一种基于多路电容的触摸按键检测电路及方法与流程

本发明涉及触摸按键检测，具体涉及一种基于多路电容的触摸按键检测电路及方法。

背景技术：

1、随着触摸按键技术的不断发展，触摸式按键已经在电器、移动电话、厨房设备、家电产品、工控开关等方面大量应用。传统的机械按键具有易磨损、安装复杂、受温度湿度影响变化较大等缺点，而压电式触摸按键造价高昂，而且容易损坏，受温度湿度影响变化更大等缺点。电容触摸感应式技术完全弥补了以上两种按键的缺点，且具有不怕磨损、防水保护、不受温度、湿度影响、造价低廉、增加产品寿命、可以令产品更加美观，显得更加高档式等优点。

2、电容式触摸按键主要原理就是检测电容的变化，当手指接触时，人体对大地有电容，会引起通道上电容的变化，通过软件的处理，可以识别到手指接触的操作，实现按键的功能。

3、现有的多个触摸按键的检测方法一般是分时去测量每个触摸通道的电容，相当于扫描方式进行采样，每次只采样一个通道。同一时刻只有一个通道使能，不允许两个通道同时使能的情况。

4、通道在使能过程中，通道上会存在对地的耦合电容，会对检测造成一定的干扰，而现有的触摸按键检测电路和检测方法无法消除通道上对地的耦合电容，从而导致触摸按键的抗干扰性不强，使得触摸按键在复杂的干扰环境下经常会出现一些问题，例如自动触发按键功能，并且去执行相应按键的动作，从而容易导致用户不能正常使用设备。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于多路电容的触摸按键检测电路及方法，用于解决现有的触摸按键抗干扰性不强的技术问题，从而达到提高触摸按键抗干扰性的目的。

2、为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种基于多路电容的触摸按键检测电路，包括：fpga单元、多路电容csn、开关disc1、开关disc2、开关clka、开关clkb、开关clk、电容cb、恒压源vref1、恒压源vref以及比较器；

4、所述多路电容csn的一端分别与所述开关disc1、所述开关clkb以及所述开关clka的一端相连接，所述多路电容csn的另一端接地；

5、所述开关disc1的另一端接地，所述开关clka的另一端与所述恒压源vref1的正极相连接，所述恒压源vref1的负极接地；所述开关clkb的另一端分别与所述电容cb、所述开关disc2以及所述开关clk的一端相连接，所述电容cb以及所述开关disc2的另一端接地；

6、所述开关clk的另一端与所述比较器的正极信号输入端相连接，所述比较器的负极信号输入端与所述恒压源vref的正极相连接，所述恒压源vref的负极接地，所述比较器的输出端与所述fpga单元连接；

7、所述多路电容csn的每一路上设置一选择开关，所述选择开关用于选择接地或接到每一路的ts通道上，所述每一路的ts通道上设置有一使能开关，所述使能开关在使能后闭合。

8、作为本发明优选的实施方式，所述多路电容csn用于仅对其中一路电容使能时，通过控制所述开关disc1、所述开关disc2、所述开关clka、所述开关clkb以及所述开关clk，可以得到所述其中一路电容的大小。

9、作为本发明优选的实施方式，所述多路电容csn用于对其中两路电容同时使能时，可以得到两路对地的耦合电容的大小。

10、作为本发明优选的实施方式，所述多路电容csn用于对其中两路电容同时使能时，通过控制所述其中两路电容上的选择开关消除所述两路对地的耦合电容。

11、一种基于多路电容的触摸按键检测方法，利用上述的检测电路进行检测，包括以下步骤：

12、对所述检测电路中多路电容csn的其中两路电容同时使能；

13、将所述其中两路电容上的一选择开关和另一选择开关接到ts通道上后，测量电容，得到第一电容；

14、将所述一选择开关接地，将所述另一选择开关接到ts通道上后，测量电容，得到第二电容；

15、将所述一选择开关接到ts通道上，将所述另一选择开关接地后，测量电容，得到第三电容；

16、根据所述第一电容、所述第二电容以及所述第三电容得到人体等效电容，并基于所述人体等效电容进行检测。

17、作为本发明优选的实施方式，在得到所述人体等效电容时，包括：

18、基于所述第一电容、所述第二电容以及所述第三电容抵消掉pad1和pad2之间的寄生电容和pad2对大地的寄生电容，得到所述人体等效电容，如公式1、公式2、公式3以及公式4所示：

19、val2＝c2+c3 (1)；

20、val1＝c1+c3 (2)；

21、val3＝c1+c2 (3)；

22、c1＝(val1+val2+val3)/2-val2 (4)；

23、式中，val3为所述第一电容，val1为所述第二电容，val2为所述第三电容，val1、val2以及val3均为已知量；c1为所述人体等效电容，c2为所述pad2对大地的寄生电容，c3为所述pad1和pad2之间的寄生电容。

24、作为本发明优选的实施方式，在测量电容时，包括：

25、电路初始化：闭合所述开关disc1和所述开关disc2，其他开关均处于断开状态，将所述多路电容csn和所述电容cb的电量释放为0后，断开所述开关disc1和所述开关disc2；

26、闭合所述开关clka，利用所述恒压源vref1对所述多路电容csn进行充电，使所述多路电容csn的电压达到电压值vref1；

27、断开所述开关clka，闭合所述开关clkb和所述开关clk，判断所述电容cb的电压值是否超过电压值vref；

28、若是，则根据所述电压值vref1、所述电压值vref以及所述电容cb的大小，得到所述多路电容csn的大小；

29、若否，则重复上述步骤，直至所述电容cb的电压值达到电压值vref。

30、作为本发明优选的实施方式，在得到所述多路电容csn的大小时，包括：

31、设第n-1次时所述电容cb的电压值为vn-1，在第n次时，所述多路电容csn的电压被充到vref1，得到公式5：

32、cs*vref1+cb*vn-1＝vn*(cs+cb) (5)；

33、式中，vn为第n次时所述电容cb的电压值；

34、对所述公式5进行整理，得到公式6：

35、

36、式中，cb为所述电容cb的大小，是参考电容，是已知量；cs是所述多路电容csn的大小。

37、作为本发明优选的实施方式，在得到公式6后，包括：

38、设化解所述公式6，得到公式7：

39、vn＝k1vn-1+k2vref1 (7)；

40、构造等比数列，如公式8所示：

41、

42、进行求解，得到公式9：

43、

44、作为本发明优选的实施方式，在得到公式9后，包括：

45、所述公式9中，v0是电路初始化时所述电容cb的电压值，由于在电路初始化时，将所述电容cb的电量释放为0，所以v0＝0，根据所述v0＝0对所述公式9进行化解，得到公式10：

46、

47、根据k1+k2＝1得到公式11：

48、

49、式中，vn电压已知，为vref；n是所述电容cb的电压值达到vref的次数，是已知量；vref1是电路中恒压源的电压值，是已知量。

50、通过所述公式11得到所述多路电容csn的大小cs。

51、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

52、本发明所提供的检测电路允许两个通道同时使能的情况，当同时使能时，两个通道相当于短路，从而可以测得两个通道对地的耦合电容的大小，并通过本发明所提供的检测方法进行操作，从而消除通道上对地的耦合电容，极大地提高了抗干扰性。

53、下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。