电容式液体触控标靶系统及其定位方法

电容式液体触控标靶系统及其定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种电容式液体触控标革E系统及其定位方法，此电容式液体触控标靶系统包括至少一电容式触控按键与微控制器，其中微控制器电性连接电容式触控按键。微控制器用以获取电容式触控按键的电容变化值，并根据电容变化值判断电容式触控按键所在的特定位置是否被液体所喷射触碰。本发明并不需要使用昂贵的压力传感器，而可以通过一个单一芯片来完成，故电容式液体触控标靶系统具有较佳整合性与较低成本。
【专利说明】电容式液体触控标靶系统及其定位方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种标靶系统，且特别涉及一种可以感应喷射液体是否接触特定位置 的电容式液体触控标靶系统及其定位方法。

【背景技术】
[0002] 目前市面上有些小便斗配备有压力传感器，让使用者在如厕时，可以将其喷射的 尿液触碰压力传感器，而使压力传感器产生对应的压力信号。如此，后端的微控制器可以依 据压力信号产生例如声音控制信号或影像控制信号等，以让扬声装置或显示装置输出对应 的声音或影像给使用者。因此，这类型的小便斗可以让使用者在如厕时，增加如厕时的趣味 性与舒适度。
[0003] 然而，压力传感器的成本高昂，而且装设于小便斗上的压力传感器，容易因为清洁 人员清洁时的不注意，导致损坏压力传感器。另外，虽然有人使用机械式按键取代小便斗上 的压力传感器，但使用机械式按键时，须对应地设置印刷电路板于小便斗上，因此其结构将 更为复杂。除此之外，此种配备机械式按键的小便斗依然无法减低高昂的成本，且也容易因 清洁方式不当而毁损。
[0004] 另外一方面，由于电容式触控按键的成本较低，故电容式触控按键逐渐地用来取 代机械式按键。在现有的电容式触控系统中，由于电容式触控按键容易受到其表面上的液 体的影响，因此，多半会设计一个补偿电路，以补偿因液体所产生的电容值变化。目前，并没 有任何厂商与
【发明者】使用液体对电容式触控按键的不良影响来设计标靶系统。


【发明内容】

[0005] 针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种电容式液体触控标 靶系统，此电容式液体触控标靶系统包括至少一电容式触控按键与微控制器，其中微控制 器电性连接电容式触控按键。微控制器用以获取电容式触控按键的电容变化值，并根据电 容变化值判断电容式触控按键所在的特定位置是否被液体所喷射触碰。
[0006] 本发明的目的还在于提供一种定位方法，用于所述电容式液体触控标靶系统，所 述定位方法具有下述步骤：当电容式液体触控标靶系统的微控制器收到红外线人体接近感 应信号、计时开始信号或启动信号，则致能启动定位方法；电容式液体触控标靶系统的微控 制器计算每一电容式触控按键的电容变化值；微控制器找出所述电容变化值的其中一个电 容变化极值与所找出的电容变化极值所对应的电容式触控按键；微控制器判断所找出的电 容变化极值是否符合门限值规范，若判断所找出的电容变化极值不符合门限值规范，则表 示没有任何电容式触控按键所对应的特定位置被液体喷射触碰；若微控制器判断所找出的 电容变化极值符合门限值规范，则微控制器会为该电容变化极值相应的电容式触控按键产 生所对应的控制信号，甚至依据控制信号产生相应的数据，以藉此控制至少一外围装置；以 及微控制器依据红外线人体远离信号、计时结束信号或结束信号，判断是否要结束定位方 法，或是要继续执行定位方法。
[0007] 本发明的有益效果在于，本发明实施例的电容式液体触控标靶系统及其定位方法 并不需要昂贵的压力传感器，而可以通过一个单一芯片来完成，故对应的电容式液体触控 标靶系统具有较佳整合性与较低成本。

