CN101833121B - 一种双耦合型检测电路、雨量传感器及雨量识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电子传感器技术领域，提供了一种双耦合型检测电路、触摸屏终端、雨量传感器及汽车。双耦合型检测电路包括：感应电极；与感应电极相耦合的互耦电极；对互耦电极进行驱动的第一驱动信号发生单元；通过电阻或等效电阻与感应电极电连接、且与互耦电极在不同时段被驱动的自耦电极；对自耦电极进行驱动的第二驱动信号发生单元，其与自耦电极连接；AD检测通道，用于接收所述感应电极输入的检测信号。本发明基于稳定性和灵活性更优的电容检测技术，结合自耦与互耦检测，可以通过简单的检测电路达到有效地区分雨水与人手或其它接地导体的目的，尤其当应用于汽车前挡风玻璃时，可有效地检测出雨刮片的动作，从而可以使汽车雨刮的控制更准确。

Description

一种双耦合型检测电路、雨量传感器及雨量识别方法

技术领域

本发明属于电子传感器技术领域，尤其涉及一种双耦合型检测电路、雨量传感器及雨量识别方法。

背景技术

目前存在的雨量检测技术大约有：凹槽蚀刻金属检测、红外线感应检测和光敏电阻检测、电容感应检测等。

凹槽蚀刻金属检测要求在玻璃上蚀刻凹槽，再将雨量感应器以双层金属蚀刻于凹槽中，下雨时雨水流进凹槽，使金属短路，从而达到检测。这种做法难度高，不灵活。

红外线检测是将检测器安装在玻璃内侧，由发射器发射红外线经玻璃折射，再由接收器接收。当下雨时，玻璃表面附有水滴，红外折射受到影响，接收器通过收到红外线的强弱及变化来判断。该检测容易受外界光线、玻璃透光性、玻璃厚度和膨胀度等因素的影响，其稳定性有限。

光敏电阻感应检测是利用下雨时，雨滴遮挡了部分光线从而被感应。它要求手动调节一定阈值，且在阴天或突然从光线强的地方进入光线暗的地方(如树荫或过隧道)等情况下也有可能误检测，其稳定性和自动化程度不佳。

电容感应检测技术分为自耦和互耦检测，自耦检测技术是检测感应电极与地之间的耦合电容变化情况，而互耦技术是检测感应电极与驱动电极之间耦合电容的变化情况。电容感应技术对雨滴有一定的感应灵敏度，虽然灵敏度会由玻璃厚度决定，但它不会受光线、玻璃透光性及膨胀度等影响，稳定性优于以上检测技术，但电容检测同样容易受人手或其它接地导体等干扰。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种双耦合型检测电路，旨在解决现有的雨量检测技术所存在的技术难度高、灵活性差、稳定性不佳、易受干扰的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种双耦合型检测电路，包括：

通过电容或等效电容接地的感应电极；

与所述感应电极相电容耦合的互耦电极，用于进行互电容模式检测；

对所述互耦电极进行驱动的第一驱动信号发生单元，其与所述互耦电极连接；

通过电阻或等效电阻与所述感应电极电连接的自耦电极，用于进行自电容模式检测；

对所述自耦电极进行驱动的第二驱动信号发生单元，其与所述自耦电极连接；

AD检测通道，用于接收所述感应电极输入的检测信号；

所述第一驱动信号发生单元对所述互耦电极的驱动与所述第二驱动信号发生单元对所述自耦电极的驱动在不同时段进行，在第一驱动信号发生单元对互耦电极进行驱动时，第二驱动信号发生单元对自耦电极输出直流，让其相当于交流接地；在第二驱动信号发生单元对自耦电极进行驱动时，第一驱动信号发生单元对互耦电极输出直流，让其相当于交流接地。

本发明实施例还提供了一种包含双耦合型检测电路的触摸屏终端，所述双耦合型检测电路包括：

感应电极；

与所述感应电极相耦合的互耦电极，用于进行互电容模式检测；

对所述互耦电极进行驱动的第一驱动信号发生单元，其与所述互耦电极连接；

通过电阻或等效电阻与所述感应电极电连接的自耦电极，用于进行自电容模式检测；

对所述自耦电极进行驱动的第二驱动信号发生单元，其与所述自耦电极连接；

AD检测通道，用于接收所述感应电极输入的检测信号；

所述第一驱动信号发生单元对所述互耦电极的驱动与所述第二驱动信号发生单元对所述自耦电极的驱动在不同时段进行，在第一驱动信号发生单元对互耦电极进行驱动时，第二驱动信号发生单元对自耦电极输出直流，让其相当于交流接地；在第二驱动信号发生单元对自耦电极进行驱动时，第一驱动信号发生单元对互耦电极输出直流，让其相当于交流接地。

