通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法与流程

1.本发明涉及触控按键技术领域，具体为一种通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法。


背景技术：

2.传统的触控检测方式是电容式，即检测人体与电机感应器之间结合所产生的电容，因此，要求覆盖介质为绝缘体，电容式感应触摸按键可以穿透绝缘物体材料外壳8mm以上，准确无误的侦测到手指的有效触摸，并保证了产品的灵敏度、稳定性、可靠性等不会因环境条件的改变或长期使用而发生变化，并且具有防水、强抗干扰能力、超强防护和超强适应温度范围，当覆盖物为金属并通电时，则电容信号会被吸收屏蔽，检测不到手指的触摸，所以无法实现在通电金属屏蔽网下的触控检测。
3.基于上述问题，亟待提出一种通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法，采用正负极金属线平行并按照一定规则布线，以及电极循环正反向变化，实现屏蔽非法接近金融芯片数据读取，通过监测多点位置对通电金属网区域的容值进行采集，监测屏蔽网是否正常通电，当通电网络被破坏时，因芯片采集不到正负通电电容会瞬间锁死金融ic，能有效阻止对金融ic的读取，通过双线程采样能实现手指触摸与绝缘物体触摸的识别，同时根据不同按键区域的容值改变以准确获取触摸的定位位置。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
6.一种通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法，所述触控按键实现方法包括以下步骤：
7.s1：采用通电金属屏蔽网，以一定线宽和线距正负极并行走线，正负极以一定周期循环进行对调供电，以电池微小电流进行供电；
8.s2：根据触控矩阵数量，在不同区域采用不同布线方式，调整循环弯折角度及平行距离差异，当手指按压不同分区时，产生的电流改变不同，采集到的电容数值分布在不同的编码数值区域，根据区域的差异定位触控按键的区域基线；
9.s3：将通电金属屏蔽网作为电容的其中一极，通过触摸的微小压力，改变通电金属屏蔽网与采集器之间的距离，通过改变两者距离进而改变电容值，根据电容数据采集器在不同的区域采集到不同的电容数值来进行触控按键位置的定位；
10.s4：通过监测多点位置对通电金属屏蔽网区域的容值进行读取，监测通电屏蔽是否有效。
11.进一步的，采集到的数据包括tknbsa、tknbsb、tknbsc、tkd(n)、tki(n)，在不同极性通电周期内，所述tknbsa为采集器通过一定时间间隔，在通电金属屏蔽网正向通电时采
集到的第n个区域的电容数值，所述tknbsb为采集器通过一定时间间隔，在通电金属屏蔽网负向通电时采集到的第n个区域的电容数值，所述tknbsa和tknbsb编码数值不同，所述tknbsc为解除屏蔽时的基准数值，所述tknbsa、tknbsb、tknbsc为定位触控按键区域的基准，所述tknbsa、tknbsb、tknbsc可判断屏蔽层是否正常工作以及在tkd(n)产生0基准，所述tkd(n)为通电金属屏蔽网与采集器之间的距离改变而导致的容值变化量，所述tki(n)为电流改变时采集器采集得到的容值计数值，所述tki(n)在编码区域的位置可定位触控按键位置。
12.进一步的，所述tknbsa、tknbsb以及tknbsc的采集方法包括以下步骤：
13.t1：间隔一定时间，取得并更新通电金属屏蔽网正向通电时的区域电容数值为基准a，即tknbsa；
14.t2：间隔一定时间，取得并更新通电金属屏蔽网负向通电时的区域电容数值为基准b，即tknbsb；
15.t3：取得解除屏蔽时的区域电容值为基准c，即tknbsc。
16.进一步的，当任一区域的编码数值tknbsa、tknbsb接近tknbsc或电容数据采集器采集不到正负通电电容，且在非控制系统解除屏蔽的状况下，系统判定通电屏蔽遭到损坏，立即锁死金融ic禁止读取，保障了安全性能。
17.进一步的，通过tki(n)在编码区域的位置定位触控按键位置的步骤如下：