【专利附图】

【附图说明】
[0008] 图1A是本发明实施例的电容式液体触控标靶系统的电容式触控按键未被触碰的 示意图。
[0009] 图1B是本发明实施例的电容式液体触控标靶系统的电容式触控按键被手指触碰 的示意图。
[0010] 图1C是本发明实施例的电容式液体触控标靶系统的电容式触控按键被液体喷射 触碰的示意图。
[0011] 图2是本发明实施例的电容式液体触控标靶系统的方框图。
[0012] 图3是本发明实施例的电容式液体触控标靶系统的应用示意图。
[0013] 图4是本发明另一实施例的电容式液体触控标靶系统的应用示意图。
[0014] 图5是本发明实施例的执行于电容式液体触控标靶系统的定位方法的流程图。
[0015] 其中，附图标记说明如下：
[0016] 100、200、304 :微控制器
[0017] 102:使用者
[0018] 104 :手指
[0019] 1〇6 :液体
[0020] 2 :电容式液体触控标靶系统
[0021] 202:通信装置
[0022] 204、302 :显示装置
[0023] 208、303 :扬声装置
[0024] 210 :存储装置
[0025] 300 :小便斗本体
[0026] 400 :透明塑胶基板
[0027] 402 :水枪
[0028] 404 :水柱
[0029] C1、C2:电容
[0030] C0N1、C0N2:导体
[0031] EL:电力线
[0032] 0L :镀膜
[0033] S501?S506 :步骤流程
[0034] TK1?TKN :电容式触控按键

【具体实施方式】
[0035] 本发明实施提供一种电容式液体触控标靶系统，其具有至少一电容式触控按键与 微控制器，其中电容式触控按键电性连接微控制器。当电容式触控按键上有液体时，其电容 值将会有所变化。微控制器则用以检测电容式触控按键的电容值变化，以判断液体是否喷 射至电容式触控按键所对应的特定位置。于本发明实施例中，电容式液体触控标靶系统还 可以包括显示装置、扬声装置、存储装置与/或通信装置，但本发明并不限制于此。除此之 夕卜，本发明实施例还提供一种用于上述电容式液体触控标靶系统的定位方法。
[0036] 在其中一种应用中，电容式液体触控标靶系统为可以增加如厕趣味的小便斗装 置，所述电容式触控按键可以是铜箔或金属氧化物导体，且设置于小便斗本体的内璧面的 表面、小便斗本体的内或外侧壁面，当使用者的尿液喷射到电容式触控按键所对应的特定 位置，则微控制器产生对应的显示信号与声音信号指示使用者将尿液喷射至其他特定位 置。
[0037] 在另外一种应用中，电容式液体触控标靶系统为水枪游戏系统，所述电容式触控 按键可以是铜箔或金属氧化物导体，且设置于基板的表面上或基板之内。当水枪的液体喷 射到电容式触控按键所对应的特定位置，则微控制器产生对应的分数信号，并统计目前的 总得分。另外，应当理解的是，上述应用仅是本发明多种应用的其中一部分，本发明并不局 限于上述应用。
[0038] 接着，将以多个实施例配合【专利附图】

【附图说明】介绍本发明实施例所提供的电容式液体触控 标靶系统。然而，应当理解的是，本发明概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限 于本文中所阐述的实施例。
[0039] [电容式液体触控标靶系统的感测原理]
[0040] 请参照图1A至图1C，图1A至图1C用以解释本发明实施例的电容式液体触控标靶 系统的感测原理，其中图1A是本发明实施例的电容式液体触控标靶系统的电容式触控按 键未被触碰的示意图，图1B是本发明实施例的电容式液体触控标靶系统的电容式触控按 键被手指触碰的示意图，而图1C是是本发明实施例的电容式液体触控标靶系统的电容式 触控按键被液体喷射触碰的示意图。
