CN110739953B - 一种电容触摸按键的场景式信号自适应处理方法及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电容触摸按键的场景式信号自适应处理方法及电子装置。所述的场景信号自适应处理方法使用触摸检测控制器采集触摸信号进行；信号预处理器对信号进行预处理；信号场景分类器对处理后的信号进行信号场景分类；信号场景存储器对当前信号场景进行存储；信号场景比较器对当前信号场景与前信号场景进行比较；根据比较结果使用场景内处理器进行信号处理，或使用场景间处理器进行信号场景切换及处理；将处理后的信号汇入按键信息判定器进行处理。本场景信号自适应处理方法对各个信号场景分析及切换处理，使触摸电子装置对信号做全方位的分析处理，实现对信号自适应处理或切换处理，保证了按键触摸判断信息在各种信号场景下的自适应。

Description

一种电容触摸按键的场景式信号自适应处理方法及电子装置

技术领域

本发明涉及信号处理及控制领域，特别涉及一种电容触摸按键的场景式信号自适应处理方法及电子装置。

背景技术

随着电容触摸按键在家用电器等电子产品上的日益普及，越来越多的用户通过电容触摸按键对电子产品进行操作，以享受电容触摸按键为生活带来的便利。与此同时，电容触摸按键固有的操作友好及界面新颖等优势，正在快速地取代传统按键，成为了市场主流。

然而由于电子产品使用场景的广泛性，如不同海拔、不同气压、不同环境温度、不同环境湿度、不同地域环境等，同时由于电容自身的特性，使得电容式触摸按键极易受到各种影响，导致电容信号不稳定。

其中：

ε₀＝空气介电常数

ε_r＝覆盖层的相对介电常数

A＝手指与传感器垫片覆盖层的接触面积

d＝覆盖层厚度

C_F为手指电容。

例如温度、湿度等触摸环境的变化，将使得电容信号随着环境变化而缓慢小幅但是却是持续地漂移；例如触摸面的洁净程度(例如,水滴、油污)，将使得电容信号突然向上或者下偏移，然后保持；例如***单源的纹波，将使得电容信号随纹波起伏而波动；例如周围环境中其他设备带来的噪声和干扰(比如手机的射频信号、微波炉的电磁信号)，将使得电容信号因为干扰出现瞬时快速激烈变化；甚至芯片自身制造工艺引起的热噪声，都将使得电容信号小幅度快速上下抖动。

电容触摸按键,在运行过程中,探测单元会对每一个触摸按键储存有未触碰的电容值(参考值),在后续接收到最新的电容值(感测值)时,将接收到的感测值与对应的判断参考值做比对来判断该按键是否有被触碰。而上述各种场景下电容信号的不稳定，加大了正确判断按键是否被触摸的难度。

现有技术中，比如有些采用AD采样来检测电源纹波的抖动大小，并根据抖动采取不同的处理方式，比如有些采用专用干扰检测电路来探测干扰的发生，让触摸的检测及时避开干扰。上述技术中存在的问题是，比如增加外部干扰探测电路意味着增加了成本，间接分析相关干扰信号而没有对电容信号本身做直接分析从而导致对信号的分析与处理并不完善，最终导致按键是否被触摸的误判。

发明内容

为了解决背景技术中提到的现有技术的不足，本发明提出一种电容触摸按键的场景式信号自适应处理方法及电子装置。

第一方面，本发明提供了一种电容触摸按键的场景式信号自适应处理方法。

对触摸按键信号进行采集，得到当前信号感测值，所述感测值为一定时间内脉冲个数；根据感测值的变化率、变化强度以及变化持续时间进行信号场景分类，确定当前信号场景；存储当前信号场景；将当前信号场景与上次信号场景进行比较，确定场景是否变化；如果信号场景无变化，则使用同一场景的信号处理方式；如果信号场景有变化，则进行场景切换，并使用新场景的信号处理方式；根据所述信号处理方式进行按键信号处理。

进一步地，对触摸按键信号进行采集可采用张弛振荡频率测量法或基于电荷传输测量法进行触摸信号的检测。

优选地，在对触摸按键信号进行采集之后，还可以对所述信号进行预处理，所述预处理具体为两级处理，第一级处理为滑动窗口动态跟踪滤波，第二级处理为惯性滤波。

其中滑动窗口动态跟踪滤波一种实现方式可以为：把连续取得的N个感测值看成一个队列，队列的长度固定为N，采用先进先出原则，把队列中的N个数据进行算术平均运算，获得新的滤波结果。

其中惯性滤波的一个实现方式可以为：采用下列公式进行滤波

本次滤波结果＝(1-a)*本次信号值+a*上次滤波结果

其中，a的取值范围为0到1之间。

优选的，变化率、变化强度以及变化持续时间具体为：持续采集感测值，记第i次感测值为Data[i]，第i次测量感测变化量σ[i]＝Data[i]-Data[i-1]，累加感测变化量σ[i]至σ，σ初始化为0；直到i达到预设最大采集次数，或σ[i]的绝对值小于预设第一阈值；则变化率为σ/N，变化强度为σ的绝对值，变化时间为i乘以单次采集时间。