18.a：以timer定时器计数一定时间进行正负极对调，并在不同时段使用对应的tknbsa或tknbsb进行叠加计算，当tki(n)离开tknbsa或tknbsb编码区域时，则判断有按键按下，当tki(n)回到tknbsa或tknbsb编码区域时，则认为按键抬起，此时按键输出为0；
19.b：当正向通电时，通过对容值计数值进行读取，实时取得此区域的tki(n)，将tki(n)数值与当前tknbsa数值进行叠加运算，若无手指按下，确定当前tki(n)数值所处的编码区间，以此编码区间作为判断此时有无手指按下的标准，并根据tki(n)的数值变化取得触控按键位置；
20.c：当负向通电时，通过对容值计数值进行读取，实时取得此区域的tki(n)，将tki(n)数值与当前tknbsb数值进行叠加运算，并且取绝对值运算，若无手指按下，确定当前tki(n)数值所处的编码区间，以此编码区间作为判断此时有无手指按下的标准，并根据tki(n)的数值变化取得触控按键位置；
21.d：当解除屏蔽时，按键无效，不进行运算，若需要取得触控按键位置时，与普通触控按键相同处理。
22.进一步的，通过tkd(n)在编码区域的位置定位触控按键位置的步骤如下：
23.a：当正向通电，若无按键按下时，采集到的对应区域的容值tkn与当前的tknbsa接近，若有按键按下时，则产生tkd(n)，且基线会趋向相对触控按键所在的编码区域，此时使用对应编码区域补偿tknbsa，产生接近于0的d
base
；
24.b：若使用手指按下，此时tki(n)先于tkd(n)定位，同时取得补偿0基准数值，进而tkd(n)可以同tki(n)双定位，若是绝缘物体按下，则tki(n)无改变，基线接近tknbsa，使用tknbsa获取趋近于0的基准，此时有且仅有当前的tkd(n)发生变化，根据tkd(n)定位触摸按压的位置；
25.c：当负向通电时，同a、b所述步骤相同，但对比基线为tknbsb；
26.d：当解除屏蔽时，按键无效，不进行运算，若需要取得触控按键位置时，与普通触控按键相同处理。
27.进一步的，所述a中d
base
的数值为当前无按键按下的采集计数值，此采集计数值为通电金属板形成的电容a极与不同的电容b极之间形成的电容数值的采集计数值，在不同通电相位时间段，此数值分别靠近tknbsa、tknbsb、tknbsc，若以手指按压时，需要对应区域的基线进行修正以得到一段时间内接近0基准的d
base
tkn，不同区域的基线不同，手指在按压时，不仅会出现电流的变化，还会因为按压时的微小压力，使通电金属屏蔽网与fpc矩阵布线采集器层的距离发生变化，进而导致容值产生变化，所以需要对应区域的基线进行修正以得到一段时间内接近0基准的d
base tkn，此时tki(n)先于tkd(n)定位，同时取得补偿0基准数值，进而tkd(n)可以同tki(n)双定位，这样使触控按键位置的定位变得的更快速、精确，若以绝缘物体按压时，则无需此步骤修正。
28.进一步的，一种用于实现所述通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法的装置，包括a*b矩阵按键、覆盖层、绝缘层、fpc矩阵布线采集器层、感应装置、mcu数据处理模块、输出模块及pc分析模块，所述覆盖层为通电金属布线层，所述mcu数据处理模块包括电容数据采集器，所述电容数据采集器负责采集通电金属屏蔽网电流变化导致的容值变化以及通电金属屏蔽网与fpc矩阵布线采集器层距离变化产生的容值变化。
29.进一步的，一种用于实现通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法的装置，在通电金属布线层划分a*b个区域，所述采集器采用a*b的fpc铜箔，每个铜箔采集其中对应区域的容值，根据容值区域差异定位触控按键的区域基线。
30.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明采用正负极金属线平行并按照一定规则布线，以及电极循环正反向变化，实现屏蔽非法接近金融芯片数据读取，通过对通电金属网区域的容值采集，监测屏蔽网是否正常通电，当通电网络被破坏时，因芯片采集不到正负通电电容会瞬间锁死金融ic，通过双线程采样实现手指触摸与绝缘物体触摸的识别，根据不同按键区域的容值改变以准确获取触摸的定位位置。