本发明实施例还提供了一种雨量传感器，包括如上所述的双耦合型检测电路。

本发明实施例还提供了一种汽车，其挡风玻璃外安装有雨刮器，在所述挡风玻璃内侧对应所述雨刮器能够刮扫经过的区域中设有如上所述的雨量传感器。

本发明实施例还提供了一种雨量识别方法，包括以下步骤：

步骤a，驱动与感应电极相耦合的互耦电极，得到互耦电容值；

步骤b，在与步骤a不同的时段驱动与感应电极电连接的自耦电极，得到自耦电容值；

步骤a与步骤b具体为，在第一驱动信号发生单元对互耦电极进行驱动时，第二驱动信号发生单元对自耦电极输出直流，让其相当于交流接地，在第二驱动信号发生单元对自耦电极进行驱动时，第一驱动信号发生单元对互耦电极输出直流，让其相当于交流接地；

步骤c，若所述互耦电容值与所述自耦电容值均增大，则识别为有雨量存在。

本发明实施例基于稳定性和灵活性更优的电容检测技术，结合自耦与互耦检测，可以通过简单的检测电路结构达到有效地区分雨水与人手或其它接地导体的目的，尤其当应用于汽车前挡风玻璃时，它还能够有效地检测出雨刮片的动作，从而可以使汽车雨刮的控制更准确。

附图说明

图1是本发明实施例提供的双耦合型检测电路的结构原理图；

图2A、图2B、图2C、图2D分别是图1所示电路结构图中互耦电极与感应电极的具体结构设计示意图；

图3是将图1所示电路结构用于互耦检测时的等效电路模型示意图；

图4是将图1所示电路结构用于自耦检测时的等效电路模型示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，结合自耦检测和互耦检测技术，实现区分雨水与人手或其它接地导体，同时还可以应用于触摸屏终端进行触摸操作的识别。

图1示出了本发明实施例提供的双耦合型检测电路的结构原理，为了便于描述，仅示出了与本实施例相关的部分。

参照图1，双耦合型检测电路包括用于进行互电容模式检测的互耦电极A1、用于进行自电容模式检测的自耦电极A2、感应电极B以及第一驱动信号发生单元1、第二驱动信号发生单元2、AD检测通道3。其中互耦电极A1与感应电极B相耦合，第一驱动信号发生单元1与互耦电极A1连接，用于驱动互耦电极A1。自耦电极A2通过电阻或等效电阻R与感应电极B电连接，第二驱动信号发生单元2与自耦电极A2连接，用于驱动自耦电极A2，且第一驱动信号发生单元1对互耦电极A1的驱动与第二驱动信号发生单元2对自耦电极A2的驱动在不同时段进行，如当前时段仅由第一驱动信号发生单元1对互耦电极A1进行驱动，而下一时段仅由第二驱动信号发生单元2对互耦电极A2进行驱动。

上述检测电路工作时，互耦电容Cx或自耦电容(Cx与C1之和)的相关信息可反映至感应电极B上，AD检测通道3接收感应电极B输入的检测信号，其中第一驱动信号发生单元1、第二驱动信号发生单元2可采用同一块控制芯片实现，第一驱动信号发生单元1和第二驱动信号发生单元2分别为该芯片的两个交替输出信号的I/O输出端口，而且AD检测通道3输出的检测结果也可以输出至该芯片，同时AD也可以包含在该芯片内部，整个检测过程由该芯片触发，再由该芯片根据检测结果进行后续控制动作。

图1中虚线表示的Cx为互耦电极A1和感应电极B之间形成的耦合电容，电路正常工作时在感应电极B和地之间会形成寄生电容，具体实施时还可以再将感应电极B另行接一个电容或等效电容，与感应电极B和地之间所形成的寄生电容构成并联结构，图1所示的电容C1即表示电路寄生电容与另行接入的电容之和。C1与自耦和互耦的检测相配套，决定了检测的灵敏度和稳定性，因此从工作原理上看至少该寄生电容是不可缺少的。

本发明实施例中，互耦电极A1位于感应电极B的外部，呈包围、半包围或两边包围结构，图2A和图2B分别是一种简单的半包围和两边包围的结构设计，而图2C则是另一种齿形交错的半包围结构设计。上述包围形式均有以下优点：一、可以使互耦电极A1与感应电极B之间的正对面积尽可能的大，从而实现电极总面积一定的情况下它们之间的互耦电容尽可能大；二、雨水掉入这个正对间隔中才能产生较佳的检测效果，因此正对面积越大可以使整个检测电路检测雨水的灵敏度更高；三、互耦电极A1在四周，可以屏蔽外界对感应电极B的干扰；四、当互耦电极A1没有接收到驱动信号即相当于接地时，可以使感应电极B有很大且稳定的电容，从而在自耦检测时不易受附近其它接地导体的影响。