优选地，根据感测值的变化率、变化强度以及变化持续时间进行信号场景分类包括至少一种如下场景：

第一信号场景：变化率为负，变化强度小于下噪声线，持续时间为第一信号场景时间T1；

第二信号场景：变化率为正，变化强度小于上噪声线，持续时间为第二信号场景时间T2；

第三信号场景：感测值在上、下噪声线范围内上下抖动；

第四信号场景：变化率为正，变化强度大于上噪声线且小于最大信号线，持续时间为第四信号场景时间T4；

第五信号场景：变化率为正，变化强度大于最大信号线，持续时间为第五信号场景时间T5；

第六信号场景：变化率为负，变化强度大于下噪声线且小于触摸线，持续时间为第六信号场景时间T6；

第七信号场景：变化率为负，变化强度大于触摸线且小于最小信号线，持续时间为第七信号场景时间T7；

第八信号场景：变化率为负，变化强度大于最小信号线，持续时间为第八信号场景时间T8；

其中最小信号线<下噪声线<触摸线<参考线<上噪声线<最大信号线；

所述触摸线为理想情况下判定按键被触摸的阈值线；

所述参考线由理想情况下未触碰按键时的感测值确定。

需要说明的是，对于不同的产品，上述场景可同时出现，也可以只选择其中的部分。

使用新场景的信号处理方式包括：

当确定当前场景为第一信号场景时，参考线＝参考线-第一信号场景常数，所述第一场景常数取下噪线与参考线差值的0.2倍到0.5倍之间；

当确定当前场景为第二信号场景时，参考线＝参考线+第二信号场景常数，所述第二信号场景常数取下噪声线与参考线差值的0.3倍到0.6倍之间；

当确定当前场景为第三信号场景时，参考线＝参考线；

当确定当前场景为第四信号场景时，参考线＝参考线+第四信号场景常数，所述第四信号场景常数取感测线与参考线差值的0.2倍到0.5倍之间；

当确定当前场景为第五信号场景时，参考线＝参考线+第五信号场景常数，所述第五信号场景常数取感测线与参考线差值的0.6倍到0.8倍之间；

当确定当前场景为第六信号场景时，参考线＝参考线-第六信号场景常数，所述第六信号场景常数取感测线与参考线差值的0.6倍到0.8倍之间；

当确定当前场景为第七信号场景时，测试触摸产生，不调整参考线；

当确定当前场景为第八信号场景时，参考线＝感测线，所述感测线由感测值确定。

需要说明的是，上述处理方式并不一定全部需要，可根据产品的需求进行选择性地组合使用。

进一步地，在重新确定参考线后，根据原始最小信号线、原始下噪声线、原始触摸线、原始上噪声线、原始最大信号线与原始参考线的差值或比例，重新确定最小信号线、下噪声线、触摸线、上噪声线、最大信号线。

进一步地，根据所述信号处理方式进行按键信号处理可以是当感测值在一定时间内大于触摸线时判定为按键被按下，否则判定为按键未被按下。

另一方而，本发明还提供了一种电子设备，包括：一个或多个触摸开关，以及触摸检测单元，信号场景分类单元，信号场景存储单元，场景比较单元，场景内处理单元，场景间处理单元，按键信息判定单元；其中，

触摸检测单元，用于对触摸按键信号进行采集，得到当前信号感测值，所述感测值为一定时间内脉冲个数；

信号场景分类单元，用于根据感测值的变化率、变化强度以及变化持续时间进行信号场景分类，确定当前信号场景；

信号场景存储单元，用于存储当前信号场景；

场景比较单元，用于将当前信号场景与上次信号场景进行比较，确定场景是否变化；

场景内处理单元，用于如果信号场景无变化，则使用同一场景的信号处理方式；

场景间处理单元，用于如果信号场景有变化，则进行场景切换，并使用新场景的信号处理方式；

按键信息判定单元，用于根据所述信号处理方式进行按键信号处理。

本发明通过场景式信号自适应处理方法通过对信号各个场景的分析及信号场景的切换处理，使得触摸电子装置能够对信号做全方位的分析与处理，实现了对当前信号场景内的信号自适应处理以及信号场景间的自适应切换与处理，从而保证了按键触摸判断信息在各种信号场景下的自适应。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1基于RC(张弛振荡频率)测量方法的触摸电路示意图；

图2基于RC(张弛振荡频率)测量方法的触摸信号示意图；

图3基于RC(张弛振荡频率)测量方法的触摸数据示意图；

图4基于电荷传输测量方法的触摸电路示意图；

图5基于电荷传输测量方法的触摸信号示意图；

图6基于电荷传输测量方法的触摸数据示意图；

图7场景式信号自适应触摸开关***及电子装置框图；

图8基于RC(张弛振荡频率)测量方法触摸检测控制器的一种实施例；

图9基于电荷传输测量方法触摸检测控制器的一种实施例；

图10信号预处理器示意图；

图11参考线变化示意图；

图12场景分类流程图；

图13信号场景分类示意图；

图14信号场景转换示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的详细描述。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

电容触摸按键信号的测量方法主要包括基于RC的测量方法和基于电荷传输的测量方法，其中，基于RC的测量方法可以采用张弛振荡频率测量方法，基于电荷传输的测量方法可以采用电荷传输电容感应技术，主要原理都是将人体手指触摸时导致的电容变化，转变为电流、电压、频率、时间等数值的变化，依据具体的实现方式，人体手指触摸可能导致数值增加或者数值减少。