附图说明
31.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
32.图1是本发明通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法的步骤示意图；
33.图2是本发明通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法基准编码数值获取步骤示意图；
34.图3是本发明通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法通过tki(n)定位触控按键位置步骤示意图；
35.图4是本发明通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法通过tkd(n)定位触控按键位置步骤示意图；
36.图5是本发明通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法的电流改变时在采集器采集到的基线编码表；
37.图6是本发明通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法的基准编码表；
38.图7是本发明通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法的tk4、tk7布线及电流图；
39.图8是本发明通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法先按下tk4，再按下tk7的tki(n)波形图；
40.图9是本发明通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法的电容示意图；
41.图10是本发明通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法的装置结构示意图；
42.图11是本发明通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法的fpc矩阵布线采集器层示意图；
43.图12是本发明通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法的触控按键分区示意图；
44.图13是本发明通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法的手指按压tk7波形示意图；
45.图14是本发明通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法的绝缘物体按压tk7波形示意图。
具体实施方式
46.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.请参阅图1
‑
14，本发明提供技术方案：
48.一种通电金属屏蔽网下的触控按键实现方法，触控按键实现方法包括以下步骤：
49.s1：采用通电金属屏蔽网，以150微米线宽和150微米线距正负极并行走线，正负极以100ms循环进行对调供电，以电池微小电流进行供电；
50.s2：根据触控矩阵数量，在不同区域采用不同布线方式，比如循环弯折角度及平行距离差异，当手指按压不同分区时，因金属线布线差异，因改变的电流大小差异而产生不同的电容数值，使采集到的电容数值分布在不同的编码数值区域，如图5所示，根据区域的差异定位触控按键的区域基线；
51.s3：将通电金属屏蔽网作为电容的其中一极，通过触摸的微小压力，改变通电金属屏蔽网与采集器之间的距离，通过改变两者距离进而改变电容值，根据电容数据采集器在不同的区域采集到不同的电容数值来进行触控按键位置的定位；
52.s4：通过监测多点位置对通电金属屏蔽网区域的容值进行读取，监测通电屏蔽是否有效。