[0041] 于图1A中，电容式触控按键由两个导体C0N1与C0N2构成，其中导体C0N1的一端 连接微控制器100的一端，且微控制器100的另一端与导体C0N2的一端连接至接地。导体 C0N1与导体C0N2并未直接连接或接触，而相隔了一段距离。另外，一层镀膜0L用以覆盖导 体C0N1与C0N2,以保护导体C0N1与C0N2。在此请注意，于图1A中，导体C0N2的一端可以 真实地连接接地或虚拟地连接接地。另外，于其他实施方式中，导体C0N2的一端亦可连接 特定电压信号。
[0042] 当微控制器100传送扫描信号给导体C0N1时，导体C0N1上的电荷会通过电场的 电力线EL流入导体C0N2。因此，微控制器100得以据此量测导体C0N1与C0N2之间所形成 的电容。于图1A中，当电容式触控按键未被使用者的手指所触碰时，因此，微控制器100所 量测到的电容式触控按键的电容仅由导体C0N1与C0N2所形成。
[0043] 于图1B中，使用者102的手指104触碰到电容式触控按键，会有额外的寄生电容 (图1B未绘示）与电容C1、C2产生。因此，当微控制器100传送扫描信号给导体C0N1时， 电场会有所改变，且电场的电力线EL亦会有所改变，导致图1A与图1B的微控制器100所 接收的感测信号之间相差了差异电流h、i 2，因此，图1B的微控制器100可以根据差异电流 h与i2获得电容变化值，来判断使用者102的手指104是否触碰到电容式触控按键。
[0044] 于图1C中，当液体106喷射于电容式触控按键所对应的特定位置时，会有额外的 寄生电容（图1C未绘示）生成于电容式触控按键中。因此，当微控制器100传送扫描信号 给导体CON1时，电场会有所改变，且电场的电力线EL亦会有所改变，导致图1A与图1C的 微控制器100所接收的感测信号之间相差了差异电流i' i，因此，图1C的微控制器100可 以根据差异电流i' i获得电容变化值，来判断液体106是否喷射于电容式触控按键所对应 的特定位置。
[0045] 现行电容式触控系统会尝试将图1C中液体106对电容式触控按键的影响进行补 偿，以进一步地判断使用者102的手指104是否触碰到电容式触控按键。然而，本发明却反 过来利用液体对电容式触控按键会有不良影响的原理，来判断液体106是否喷射于电容式 触控按键所对应的特定位置，以进一步地提供电容式液体触控标靶系统。
[0046] [电容式液体触控标靶系统的实施例]
[0047] 以下将针对电容式液体触控标靶系统的实现方式做进一步地介绍。请参照图2,图 2是本发明实施例的电容式液体触控标靶系统的方框图。电容式液体触控标靶系统2包括 至少一电容式触控按键TK1?TKN与微控制器200,且电容式液体触控标靶系统2可以选择 性地包括外围装置，其中外围装置包括通信装置202、显示装置204、扬声装置208与存储装 置210的至少其中之一，但上述外围装置的种类与类型并非用以限制本发明。于本发明实 施例中，微控制器200电性连接电容式触控按键TK1?TKN、通信装置202、显示装置204、扬 声装置208与存储装置210。
[0048] 电容式触控按键TK1?TKN可以是任何种类的导体，例如为铜箔或铟锡氧化物，然 而，本发明却不限定于此。电容式触控按键TK1?TKN可以设置于基板的表面上，且可以具 有特定图形，以作为液体喷射触碰的目标。另外，电容式触控按键TK1?TKN亦可以设置于 基板之内。
[0049] 微控制器200用以传送扫描信号给电容式触控按键TK1?TKN，并藉此获取电容式 触控按键TK1?TKN的电容值。当液体喷射至电容式触控按键TKi所对应的特定位置时， 电容式触控按键TKi的电容值会有所变化，因此微控制器200可以藉此获得电容式触控按 键TKi的电容变化值，其中i等于1至N的整数。