下面依次说明上述每一触摸信号测量方法的基本原理。

(1)基于RC的测量方法一张弛振荡频率测量方法

“张弛振荡”(Relaxation 0scillator)触摸检测基本原理就是一个不断地充电和放电的张弛振荡器。如图1所示的一种基于“张弛振荡”原理构造的触摸检测电路图，如果未触摸电极，张弛振荡器有一个固定的基本充电放电周期(频率)，该充电放电周期(频率)取决于寄生电容Cp和电阻R等效；如果用手指触摸电极，手指和电极之间会产生电场作用而寄生出手指电容Cf，手指电容Cf与按键原有寄生电容Cp叠加，张弛振荡器充电放电周期就变长，频率就会相应减少。如图1所示的一种基于“张弛振荡”原理构造的触摸检测电路图，其中寄生电容Cp是电容触摸按键未触摸时的电容，当比较器的正向端电压Vref高于比较器的负向端电压时，VOUT输出就是高电平，此时比较器输出端VOUT通过电阻R等效向寄生电容Cp充电，使比较器负向端电压升高：当比较器负向端电压高于正向端电压时，VOUT输出就是低电平，此时寄生电容Cp通过电阻R等效放电，比较器负向端电压就降低，当负向端电压低于正向端电压时，VOUT输出恢复到高电平。如此反复，就在比较器VOUT端产生矩形振荡波形，当电容触摸按键的电容变化寄生电容Cp叠加手指电容Cf(有手指触摸)时，随着RC时间常数的变化，矩形振荡波的频率也会发生变化。

如图2所示，如果使用基准时钟确定一个测量时间段t1，对振荡器输出频率在该测量时间段t1内计数，就可以侦测触摸事件，如图2所示，在同样的测量时间段内，触摸时的计数值少于未触摸时的计数值；如果在振荡器输出同样的脉冲个数时，对基准时钟计时，也可以侦测触摸事件，如图2所示，在同样脉冲个数内，触摸时的计时值t1多于未触摸时的计时值t0。

如图3所示，从时间域的角度观察触摸与未触摸时数据的变化情况：对于使用基准时钟确定一个测量时间段，对振荡器输出频率在该测量时间段内计数的测量方式，可以看到，触摸时的计数值少于未触摸时的计数值，触摸数据向下生长；如果在振荡器输出同样的脉冲个数时，对基准时钟计时，可以看到，触摸时的计时值多于未触摸时的计时值，触摸数据向上生长。

(2)基于电荷传输的测量方法一电荷传输电容感应技术

电荷传输电容感应技术的基本原理可以借助图4进行说明：如果未触摸电极，Cp代表电容触摸电极的寄生电容，首先闭合开关K1对寄生电容Cp充电：当寄生电容Cp完全充满电后，打开开关K1，闭合开关K2，使电荷在寄生电容Cp和探测电容Cs之间转移，向探测电容Cs充电。如此重复以上充电和电荷转移动作，探测电容Cs的上极板V点电压就逐渐升高，当V点的电压上升到Vref时，一个探测电容Cs的充电周期结束。如果用手指触摸电极，手指和电极之间会产生电场作用而寄生出手指电容Cf，手指电容Cf与按键原有寄生电容Cp叠加，闭合开关K1对寄生电容Cp和手指电容Cf充电后，寄生电容Cp和手指电容Cf积聚的电荷更多，使电荷在寄生电容Cp和手指电容Cf在向探测电容Cs转移电容时，转移的速度更快，充电周期(电荷传输次数)就变短，比较器输出翻转变快，即输出频率就会相应增加。

图5给出了V点电压在整个充电周期的波形图，如果使用基准时钟确定一个测量时间段t2，对比较器输出频率(脉冲个数)在该测量时间段t2内计数，就可以侦测触摸事件，如图5所示，在同样的测量时间段t2内，触摸时的计数值(脉冲个数)多于未触摸时的计数值(脉冲个数)；如果在比较器输出同样的脉冲个数时，对基准时钟计时，也可以侦测触摸事件，如图5所示，在同样脉冲个数内，触摸时的计时值t0少于未触摸时的计时值t1。通常,Cs的值设定为Cx的数千倍以上,以保证较好的电容分辨率。

如图6所示，从时间域的角度观察触摸与未触摸时数据的变化情况：对于使用基准时钟确定一个测量时间段，对比较器输出频率(脉冲个数)在该测量时间段内计数的测量方式，可以看到，触摸时的计数值多于未触摸时的计数值，触摸数据向上生长；如果在比较器器输出同样的脉冲个数时，对基准时钟计时，可以看到，触摸时的计时值少于未触摸时的计时值，触摸数据向下生长。

如上所述，不管是基于RC的频率测量方法还是基于电荷的传输测量方法，最终都可以将人体手指触摸时导致的电容变化，转变为对应触摸数据的变化，该触摸数据可以向上生长也可以向上生长，一旦选中一种方式，则其生长方向是固定的，即触摸时数据要么减少要么增加。