53.如图10、11所示，分别为装置结构图以及fpc采集层示意图，以3*4矩阵按键为例，覆盖层为通电金属布线层，采集器采用3*4的fpc铜箔，在金属布线层划分为12个区域，分别以分区命名给出编码表，通过采集器采集到的数据包括tknbsa、tknbsb、tknbsc、tkd(n)、tki(n)，在不同极性通电周期内，tknbsa、tknbsb为分区区域布线差异产生的无按键基准数值，tknbsa和tknbsb编码数值不同，tknbsc为解除屏蔽时的基准数值，tknbsa、tknbsb、tknbsc为定位触控按键区域的基准，tknbsa、tknbsb、tknbsc可判断屏蔽层是否正常工作以及在tkd(n)产生0基准，当任一区域的编码数值tknbsa、tknbsb接近tknbsc，且在非控制系统解除屏蔽的状况下，系统判定通电屏蔽遭到损坏，立即锁死金融ic禁止读取，
54.其中，tknbsa、tknbsb以及tknbsc的采集方法包括以下步骤：
55.t1：间隔100ms，取得并更新通电金属屏蔽网正向通电时的区域电容数值为基准a，即tknbsa；
56.t2：间隔100ms，取得并更新通电金属屏蔽网负向通电时的区域电容数值为基准b，即tknbsb；
57.t3：取得解除屏蔽时的区域电容值为基准c，即tknbsc。
58.当手指按压时，电流发生改变，此时mcu数据处理模块通过电容数据采集器采集得到的容值计数值为tki(n)，tki(n)在编码区域的位置可定位触控按键位置，根据按键矩阵数量，在不同区域调整金属布线的方式，使得在不同区域手指触摸时，tki(n)处于不同的编码区域，当手指在不同区域按下时，改变的电流因金属布线的差异而不同，在采集器采集得到的基线编码如图5所示，不同的编码区域用来定义触摸发生的定位位置，不同区域的金属布线方式决定了编码区域的差异，因此调整金属布线，使得每个区域的编码尽量平均分布是比较重要的，调整折线的位置、距离、长度，都会影响此编码，以tk4与tk7对比，如图7所示，图7选取tk4与tk7两个区域的布线及电流图，展现不同布线时的编码差异，即二者在布线方式上的差异，使得手指按在tk4与tk7区域时，产生的电流改变有差异，产生的容值分布在不同的编码地区，以正向为例，tk4的基线在0x0695，tk7的基线在0x0746，当编码区域出现接近或重合时，需要修改布线的折线位置或者平行长度来拉开编码区间，图8为先按下tk4，然后立即按下tk7的tki波形图，为方便说明，波形未叠加tkd，常规时都是tki与tkd同时存在，
59.通过tki(n)在编码区域的位置定位触控按键位置的步骤如下：
60.a：以timer定时器计数一定时间进行正负极对调，并在不同时段使用对应的tknbsa或tknbsb进行叠加计算，tknbsa、tknbsb、tknbsc作为tki(n)定位区域触控按键的基准编码，在tki(n)计算时，表示的是无按键区域编码，在不同极性通电时段的无按键编码区域不同，当tki(n)离开tknbsa或tknbsb编码区域时，则判断有按键按下，当tki(n)回到tknbsa或tknbsb编码区域时，则认为按键抬起，此时按键输出为0；
61.b：当正向通电时，通过mcu数据处理模块对采集层的容值计数值进行读取，实时取得此区域的tki(n)，以当前装置为例，tki(n)与当前tknbsa进行比对，若无手指按下，tki(n)应处于tknbsa的+
‑
0x100编码区间内，应该是处于0x2650～0x2850编码区间，表示目前无按键按下，若在某区域手指按下，局部区域电流改变造成的容值改变，使得tki(n)迅速靠近所在区域的编码区间，以tk4为例，当手指触摸在tk4区域时，tki(n)迅速从tknbsa的0x2750下降到tk4的编码区域0x0695(1685)附近，此时的tk4相对于tknbsa下降的数值为判断触控按键位置的tki(n)，当数值相对于tknbsa下降超过8370，但是小于8572时，定位为tk4按下，手指面积越大，改变正相关，按下面积越大则数值下降越多，因此根据基线相对位置的变化，可以取得触控定位位置，当按键抬起时，数值会离开当前编码区域，向tknbsa抬升，当再次按下按键时，会迅速靠近按下区域编码，例如图8中tk4抬起后，按下tk7，tki(n)抬升后，迅速靠近tk7的编码区域0x0746(1862)附近，对应编码区域及按键的生成，但是一般会在低于基线的位置取得按键的区间；
62.c：当负向通电时，通过对容值计数值进行读取，实时取得此区域的tki(n)，将tki(n)数值与当前tknbsb数值进行叠加运算，并且取绝对值运算，若无手指按下，确定当前tki(n)数值所处的编码区间，以此编码区间作为判断此时有无手指按下的标准，并根据tki(n)