[0050] 另外，若液体对电容式触控按键TK1?TKN所造成的不良影响为增加电容值，则微 控制器200可以找出最大的电容增幅值，并依据最大的电容增幅值是否介于门限值范围， 来判断最大的电容增幅值所对应的电容式触控按键是否有被液体喷射触碰。于上述实施方 式中，微控制器200亦可以依据最大的电容增幅值是否大于门限值，来判断最大的电容增 幅值所对应的电容式触控按键是否有被液体喷射触碰。
[0051] 若液体对电容式触控按键TK1?TKN所造成的不良影响为减少电容值，则微控制 器200可以找出最大的电容减幅值，并依据最大的电容减幅值是否介于门限值范围，来判 断最大的电容减幅值所对应的电容式触控按键是否有被液体喷射触碰。于上述实施方式 中，微控制器200亦可以依据最大的电容减幅值是否小于门限值，来判断最大的电容减幅 值所对应的电容式触控按键是否有被液体喷射触碰。
[0052] 虽然，上述多种判断方式仅能检测电容式触控按键TK1?TKN的其中之一所在的 特定位置是否被液体喷射触碰，但本发明却不限定于此。于其他实施方式中，微控制器200 亦可以依据每一个电容式触控按键TK1?TKN的电容变化值是否介于门限值范围，来判断 每一个电容式触控按键TK1?TKN所在的特定位置是否有被液体喷射触碰。于上述实施方 式中，微控制器200亦可以依据每一个电容式触控按键TK1?TKN的电容变化值是否大于 门限值（若液体对电容式触控按键TK1?TKN所造成的不良影响为增加电容值）或小于门 限值（若液体对电容式触控按键TK1?TKN所造成的不良影响为减少电容值），来判断每一 个电容式触控按键TK1?TKN所在的特定位置是否有被液体喷射触碰。
[0053] 另外，上述微控制器200的选择与/或其内部工作参数的设定可以依据电容式 触控按键TK1?TKN的特性、基板特性、检测精确度需求与液体喷射起点至电容式触控按 键TK1?TKN所在的特定位置的距离来决定。举例来说，微控制器200检测电容式触控 按键TK1?TKN的方式可以依据情况采用模数转换器（ADC)架构、充放电转移（charge transfer)架构、松弛震荡（oscillation)方式架构、差分积合（delta sigma)方式架构、自 感式架构或互感式架构等达到电容式触控感测原理的方法。
[0054] 当微控制器200检测到电容式触控按键（例如，TK1)所在的特定位置被液体喷射 触碰，则微控制器200可以产生电容式触控按键TK1所对应的控制信号，甚至依据控制信号 产生相应的数据。所述控制信号可以用来控制通信装置202、显示装置204、扬声装置208 与存储装置210的至少其中之一，以藉此产生相应的数据传送给远端的接收装置、显示对 应信息、输出对应音乐或音效或存储相应的数据。
[0055] 总而言之，本发明实施例的电容式液体触控标靶系统2并不需要使用压力传感 器，而可以通过一个单一芯片来完成，故具有较佳整合性与较低成本。除此之外，电容式液 体触控标靶系统2可以搭配不同软件，而有不同的游戏方式，或者具有不同的训练作用。举 例来说，电容式液体触控标靶系统2中的电容式触控按键TK1?TKN可以分别产生不同控 制信号来控制扬声装置产生输出不同音阶的声音。
[0056] [电容式液体触控标靶系统的应用的实施例]
[0057] 以下将说明电容式液体触控标靶系统的一种应用。请参照图3,图3是本发明实施 例的电容式液体触控标靶系统的应用示意图。于图3的实施例中，电容式液体触控标靶系 统为小便斗装置，电容式触控按键TK1?TK8分别设置于小便斗本体300的内壁面上。于 此实施例中，电容式触控按键TK1?TK8为铜箔，而基板则是小便斗本体300。另外，在其 他实施例，电容式触控按键TK1?TK8可以是设置于玻璃基板内的铟锡氧化物，且此玻璃基 板可以设置于小便斗本体300的内壁面。甚至，在另一种实施例中，电容式触控按键TK1? TK8设置于小便斗本体300的内部或外侧壁面。