如图7给出了一种场景式信号自适应触摸开关信息处理方法的流程图，首先通过触摸检测控制器对触摸按键信号进行采集，得到当前信号感测值，所述感测值为一定时间内脉冲个数；

然后使用信号预处理器对采集到的信号进行预处理；

再使用信号场景分类器根据感测值的变化率、变化强度以及变化持续时间进行信号场景分类，确定当前信号场景；

再使用信号场景存储器存储当前信号场景；

存储当前信号场景后使用场景比较器将当前信号场景与上次信号场景进行比较，确定场景是否变化；

如果信号场景无变化，则使用场景内处理器对同一场景的信号处理方式；

如果信号场景有变化，则进行场景切换，则使用场景间处理器切换至新场景并进行信号处理；

最后使用按键信息判定器根据所述信号处理方式进行按键信号处理。

需要说明的是，信号预处理器不是必须的，可以根据对精度的要求情况确定是否使用预处理器。

触摸检测单元包含N个触摸检测通道，每个触摸检测通道都有对应的触摸检测元件，触摸检测元件可以为电极、弹簧、焊盘或其他类似可以实现触摸检测的器件；

触摸检测控制器：不管是基于RC的频率测量方法还是基于电荷的传输测量方法，触摸检测控制器的具体实施会有不同，但其主要功能大致相同。

如图8基于RC(张弛振荡频率)测量方法触摸检测控制器的一种实施例所述：触摸通道采用模拟开关的形式实现通道的切换；触摸振荡器，参见图1基于RC(张弛振荡频率)测量方法的触摸电路示意图，用于实现对触摸检测元件的充放电控制，探测振荡频率的变化，模拟滤波用来实现对振荡频率不稳定信号的滤除，参考分压可以提供给比较器不同的负端比较电压，比如0.4*电源电压、0.5*电源电压、0.6*电源电压、0.7*电源电压；比较器(COMP)将探测电容上的电压变化转换为脉冲波形输出，通过数字滤波滤出脉冲波形上的可能存在的毛刺后，送入触摸计数器计数；时隙计数器产生计数间隔供触摸计数器使用；时隙计数器的时钟可由TKOSC(触摸时钟)或者Fsys***时钟提供，由TKOSC_SLE(时钟选择器)进行选择，经过与预分频器分频后提供给触摸计数器使用，预分频器对选择的时钟(TKOSC(触摸时钟)或者Fsys***时钟中的一种)进行分频，常规的分频系数一般为1分频、2分频、4分频、8分频等。

如图9基于电荷传输测量方法触摸检测控制器的一种实施例所述：触摸通道采用模拟开关的形式实现通道的切换；电容电荷转换，参见图4基于电荷传输测量方法的触摸电路示意图，用于实现对触摸检测元件的充放电控制，探测电容用来实现电荷的聚集，模拟滤波用来实现对探测电容上不稳定电荷的滤除，参考分压可以提供给比较器不同的负端比较电压，比如0.4*电源电压、0.5*电源电压、0.6*电源电压、0.7*电源电压；比较器(COMP)将探测电容上的电压变化转换为脉冲波形输出，结果数字滤波滤出脉冲波形上的可能存在的毛刺后，送入触摸计数器计数；时隙计数器产生计数间隔供触摸计数器使用；时隙计数器的时钟可由TKOSC(触摸时钟)或者Fsys***时钟提供，由TKOSC_SLE(时钟选择器)进行选择，经过与预分频器分频后提供给触摸计数器使用，预分频器对选择的时钟(TKOSC(触摸时钟)或者Fsys***时钟中的一种)进行分频，常规的分频系数一般为1分频、2分频、4分频、8分频等。

如图10信号预处理器示意图所示，使用信号预处理器对信号进行预先处理：具体实施可为两级处理，第一级处理为滑动窗口动态跟踪滤波，第二级处理为惯性滤波，通过第一级处理滤除周期性的干扰数据，通过第二级处理滤除周期性及非周期性的脉冲干扰数据，第一级处理的结果输出作为第二级处理的输入，第二级处理的结果输出作为信号场景分类器的输入。当然，如果处理能力允许，也可使用其它更为复杂效果更好的滤波算法。

滑动窗口动态跟踪方法的实现过程为：把连续取得的N个感测值看成一个队列，队列的长度固定为N，每次采样到一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的一次数据即先进先出原则，把队列中的N个数据进行算术平均运算，获得新的滤波结果。N值的选取一般为2～16，一种实施例，N取值5。具体实施方式为，第一步采集时：依次进行N次数据采集，对第一次到第N次(一共N个数据)采集的数据可以计算出一个TouchDataMean，TouchDataMean.＝(TouchData1+TouchData2+…+TouchDataN)/N；第二步采集时：采集一次即可，及进行第N+1次数据采集，丢掉第1次数据，同时将第2到第N次数据依次前移，即第2到第N次数据变为第1到第N-1次数据，新采集的第N-1次数据变为第N次数据，对当前的第一次到第N次(一共N个数据)采集的数据可以计算出一个新的TouchDataMean，TouchDataMean.＝(TouchData1+TouchData2+…+TouchDataN)/N；通过滑动窗口动态跟踪方法，将最近N的数据的算术平均值作为新的TouchDataMean，这样进行动态跟踪，保证了检测的可靠性、实时性和准确性，最大程度地避免和减少了干扰对按键感测值检测的影响。

惯性滤波也叫一阶低通滤波或者一阶滞后滤波法，公式：本次滤波结果＝(1-a)*本次采样值+a*上次滤波结果，其中，a的取值范围为0到1之间，即ResultN＝(1-a)*TouchDataMean+a*ResultN-1得出，ResultN为当前数据的滤波结果，TouchDataMean为当前采样值经过第一级处理后的值，ResultN为当前数据的滤波结果a可以取0.8，Result N-1为上次滤波结果。

经过信号预处理之后的触摸数据具有较高的可靠性，方便了后续的信号场景分类器的使用。如前所述，人体手指触摸时导致的电容变化转换为的触摸数据的变化，可以向上生长也可以向上生长，为方便，下文以向下生长为例进行讲解说明，向上生长与向下生长类似，可根据本文的示例进行简单变换得出，因此也在本发明保护范围之内。

如图11参考线变化示意图所示，无手指触摸且无环境干扰时，也可称之为理想环境时的信号值，称为参考值，参考值随时间绘制的曲线，称为参考线，参考值、参考线在手指触摸时保持不变；手指触摸及未触摸的实时信号值，称为感测值，感测值随时间绘制的曲线，称为感测线。