的数值变化取得触控按键位置；
63.d：当解除屏蔽时，按键无效，不进行运算，若需要取得触控按键位置时，与普通触控按键相同处理。
64.通电金属屏蔽网与采集器之间的距离改变而导致的容值变化量tkd(n)，当戴手套按下或以其他绝缘物体按下时，不会改变通电金属网表面的电流，此时tki(n)保持不变，此时通过按下时产生的微小压强来判断此类按键，根据电容公式c＝εs/d可知，当按下时，会改变通电金属网与采集层之间的距离，从而改变容值，压强越大则容值变化量越大，将通电金属网作为电容的一极，在固定时间内按压面积s是常量，缩小距离d，则容值迅速变大，此时采集到的数值与金属布线区域不相关，与通电金属网、采集层之间改变的距离呈正相关，使用的fpc的绝缘层的厚度只有0.08mm，以70mm宽度的通电金属屏蔽网pcb来计算，弯曲度不足0.1％，通电金属屏蔽网构成微小形成，因金属层厚度决定了手指按下的行程不会很大，如图9所示，但0.08mm的行程已经足以用来采集数据，按压以50g力度作为轻按，以200g力度作为重按，无按压时，通电金属屏蔽网与感应层之间的空隙为0.08mm，此时通过tknbsa/b修正0基准d
base
。
65.如图9所示，在不同通电时间段，mcu数据处理模块同时对所有的电容a
‑
b1、a
‑
b2、a
‑
b3采集计数值后，得到当前的数值rawdata
a
‑
b1
、rawdata
a
‑
b2
、rawdata
a
‑
b3
，并再次取一段时间后的数值rawdata
a
‑
b1
、rawdata
a
‑
b2
、rawdata
a
‑
b3
，对两次取得的数值使用加权平均的方式得到d
base
tk
a
‑
b1
、d
base
tk
a
‑
b2
、d
base
tk
a
‑
b3
，在没有按键时，此数值平稳且接近同相位的基值，因此，没有按键时的数值不作为判断数值，故用同相位的基值修正为0，称为0基准，图9中el1、el2为通电的电极，el1为正向的一组，el2为负向的一组，当有键按下时，在图中电容b1极对应的位置，有键按下，此时在电容a极与电容b1极之间，产生一个微小的形成，距离d会小于没有按下时的数值，根据公式c＝εs/d可知，相应位置的电容值会迅速变大，因此采集到的数值tkd(b1)相对于0基准迅速上升。
66.通过tkd(n)在编码区域的位置定位触控按键位置的步骤如下：
67.a：当正向通电，若无按键按下时，采集到的对应区域的容值tkn与当前的tknbsa接近，若有按键按下时，则产生tkd(n)，且基线会趋向相对触控按键所在的编码区域，此时使用对应编码区域补偿tknbsa，产生接近于0的d
base
；
68.b：若使用手指按下，此时tki(n)先于tkd(n)定位，tknbsa、tknbsb、tknbsc作为tkd(n)压力按压时，0基准的取得，此数值在计算时，不参与按键定位的计算，同时取得补偿0基准数值，进而tkd(n)可以同tki(n)双定位，若是绝缘物体按下，若是绝缘物体按下，例如戴手套的手指或者铅笔，则tki(n)无改变，基线接近tknbsa，使用tknbsa获取趋近于0的基准，此时有且仅有当前的tkd(n)发生变化，根据tkd(n)定位触摸按压的位置，以tk7为例，当使用手指按下tk7，以50g左右的力度按压时，产生如图13所示的叠加波形，此时使用tk7的基线0x0746减去当前的tkd(n)，则取得图14中所示的基于0基准的波形，当使用戴手套的手指使用同样力度按压时，此时的基线接近tknbsa(0x2750)，故使用tknbsa补偿，同样可以取得如图14所示的tkd(n)波形，使得基线的不同不会干扰按键的判断；
69.c：当负向通电时，同a、b步骤相同，但对比基线为tknbsb；
70.d：当解除屏蔽时，按键无效，不进行运算，若需要取得触控按键位置时，与普通触控按键相同处理。
71.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
72.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。