[0058] 于本发明实施例中，微控制器304设置于小便斗本体300的后面，且电性连接显示 装置302,且扬声装置303亦被整合至显示装置302。于电容式触控按键TK1?TK8所在的 特定位置被尿液喷射触碰时，其微控制器304可以指示扬声装置303分别产生DO、RE、ME、 FA、SO、LA、SI、高音DO等音阶信号，且进一步地，显示装置302被控制可以显示引领使用者 依据将尿液喷射至电容式触控按键TK1?TK8所对应的特定位置的其中之一，以藉此弹出 一首特定歌曲，例如小蜜蜂。
[0059] 另外，此处的小便斗装置亦可以经过些微修改而变成具有尿液标把的小便斗装 置、用以提醒尿液时间长短的小便斗装置、用以引导与训练使用者将尿液喷射至特定方向 的小便斗装置、作为训练小孩小便的小便斗装置或为具有电玩游戏功能的小便斗装置。总 而言之，此处的应用并非用以限制本发明。
[0060] [电容式液体触控标靶系统的应用的另一实施例]
[0061] 以下将说明电容式液体触控标靶系统的另一种应用。请参照图4,图4是本发明 另一实施例的电容式液体触控标靶系统的应用示意图。电容式液体触控标靶系统为水枪游 戏系统，于此实施例中，水枪游戏系统的多个电容式触控按键TK1?TK7形成于透明塑胶板 400之内，且可以为铟锡氧化物。透明塑胶基板400与显示面板（图4未绘示）连接，故可 以显示多个电容式触控按键TK1?TK7所形成的特定图案，且甚至可以显示使用者使用水 枪402喷射水柱404命中多个电容式触控按键TK1?TK7之特定位置所获得的积分。
[0062] 另外，较佳地，水枪游戏系统还可以具有通信装置，可以与另一使用者进行通信， 以让两个使用者竞争积分，而有更多的趣味。如图4所示，水枪游戏系统还显示了竞争者的 积分。除此之外，此实施例的应用亦同样地非用以限制本发明。
[0063] [电容式液体触控标靶系统的定位方法的实施例]
[0064] 接着，将说明电容式液体触控标靶系统的定位方法，但要说明的是，下述实施例的 定位方法并非用以限制本发明。图5是本发明实施例的执行于电容式液体触控标靶系统的 定位方法的流程图。
[0065] 首先，在步骤S501中，当微控制器收到红外线人体接近感应信号、计时开始信号 或一启动信号，则致能启动定位方法。在步骤S502中，微控制器计算每一电容式触控按键 的电容变化值。接着，在步骤S503中，微控制器找出多个电容变化值的其中一个电容变化 极值（最大的电容增幅值或最大的电容减幅值）及所找出的电容变化极值所对应的电容式 触控按键。更精确地说，若液体对电容式触控按键所造成的不良影响为增加电容值，则微控 制器找出最大的电容增幅值及该最大的电容增幅值所对应的电容式触控按键；若液体对电 容式触控按键所造成的不良影响为减少电容值，则微控制器找出最大的电容减幅值及该最 大的电容减幅值所对应的电容式触控按键。
[0066] 然后，在步骤S504中，微控制器判断所找出的电容变化极值是否符合门限值规 范。该门限值规范的定义可以为电容变化极值是否介于门限值范围，或者所找出的电容变 化极值是否大于门限值（若液体对电容式触控按键所造成的不良影响为增加电容值）或小 于门限值（若液体对电容式触控按键所造成的不良影响为减少电容值）。若判断所找出的 电容变化极值未符合门限值规范，即表示没有任何电容式触控按键所对应的特定位置被液 体喷射触碰，则步骤S506会被执行。若判断所找出的电容变化极值符合门限值规范，则接 着执行步骤S505。
[0067] 于步骤S505中，微控制器会产生电容变化极值的电容式触控按键所对应的控制 信号，甚至依据控制信号产生相应的数据，以藉此控制外围装置，或者通过外围装置传送或 存储数据。接着，于步骤S506中，微控制器会判断是否要结束定位方法。若判断要结束定 位方法，则定位方法会终止；若判断不要结束定位方法，则步骤S502会重新地被执行。判断 是否要结束定位方法的方式可以是基于红外线人体远离感应信号、计时结束信号或一结束 信号。