电容触摸开关***及电子装置,在运行过程中,探测单元会探测每一个触摸按键未被触碰时的信号值(参考值),在后续接收到最新的信号值(感测值)时，将接收到的感测值与参考值做比对来判断该按键是否有被触碰。理论上，无手指触摸时，感测线是一条平滑的直线，有手指触摸时，信号向下生长，如果用无手指触摸时的参考值减去触摸时的感测值，则会产生一个差值，当差值足够大，则视为有手指触摸。实际上，由于***本身及环境的诸多原因，无手指触摸时的参考线是一条叠加噪声之后的曲线，但是由于手指触摸时的感测值会明显大于噪声值，依然可以识别为有手指触摸。

由于电子产品使用场景的广泛性，如不同海拔、不同气压、不同环境温度、不同环境湿度、不同地域环境等，同时由于电容自身的特性，使得电容式触摸按键极易受到各种影响，导致参考线不稳定。

例如温度、湿度等触摸环境的变化，将使得参考线随着环境变化而缓慢小幅但是却是持续地漂移；例如触摸面的洁净程度(例如,水滴、油污)，将使得参考线突然向上或者下偏移；例如***单源的纹波，将使得信号线随纹波起伏而波动；例如周围环境中其他设备带来的噪声和干扰(比如手机的射频信号、微波炉的电磁信号)，将使得参考线因为干扰出现瞬时快速激烈变化；甚至芯片自身制造工艺引起的热噪声，都将使得参考线小幅度快速上下抖动。

由于参考线是反映未触摸时的电容信号的感测情况，所以参考线应该跟随实际环境的变化而变化，否则上述各种场景下参考线的不稳定，会大大增加正确判断按键是否被触摸的难度，极可能出现误触发或者不触发的情况。

触摸开关***及电子装置连续地校正参考值以适应环境操作条件中的变化。例如，当触摸按键升温时，会引起电容的变化，最终导致触摸参考值的增高或降低。为了适应参考值的这些变化，触摸开关***及电子装置需要逐渐地跟随环境的变化来调整参考值。

但是某些信号场景却可能引起导致异常行为的参考值校正。例如，如果将水或一些其他导电性液体喷射到触摸按键上，则连续校正程序可调整至这种情况，以使得当移除水时错误地报告触摸事件。

如图11参考线变化示意图所示，该图为示例性感测值(触摸数据)的时间图线，所述示例性数据表示可来自电容式触摸按键装置上的按键上的数据。图11中的Y轴表示计数值，该感测值为预处理之后的数值。X轴指在不同时间点进行的采样，所述采样表示通过触摸检测控制器控制触摸检测单元重复性地获取的采样。701感测线由多个感测值构成。参考线702大致遵循感测线701曲线的趋势。

当感测线超过触摸线时，视为触摸，在触摸事件的持续时间T0+T1内，参考线将不更新基线。

考虑参考线不随环境变化而变化的情形：如704所示，感测线向上漂移，例如环境温度变化的信号场景，尽管参考线702保持不变，但是由于是向上漂移，此时不会被误判为触摸。然后，一些场景如滴水可导致感测线缓慢地连续地逐步下降，如705，由于触摸***未能识别出环境的变化，参考线702保持不变，如706所示，在累积到一定时机后，感测线超过触摸线，此时就会被误判为触摸。

考虑参考线随环境变化而变化的情形：如704所示，触摸***随时间推移来缓慢地调整期望参考线703以补偿操作环境(例如温度)的变化，此时理想参考线跟随感测线的上升而上升，不会被误判为触摸。当一些场景如滴水出现时，感测线缓慢地连续逐步下降，如705，由于触摸***已能识别出信号环境的变化，期望参考线703跟随感测线的变化而变化，在触摸阈值不变(即触摸时信号的下降幅度不变)的情况，707期望触摸线也随着期望参考线的变化而变化，故感测线没有超过触摸线，此时也不会有误触摸的判断。

本发明的意义在于通过对信号的分析，识别出信号场景，根据信号所处的信号场景对参考线做不同的处理，从而保证参考线跟随环境的变化而变化，其中信号场景的识别由信号场景分类器实现。

由于实际环境的不同，导致信号场景不同，最终导致不同信号场景下感测值不同，反映在感测值相对于参考值的变化率、变化强度及持续时间三个维度：变化率α由变化时间T0和T0内的变化强度来确定，同样的T0内变化强度越大则变化率越大；变化强度及其持续时间T1。

为了准确地定义出变化强度，需要根据触摸***定义出变化强度的范围，如图13信号场景分类示意图所示，除参考线和触摸线外，还包括最小信号线，最大信号线，下噪声线、上噪声线。通过三个维度来识别出信号的场景后，可以针对不同的场景对参考值做不同的自适应处理，提高触摸检测的准确度。

如图13信号场景分类示意图所示，可以抽象出8种信号场景：

第一信号场景：感测线相对于参考线，负向变化，变化强度小于下噪声线，持续时间为第一信号场景时间T1；

第二信号场景：感测线相对于参考线，正向变化，变化强度小于上噪声线，持续时间为第二信号场景时间T2；

第三信号场景：感测线相对于参考线，感测线在上、下噪声线范围内上下抖动；

第四信号场景：感测线相对于参考线，正向变化，变化强度大于上噪声线且小于最大信号线，持续时间为第四信号场景时间T4；

第五信号场景：感测线相对于参考线，正向变化，变化强度大于最大信号线，持续时间为第五信号场景时间T5；

第六信号场景：感测线相对于参考线，负向变化，变化强度大于下噪声线且小于触摸线，持续时间为第六信号场景时间T6；

第七信号场景：感测线相对于参考线，负向变化，变化强度大于触摸线且小于最小信号线，持续时间为第七信号场景时间T7；

第八信号场景：感测线相对于参考线，负向变化，变化强度大于最小信号线，持续时间为第八信号场景时间T8；

参照图11、图12和图13所示进行信号场景识别过程的说明。

首先，在信号场景分类程序开始后，执行采集次数清0；

接下来，获取第i次感测值Data[i]，其中i从0开始计算；

接下来，计算第i次感测值Data[i]与第i-1次感测值Data[i-1]的变化量，感测变化量σ[i]＝Data[i]-Data[i-1]；

接下来，将第i次的感测变化量与第i-1次的感测变化量累加，σ＝σ[i]+σ[i-1]，σ初始值为0；判断N次数据采集是否完成，如果没有完成则继续采集，如果完成，则计算变化率，变化率α＝σ/次数，因为采集数据间隔是固定，所以采集次数即反映采集时间,σ的累计值就反应这期间的变化强度；