图2D是一种多电极形式的检测电路，图中有A11～A14四个相隔离的子互耦电极、一个感应电极B和一个自耦驱动电极A2，它具有图2A～2C的优点外，由于互耦驱动电极增多，对于小范围内雨(如电极A11与感应电极B之间)的感应灵敏度更高，具体实施时，可选择任意数量的子互耦电极。

以上的感应电极与驱动电极都只是一种实施例，同样也可以将它们反过来实施，即自耦电极(它通过电阻或等效电阻与感应电极相连形成一整体)和互耦电极的位置可互换。

图3是将图1中的第一驱动信号发生单元1对互耦电极A1进行驱动(如通过方波信号驱动)，而第二驱动信号发生单元2则不驱动自耦电极A2(此时第二驱动信号发生单元2对自耦电极A2输出直流，让其相当于交流接地)时的等效电路模型，此时自耦电极A2相当于接地，适用于互耦检测。

当进行互耦检测时，如果有雨水存在，互耦电极A1与感应电极B之间的互耦电容Cx会增大，而人手(或汽车雨刮片)靠近时，其互耦电容Cx会减小，如果在静态的环境下进行检测，单独以图3的电路模型便可以实现，但当雨刮器启动后不断从感应极经过，造成检测电容不断变化的动态情况下，***是无法得知哪些变化是由雨量或雨刮片的干扰所引起，因此不能有效地实现雨量大小检测和雨刮器档位的控制。

图4是将图1中的第一驱动信号发生单元1不对互耦电极A1进行驱动(此时第一驱动信号发生单元1对互耦电极A1输出直流，让其相当于交流接地)，而第二驱动信号发生单元2对自耦电极A2进行驱动时的等效电路模型，此时互耦电极A1相当于接地，适用于自耦检测，所以Cx也成了电容，所以这里的电容C相当于C1+Cx。

对于自耦检测，无论是雨水、人手或雨刮片对其的影响都是一致(呈现增大的变化)的，所以它单独用来检测雨量时，很容易受外界的影响而出错。

综合以上图3和图4的两种检测方法，刚好可以解决目前存在的各种不足和问题，本发明实施例基于以上检测电路特此提供了一种雨量识别方法，具体包括以下步骤：

步骤a，驱动与感应电极相耦合的互耦电极，得到互耦电容值；

步骤b，在与步骤a不同的时段驱动与感应电极电连接的自耦电极，得到自耦电容值；

步骤c，若互耦电容Cx的值与自耦电容C的值均增大，则识别为有雨量存在。

可以根据上述三步骤唯一确认雨量，而与其它情况区分开来。

另外考虑到其他的各种情况，上述方法进一步包括以下步骤：

步骤d，若互耦电容Cx的值减小而自耦电容C的值增大，则识别为有人手或接地导体的靠近；

反之则有步骤e，若互耦电容Cx的值增大而自耦电容C的值减小，则识别为有人手或接地导体的远离。

当上述雨量识别方法应用于汽车雨量检测并需要根据检测结果进行雨刮器控制时，还包括以下步骤：

步骤f，若步骤d和步骤e交替出现，则识别为雨刮器处于工作状态。

同时，为使***掌握雨刮器的工作状态，以保证它的稳定可靠，还可以进一步包括步骤g：根据步骤f中互耦电容值和自耦电容值的变化频率判断雨刮器的当前工作档位。如变化频率较高时，则判断为工作在高档，如变化频率较低时，则判断为工作在低档。

进一步地，还可以判断雨量的具体大小：

步骤h，在雨刮器刮扫经过感应电极的位置起始的预设时间内，通过检测数据互耦电容值和自耦电容值变化量的大小判断雨量的大小。当检测到雨刮器刚刚经过感应电极B后，可以通过以这一时刻作为开始时间点，通过从这一时刻点开始的一段时间内检测数据变化量的大小，可以获知雨量的有无与大小。

上述双耦合型检测电路可用于汽车的雨量传感器，将包含上述双耦合型检测电路的雨量传感器设置在汽车挡风玻璃的内侧，对应在挡风玻璃外安装的雨刮器能够刮扫经过的区域。

本发明实施例提供的双耦合型检测电路除了对汽车雨刮器的检测能够体现出极大的优势外，对于其它环境下的雨量检测是同样可行的，比如可以通过检测雨量而控制开启和关闭的自动窗户，同时还可以应用于触摸屏终端进行触摸操作的识别。