[0068][实施例的可能结果]
[0069] 综上所述，本发明实施例的电容式液体触控标靶系统及其定位方法并不需要使用 昂贵的压力传感器，而可以通过一个单一芯片来完成，故电容式液体触控标靶系统具有较 佳整合性与较低成本。除此之外，于本发明实施例的其中一种应用中，电容式液体触控标靶 系统可以是小便斗装置，以藉此增加如厕的趣味或可以对使用者进行小便训练。
【权利要求】
1. 一种电容式液体触控标祀系统，其特征在于，该电容式液体触控标祀系统包括： 至少一电容式触控按键；以及 一微控制器，电性连接该电容式触控按键，用以获取该电容式触控按键的一电容变化 值，并根据该电容变化值判断该电容式触控按键所在的一特定位置是否被液体所喷射触 碰。
2. 如权利要求1所述的电容式液体触控标祀系统，其中该电容式触控按键为一金属或 一金属氧化物导体。
3. 如权利要求1所述的电容式液体触控标靶系统，其中该电容式触控按键设置于一基 板的表面上或一基板之内。
4. 如权利要求1所述的电容式液体触控标靶系统，还包括： 至少一外围装置，该外围装置电性连接该微控制器，受控于该微控制器； 当该电容式触控按键所在的该特定位置被该液体所喷射触碰时，该微控制器产生对应 该电容式触控按键的一控制信号给该外围装置。
5. 如权利要求4所述的电容式液体触控标靶系统，其中该外围装置包括一通信装置、 一显不装置、一扬声装置与一存储装置的至少其中之一。
6. 如权利要求1所述的电容式液体触控标靶系统，其中该电容式液体触控标靶系统为 一小便斗装置。
7. 如权利要求6所述的电容式液体触控标靶系统，其中多个电容式触控按键设置于一 小便斗本体的一内壁面上、外壁面上或该小便斗本体之内，且该小便斗装置包括一显示装 置与一扬声装置，其中该显示装置与该扬声装置电性连接该微控制器。
8. 如权利要求7所述的电容式液体触控标靶系统，其中当该微控制器判断所述多个 电容式触控按键的一最大电容变化值是否大于或等于一门限值，若该最大电容变化值大于 或等于该门限值，则该控制器为该最大电容变化值相应的该电容式触控按键产生一控制信 号，以使该扬声装置输出对应该控制信号的一音阶信号。
9. 如权利要求7所述的电容式液体触控标靶系统，其中该显示装置用以指示一使用者 依序将尿液喷射至所述电容式触控按键所对应的所述特定位置的其中之一，以弹奏出一特 定歌曲。
10. -种定位方法，用于一电容式液体触控标祀系统，其特征在于，该定位方法包括步 骤： 当该电容式液体触控标靶系统的一微控制器收到一红外线人体近接感应信号、一计时 开始信号或一启动信号，则致能启动该定位方法； 该电容式液体触控标靶系统的一微控制器计算每一电容式触控按键的电容变化值； 该微控制器找出所述电容变化值的其中一个电容变化极值与所找出的该电容变化极 值所对应的电容式触控按键； 微控制器判断所找出的该电容变化极值是否符合一门限值规范，若判断所找出的该电 容变化极值不符合该门限值规范，则表示没有任何电容式触控按键所对应的特定位置被液 体喷射触碰； 若微控制器判断所找出的该电容变化极值符合该门限值规范，则微控制器会产生所找 出的该电容变化极值的电容式触控按键所对应的一控制信号，甚至依据该控制信号产生相 应的数据，以藉此控制至少一外围装置；以及 该微控制器依据一红外线人体远离信号、一计时结束信号或一结束信号，判断是否要 结束该定位方法，或是要继续执行该定位方法。
【文档编号】G05B19/042GK104216306SQ201310213165
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年5月29日 优先权日:2013年5月29日
【发明者】陈宏宾, 杨春田 申请人:十速兴业科技（深圳）有限公司, 十速科技股份有限公司