如果变化率为正向变化率，则继续判断变化强度及持续时间：

感测线变化强度小于上噪声线，持续时间为第二信号场景时间T2时，则为第二信号场景；

感测线变化强度大于上噪声线且小于最大信号线，持续时间为第四信号场景时间T4，则为第四信号场景；

感测线变化强度大于最大信号线，持续时间为第五信号场景时间T5，则为第五信号场景；

如果变化率为负向变化率，则继续判断变化强度及持续时间：

感测线变化强度小于下噪声线，持续时间为第一信号场景时间T1，则为第一信号场景；

感测线变化强度在上、下噪声线范围内上下抖动，则为第三信号场景；

感测线变化强度大于下噪声线且小于触摸线，持续时间为第六信号场景时间T6，则为第六信号场景；

感测线变化强度大于触摸线且小于最小信号线，持续时间为第七信号场景时间T7，则为第七信号场景(触摸场景)；

感测线变化强度大于最小信号线，持续时间为第八信号场景时间T8，则为第八信号场景；

如果变化率为0，说明感测线没有变化，则为第三信号场景的一种特殊场景，属于第三信号场景。

使用信号场景存储器对当前信号场景进行存储，信号存储器可为RAM或者FLASH；使用信号场景比较器对当前信号场景与上次信号场景进行比较，常规地，信号场景比较器可使用程序实现，比如使用最新的信号场景减去之前存储的信号场景；

根据场景比较结果使用场景内处理器进行同一场景的信号处理，或者使用场景间处理器进行信号不同场景的切换及信号处理；若是同一场景的信号处理，则保持当前场景的信号处理方式，若是场景间的信号处理，则启用最新场景的信号处理方式。一般的处理方式如下：

第一信号场景：参考线＝参考线-第一信号场景常数，一般地，第一信号场景常数可取下噪线与参考线差值的0.2倍到0.5倍之间；

第二信号场景：参考线＝参考线+第二信号场景常数，一般地，第一信号场景常数可取下噪声线与参考线差值的0.3倍到0.6倍之间；

第三信号场景：参考线＝参考线；

第四信号场景：参考线＝参考线+第四信号场景常数，一般地，第四信号场景常数可取感测线与参考线差值的0.2倍到0.5倍之间；

第五信号场景：参考线＝参考线+第五信号场景常数，一般地，第五信号场景常数可取感测线与参考线差值的0.6倍到0.8倍之间；

第六信号场景：参考线＝参考线-第六信号场景常数，一般地，第六信号场景常数可取感测线与参考线差值的0.6倍到0.8倍之间；

第七信号场景：参考线＝参考线，视为触摸产生，不调整参考线；

第八信号场景：参考线＝感测线；

使用按键信息判定器进行按键信息处理，按键检出一般包括对按键按下的时间数据进行按键时间统计、对按键数据进行按键去抖处理，最后生成按键数据，该按键数据可以作为用户应用***的输入。按键检出，一般采样感测线与触摸线做比较，若超过触摸线则视为本次有触摸产生，考虑到人体触摸及信号的不稳定性，通过按键持续时间(常釆用在一定时间内连续探测到触摸产生的次数)来进行按键去抖操作。

触摸探测单元、触摸检测控制器、信号预处理器、信号场景分类器、信号场景存储器、信号场景比较器、信号场景处理器及按键信息判定器的协同工作效果如图14信号场景切换示意图所示：

当感测线变化率及变化强度超过触摸线且小于最小信号线，当持续时间T1001满足要求时(超过第七信号场景时间T7)，视为触摸产生，则为第七信号场景；

接下来，感测线变化率及变化强度超过最小信号线，当持续时间T1002满足要求时(超过第八信号场景时间T8)，则视为切换到第八信号场景中，按照第八信号场景对信号进行处理，相应地调整最大信号线、上噪声线、下噪声线、参考线、触摸线及最小信号线，实现了自适应“水涨船高”；

接下来，感测线变化率及变化强度超过上噪声线且小于最大信号线，当持续时间T1003满足要求时(超过第四信号场景时间T4)，则视为切换到第四信号场景中，按照第四信号场景对信号进行处理，相应地调整最大信号线、上噪声线、下噪声线、参考线、触摸线及最小信号线，实现了自适应“水涨船高”，若继续保持在第四场景内，在持续时间T1004内，则继续调整，如图中阶梯形状所示；

接下来，当感测线变化率及变化强度超过触摸线且小于最小信号线，当持续时间满足要求时(超过第七信号场景时间T7)，视为触摸产生，则为第七信号场景；

接下来，感测线变化率及变化强度在下噪声线内，当持续时间T1005满足要求时(超过第一信号场景时间T1)，则视为切换到第一信号场景中，按照第一信号场景对信号进行处理，相应地调整最大信号线、上噪声线、下噪声线、参考线、触摸线及最小信号线，实现了自适应“水涨船高”，若继续保持在第一场景内，在持续时间T1006内，则继续逐步调整，如图中阶梯形状所示；