本发明实施例基于稳定性和灵活性更优的电容检测技术，结合自耦与互耦检测，可以通过简单的检测电路结构达到有效地区分雨水与人手或其它接地导体的目的，尤其当应用于汽车前挡风玻璃时，它还能够有效地检测出雨刮片的动作，从而可以使汽车雨刮的控制更准确。进一步将互耦电极设计为包围感应电极的结构，使得两者之间的正对面积和互耦电容尽可能的大，雨水掉入两者的正对间隔中才能产生较佳的检测效果，因此正对面积越大可以使整个检测电极检测雨水的精度更高，而且互耦电极在感应电极的四周，可以屏蔽外界对感应电极的干扰，当互耦电极没有接收到驱动信号即相当于接地时，可以使感应电极有很大且稳定的电容，从而在自耦检测时不易受附近其它接地导体的影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种双耦合型检测电路，其特征在于，包括：

通过电容或等效电容接地的感应电极；

与所述感应电极相电容耦合的互耦电极，用于进行互电容模式检测；

对所述互耦电极进行驱动的第一驱动信号发生单元，其与所述互耦电极连接；

通过电阻或等效电阻与所述感应电极电连接的自耦电极，用于进行自电容模式检测；

对所述自耦电极进行驱动的第二驱动信号发生单元，其与所述自耦电极连接；

AD检测通道，用于接收所述感应电极输入的检测信号；

所述第一驱动信号发生单元对所述互耦电极的驱动与所述第二驱动信号发生单元对所述自耦电极的驱动在不同时段进行，在第一驱动信号发生单元对互耦电极进行驱动时，第二驱动信号发生单元对自耦电极输出直流，让其相当于交流接地；在第二驱动信号发生单元对自耦电极进行驱动时，第一驱动信号发生单元对互耦电极输出直流，让其相当于交流接地。

2.如权利要求1所述的双耦合型检测电路，其特征在于，所述互耦电极位于所述感应电极外部，呈包围、半包围或两边包围结构。

3.如权利要求1所述的双耦合型检测电路，其特征在于，所述互耦电极包括多个子互耦电极。

4.如权利要求1所述的双耦合型检测电路，其特征在于，所述互耦电极与所述自耦电极的位置可互换。

5.一种触摸屏终端，其特征在于，包括双耦合型检测电路；所述双耦合型检测电路包括：

感应电极；

与所述感应电极相耦合的互耦电极，用于进行互电容模式检测；

对所述互耦电极进行驱动的第一驱动信号发生单元，其与所述互耦电极连接；

通过电阻或等效电阻与所述感应电极电连接的自耦电极，用于进行自电容模式检测；

对所述自耦电极进行驱动的第二驱动信号发生单元，其与所述自耦电极连接；

AD检测通道，用于接收所述感应电极输入的检测信号；

所述第一驱动信号发生单元对所述互耦电极的驱动与所述第二驱动信号发生单元对所述自耦电极的驱动在不同时段进行，在第一驱动信号发生单元对互耦电极进行驱动时，第二驱动信号发生单元对自耦电极输出直流，让其相当于交流接地；在第二驱动信号发生单元对自耦电极进行驱动时，第一驱动信号发生单元对互耦电极输出直流，让其相当于交流接地。

6.一种雨量传感器，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的双耦合型检测电路。

7.一种汽车，其挡风玻璃外安装有一雨刮器，其特征在于，在所述挡风玻璃内侧对应所述雨刮器能够刮扫经过的区域中设有如权利要求6所述的雨量传感器。

8.一种雨量识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a，驱动与感应电极相耦合的互耦电极，得到互耦电容值；

步骤b，在与步骤a不同的时段驱动与感应电极电连接的自耦电极，得到自耦电容值；

步骤a与步骤b具体为，在第一驱动信号发生单元对互耦电极进行驱动时，第二驱动信号发生单元对自耦电极输出直流，让其相当于交流接地，在第二驱动信号发生单元对自耦电极进行驱动时，第一驱动信号发生单元对互耦电极输出直流，让其相当于交流接地；

步骤c，若所述互耦电容值与所述自耦电容值均增大，则识别为有雨量存在。

9.如权利要求8所述的雨量识别方法，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤d，若所述互耦电容值减小而所述自耦电容值增大，则识别为有人手或接地导体的靠近；

步骤e，若所述互耦电容值增大而所述自耦电容值减小，则识别为有人手或接地导体的远离。

10.如权利要求9所述的雨量识别方法，其特征在于，还以下步骤：

步骤f，若所述步骤d和所述步骤e交替出现，则识别为雨刮器处于工作状态。

11.如权利要求10所述的雨量识别方法，其特征在于，还以下步骤：

步骤g，根据所述步骤f中互耦电容值和自耦电容值的变化频率判断雨刮器的当前工作档位。

12.如权利要求11所述的雨量识别方法，其特征在于，还以下步骤：

步骤h，在雨刮器刮扫经过感应电极的位置起始的预设时间内，通过检测数据互耦电容值和自耦电容值变化量的大小判断雨量的大小。

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