分的示意图。
图10为本发明的方法流程图。
具体实施方式
如图1所示为本发明的触摸检测电路的功能模块图：本发明提供的这种触摸检测电路，包括电源模块、感应检测单元和控制器模块；电源模块给所述触摸检测电路供电；控制器模块、感应检测单元和触摸感应部分依次串接；感应检测单元与触摸感应部分连接，用于检测触摸感应部分上传的数据信号并上传控制器模块；控制器模块根据感应检测单元上传的检测信号对触摸感应部分的触摸动作进行检测。
如图2所示为本发明的感应检测单元的功能模块图：感应检测单元采用振荡电路，在振荡电路之前还串接有输入滤波电路和输入保护电路；输入滤波电路用于滤除从触摸感应部分耦合进入的电干扰信号；输入保护电路用于对振荡电路进行电保护。
如图3所示为本发明的感应检测单元的一种实施例的电路原理图：输入滤波电路在该实施例中采用电感l1(也可采用磁珠等其他滤波电路)以滤除感应触摸单元的大部分高频干扰信号，即通过感应触摸单元耦合进振荡电路的外界电干扰；输入保护电路采用保护二极管d1和d2，两个二极管用于避免静电损坏振荡电路。而图中的电容cy则为当人体触摸或者当人体通过导电体间接触摸到感应触摸单元时，人体与大地之间所产生的等效电容，该等效电容的加入使得振荡电路的输入端的电容值发生改变，从而影响振荡电路的输出方波的频率，从而将人体对于感应触摸单元的触摸动作转换为电信号的变化。而控制器模块则通过检测该电信号的变化，从而达到对感应触摸部分的触摸检测。
本发明的触摸感应单元的核心器件为振荡电路。振荡电路包括由模拟电路器件构成的振荡电路和采用集成芯片构成的振荡电路。
由模拟电路器件构成的振荡电路为采用电路元器件搭建的rc振荡电路、采用电路元器件搭建的lc振荡电路、采用电路元器件搭建的rl振荡电路、采用电路元器件搭建的rlc振荡电路、由电路芯片集成的rc振荡电路、由电路芯片集成的lc振荡电路、由电路芯片集成的rl振荡电路和由电路芯片集成的rlc振荡电路、由电路元器件搭建的压控振荡电路、由电路元器件搭建的方波发生器电路、由电路元器件搭建的晶振方波振荡电路；所述的采用电路元器件搭建的定义为：并非采用由集成芯片构成的电路，而是设计者采用电阻、电容、电感、集成运放等独立元器件自行搭建或组件而形成的电路。
采用集成芯片构成的振荡电路为采用压控振荡模块构成的振荡电路、采用方波发生器构成的振荡电路或采用集成振荡芯片构成的振荡电路
振荡电路的类型较多，以下将列举几个振荡电路的典型例子：
如图4所示为本发明的振荡电路采用rc振荡电路时的电路原理图：在该实施例中，振荡电路采用由运放u1和电阻r、电容c构成的rc振荡电路；在该电路图中，电阻r2和电容c1及电阻r4和电容c2构成串并联的选频网络，由r3和r5组成负反馈支路，输出电压vout经过选频网络正反馈分压输入运放u1正反馈端，vout经过引入负反馈支路输入u1负反馈端，从而达到稳定幅度及频率的输出正弦波形。设r2＝r4＝r，c1＝c2＝c时，该振荡电路在没有触摸信号时，其输出端(运放u1的输出端)输出的方波频率
如图5所示为本发明的振荡电路采用lc振荡电路时的电路原理图：在该实施例中，振荡电路采用三极管vt，电容c，电感l，及电阻r构成的lc振荡电路，其中核心振荡频率由l、c3、c决定，频率主要靠c来调节，c3为微调电容，电阻部分功能为振荡器提供合理的静态工作点，对振荡器启振和稳定性提供保障，c2为电路反馈部分，保证振荡幅度的稳定。该振荡电路在没有触摸信号时，其输出端(图中信号out)输出的方波频率
如图6所示为本发明的振荡电路采用压控振荡模块时的电路原理图：在该实施例中，采用压控振荡(vco)模块构成振荡电路；其中压控振荡(vco)模块可利用含vco功能模块的芯片(如hef4046bpn的锁相环路pll逻辑芯片中的vco功能部分)实现，芯片的6脚直接连接感应触摸部分，7脚通过振荡电容c1与6脚连接，11脚连接振荡电阻r1，12脚连接r2，该芯片其它功能模块可不使用，仅需为芯片提供供电即可使得vco模块工作；当该振荡电路在没有触摸信号时，其输出端(图中芯片的4脚)输出的方波频率可根据芯片手册中的表格获得，根据手册其值与r1及c1相关，而当有触摸信号时，此时等效电容相当于加载在芯片的6脚和地信号之间，此时振荡电路的振荡电容的容值发生了改变，此时输出的方波的频率则发生了改变。