接下来，感测线变化率及变化强度在上噪声线内，当持续时间T1007满足要求时(超过第二信号场景时间T2)，则视为切换到第二信号场景中，按照第二信号场景对信号进行处理，相应地调整最大信号线、上噪声线、下噪声线、参考线、触摸线及最小信号线，实现了自适应“水涨船高”；

接下来，感测线变化率及变化强度超过下噪声线且小于触摸线，当持续时间T1008满足要求时(超过第六信号场景时间T6)，则视为切换到第六信号场景中，按照第六信号场景对信号进行处理，相应地调整最大信号线、上噪声线、下噪声线、参考线、触摸线及最小信号线，实现了自适应“水涨船高”；

接下来，感测线变化率及变化强度超过最大信号线，当持续时间T1009满足要求时(超过第五信号场景时间T5)，则视为切换到第五信号场景中，按照第五信号场景对信号进行处理，相应地调整最大信号线、上噪声线、下噪声线、参考线、触摸线及最小信号线，实现了自适应“水涨船高”；

接下来，感测线变化率及变化强度超过下噪声线同时小于触摸线，当持续时间T1010满足要求时(超过第六信号场景时间T6)，则视为切换到第六信号场景中，按照第六信号场景对信号进行处理，相应地调整最大信号线、上噪声线、下噪声线、参考线、触摸线及最小信号线，实现了自适应“水涨船高”，若继续保持在第六场景内，在持续时间T1011内，则继续逐步调整，如图中阶梯形状所示；

接下来，感测线变化率及变化强度在上、下噪声线内抖动，当持续时间满足要求时(超过第三信号场景时间T3)，则视为切换到第三信号场景中，按照第三信号场景对信号进行处理，最大信号线、上噪声线、下噪声线、参考线、触摸线及最小信号线无须调整。

在另一实施例中，本发明还公开了一种电子装置，包括：一个或多个触摸开关，以及触摸检测单元，信号场景分类单元，信号场景存储单元，场景比较单元，场景内处理单元，场景间处理单元，按键信息判定单元；其中，触摸检测单元，用于对触摸按键信号进行采集，得到当前信号感测值，所述感测值为一定时间内脉冲个数；

信号场景分类单元，用于根据感测值的变化率、变化强度以及变化持续时间进行信号场景分类，确定当前信号场景；

信号场景存储单元，用于存储当前信号场景；

场景比较单元，用于将当前信号场景与上次信号场景进行比较，确定场景是否变化；

场景内处理单元，用于如果信号场景无变化，则使用同一场景的信号处理方式；

场景间处理单元，用于如果信号场景有变化，则进行场景切换，并使用新场景的信号处理方式；

按键信息判定单元，用于根据所述信号处理方式进行按键信号处理。

需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解，实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤，而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等各种可存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是，以上所述仅就为本发明较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电容触摸按键的场景式信号自适应处理方法，其特征在于包括如下步骤：

对触摸按键信号进行采集，得到当前信号感测值，所述感测值为一定时间内脉冲个数；

根据感测值的变化率、变化强度以及变化持续时间进行信号场景分类，确定当前信号场景；

存储当前信号场景；

将当前信号场景与上次信号场景进行比较，确定场景是否变化；

如果信号场景无变化，则使用同一场景的信号处理方式；

如果信号场景有变化，则进行场景切换，并使用新场景的信号处理方式；

根据所述信号处理方式进行按键信号处理；

所述根据感测值的变化率、变化强度以及变化持续时间进行信号场景分类包括至少一种如下场景：

第一信号场景：变化率为负，变化强度小于下噪声线，持续时间为第一信号场景时间T1；

第二信号场景：变化率为正，变化强度小于上噪声线，持续时间为第二信号场景时间T2；

第三信号场景：感测值在上、下噪声线范围内上下抖动；

第四信号场景：变化率为正，变化强度大于上噪声线且小于最大信号线，持续时间为第四信号场景时间T4；

第五信号场景：变化率为正，变化强度大于最大信号线，持续时间为第五信号场景时间T5；

第六信号场景：变化率为负，变化强度大于下噪声线且小于触摸线，持续时间为第六信号场景时间T6；

第七信号场景：变化率为负，变化强度大于触摸线且小于最小信号线，持续时间为第七信号场景时间T7；

第八信号场景：变化率为负，变化强度大于最小信号线，持续时间为第八信号场景时间T8；

其中最小信号线<下噪声线<触摸线<参考线<上噪声线<最大信号线；

所述触摸线为理想情况下判定按键被触摸的阈值线；

所述参考线由理想情况下未触碰按键时的感测值确定；

所述使用新场景的信号处理方式包括使用如下方法调整参考线：

当确定当前场景为第一信号场景时，参考线＝参考线-第一信号场景常数，所述第一信号场景常数取下噪线与参考线差值的0.2倍到0.5倍之间；

当确定当前场景为第二信号场景时，参考线＝参考线+第二信号场景常数，所述第二信号场景常数取下噪声线与参考线差值的0.3倍到0.6倍之间；

当确定当前场景为第三信号场景时，参考线＝参考线；

当确定当前场景为第四信号场景时，参考线＝参考线+第四信号场景常数，所述第四信号场景常数取感测线与参考线差值的0.2倍到0.5倍之间；

当确定当前场景为第五信号场景时，参考线＝参考线+第五信号场景常数，所述第五信号场景常数取感测线与参考线差值的0.6倍到0.8倍之间；

当确定当前场景为第六信号场景时，参考线＝参考线-第六信号场景常数，所述第六信号场景常数取感测线与参考线差值的0.6倍到0.8倍之间；

当确定当前场景为第七信号场景时，触摸产生，不调整参考线；

当确定当前场景为第八信号场景时，参考线＝感测线，所述感测线由感测值确定；

重新确定参考线后，根据原始最小信号线、原始下噪声线、原始触摸线、原始上噪声线、原始最大信号线与原始参考线的差值或比例，重新确定最小信号线、下噪声线、触摸线、上噪声线、最大信号线；