如图7所示为本发明的振荡电路采用方波发生器时的电路原理图：在该实施例中，振荡电路采用施密特方波发生器构成的振荡电路；施密特触发器的输入端(2脚)通过振荡电容ct连接电源信号vcc，同时也通过振荡电阻r1连接输出端(4脚)，其中ct充当充放电电容，r1提供充放电回路，u1a提供振荡条件，且施密特触发器输入电压有两个阈值，可以消除输入端在阈值附近的抖动干扰，使得输出更加稳定，当该振荡电路在没有触摸信号时，其输出端(图中触发器的2脚)输出的方波频率与r1和c1相关，具体数值可根据r1和c1的值与施密特触发器芯片手册的阈值得到；而当有触摸信号时，此时等效电容相当于加载在触发器的2脚和地及vcc之间，此时振荡电路的振荡电容的容值发生了改变，此时输出的方波的频率则发生了改变。
如图8所示为本发明的振荡电路采用集成振荡芯片时的电路原理图：在该实施例中，振荡电路采用集成振荡芯片(比如mic1557)构成；芯片的1脚和2脚均连接电源信号vcc，芯片的3脚接地，芯片的4脚通过振荡电阻r1连接芯片的输出引脚5脚，同时芯片的4脚也通过振荡电容ct接地；当该振荡电路在没有触摸信号时，其输出端(图中芯片的5脚)输出的方波频率为
如图9所示为本发明的感应触摸部分的示意图：触摸感应部分为若干个导电点，且各个导电点之间通过导电体(图中黑色粗实线)连接；使用者直接通过人体或任意导电体触摸任意一个导电点或者连接导电点的导电体的任意部分均可实现触摸感应。
如图10所示为本发明的方法流程图：本发明公开的触摸检测电路的触摸检测方法，通过检测人体触摸触摸感应部分所形成的对地电容对振荡电路输出的振荡频率的影响，从而完成所述触摸检测电路的触摸检测。
触摸检测方法则采用如下步骤进行触摸检测：
s1.对振荡电路输出的方波频率进行采样；
s2.获取步骤s1获取的采样序列中干扰最大的谐波的频率；具体为采用如下步骤获取：
a.控制器模块以采样周期ts采样振荡电路输出的方波频率，从而形成采样的方波频率x(n)；
b.对采样的方波频率x(n)进行fft运算得到序列x(k)；
c.根据步骤b得到的序列x(k)求得幅度谱正相关值a(k)；
d.获取步骤c得到的幅度谱正相关值a(k)中除去a(0)项外的最大值；
e.获取步骤d得到的最大值所对应的基波频率fa，并以基波频率fa为采样频率；
s3.采用步骤s2得到的频率对振荡电路输出的方波频率进行采样；
s4.将步骤s3获取的采样序列归一化到目标值，从而让采样的序列在目标值附近抖动；具体为采用如下步骤进行归一化：
a.计算采样序列y(m)的后项差分值；
b.根据步骤a得到的后项差分值，计算m次采样中的累积后向差分最大值和累积后向差分最小值；
c.判断步骤b得到的累积后向差分最大值和累积后向差分最小值的差值与事先设定的阈值的大小；
d.求取步骤a得到的采样序列y(m)的平均值；
e.计算归一权重值w＝目标值/平均值；
f.将步骤a得到的采样序列y(m)的每一项均乘以归一权重值，从而将采样序列归一化到目标值；
s5.对步骤s4得到的采样序列进行触摸检测，从而完成触摸检测的过程；具体为采用如下步骤进行触摸检测：
(1)获取步骤s4得到的归一化的目标值与检测到的疑似触摸波形的峰值之间的差值d；
(2)获取在设定时间段δt内，疑似触摸波形的下降沿的下降值p1和上升沿的上升值p2；
(3)获取疑似触摸波形的下降沿开始时的时间点t1和上升沿结束时的时间点t2，以及t1～t2时间段内疑似触摸波形与归一化的目标值之间所围成的面积s1；
(4)获取t1～t2时间段内，归一化的目标值与疑似触摸波形的峰值所围成面积s2；
(5)计算触摸面积占比
(6)将d、p1、p2、|t2-t1|、s1和ps的值均与事先设定的阈值进行比较，从而判断检测到的疑似触摸波形是否为有效的触摸信号；
具体为：事先设定阈值dmin，p1min，p2min，|t2-t1|min，s1min和psmin，若d>dmin、p1>p1min，p2>p2min，|t2-t1|>|t2-t1|min，s1>s1min且ps>psmin，则认定检测到的疑似触摸波形为有效的触摸信号，否则认定该疑似触摸波形为无效的触摸信号。