所述根据所述信号处理方式进行按键信号处理具体为：当感测值在一定时间内大于触摸线时按键被按下，否则按键未被按下。

2.根据权利要求1所述的电容触摸按键的场景式信号自适应处理方法，其特征在于所述对触摸按键信号进行采集采用张弛振荡频率测量法或基于电荷传输测量法进行触摸信号的检测。

3.根据权利要求1所述的电容触摸按键的场景式信号自适应处理方法，其特征在于在对触摸按键信号进行采集之后，对所述信号进行预处理，所述预处理具体为两级处理，第一级处理为滑动窗口动态跟踪滤波，第二级处理为惯性滤波。

4.根据权利要求3所述的电容触摸按键的场景式信号自适应处理方法，其特征在于所述滑动窗口动态跟踪滤波具体为：把连续取得的N个感测值看成一个队列，队列的长度固定为N，采用先进先出原则，把队列中的N个数据进行算术平均运算，获得新的滤波结果。

5.根据权利要求3所述的电容触摸按键的场景式信号自适应处理方法，其特征在于所述惯性滤波具体为：采用下列公式进行滤波

本次滤波结果＝(1-a)*本次信号值+a*上次滤波结果；

其中，a的取值范围为0到1之间。

6.根据权利要求1所述的电容触摸按键的场景式信号自适应处理方法，其特征在于所述变化率、变化强度以及变化持续时间具体为：持续采集感测值，记第i次感测值为Data[i]，第i次测量感测变化量σ[i]＝Data[i]-Data[i-1]，累加感测变化量σ[i]至σ，σ初始化为0；直到i达到预设最大采集次数，或σ[i]的绝对值小于预设第一阈值；则变化率为σ/N，变化强度为σ的绝对值，变化时间为i乘以单次采集时间。

7.一个存储介质，其特征在于存储实现如权利要求1-6任意一项所述方法的计算机程序。

8.一种电子装置，包括：一个或多个触摸开关，以及触摸检测单元，信号场景分类单元，信号场景存储单元，场景比较单元，场景内处理单元，场景间处理单元，按键信息判定单元；其中，

触摸检测单元，用于对触摸按键信号进行采集，得到当前信号感测值，所述感测值为一定时间内脉冲个数；

信号场景分类单元，用于根据感测值的变化率、变化强度以及变化持续时间进行信号场景分类，确定当前信号场景；

信号场景存储单元，用于存储当前信号场景；

场景比较单元，用于将当前信号场景与上次信号场景进行比较，确定场景是否变化；

场景内处理单元，用于如果信号场景无变化，则使用同一场景的信号处理方式；

场景间处理单元，用于如果信号场景有变化，则进行场景切换，并使用新场景的信号处理方式；

按键信息判定单元，用于根据所述信号处理方式进行按键信号处理；

所述根据感测值的变化率、变化强度以及变化持续时间进行信号场景分类包括至少一种如下场景：

第一信号场景：变化率为负，变化强度小于下噪声线，持续时间为第一信号场景时间T1；

第二信号场景：变化率为正，变化强度小于上噪声线，持续时间为第二信号场景时间T2；

第三信号场景：感测值在上、下噪声线范围内上下抖动；

第四信号场景：变化率为正，变化强度大于上噪声线且小于最大信号线，持续时间为第四信号场景时间T4；

第五信号场景：变化率为正，变化强度大于最大信号线，持续时间为第五信号场景时间T5；

第六信号场景：变化率为负，变化强度大于下噪声线且小于触摸线，持续时间为第六信号场景时间T6；

第七信号场景：变化率为负，变化强度大于触摸线且小于最小信号线，持续时间为第七信号场景时间T7；

第八信号场景：变化率为负，变化强度大于最小信号线，持续时间为第八信号场景时间T8；

其中最小信号线<下噪声线<触摸线<参考线<上噪声线<最大信号线；

所述触摸线为理想情况下判定按键被触摸的阈值线；

所述参考线由理想情况下未触碰按键时的感测值确定；

所述使用新场景的信号处理方式包括使用如下方法调整参考线：

当确定当前场景为第一信号场景时，参考线＝参考线-第一信号场景常数，所述第一信号场景常数取下噪线与参考线差值的0.2倍到0.5倍之间；

当确定当前场景为第二信号场景时，参考线＝参考线+第二信号场景常数，所述第二信号场景常数取下噪声线与参考线差值的0.3倍到0.6倍之间；

当确定当前场景为第三信号场景时，参考线＝参考线；

当确定当前场景为第四信号场景时，参考线＝参考线+第四信号场景常数，所述第四信号场景常数取感测线与参考线差值的0.2倍到0.5倍之间；

当确定当前场景为第五信号场景时，参考线＝参考线+第五信号场景常数，所述第五信号场景常数取感测线与参考线差值的0.6倍到0.8倍之间；

当确定当前场景为第六信号场景时，参考线＝参考线-第六信号场景常数，所述第六信号场景常数取感测线与参考线差值的0.6倍到0.8倍之间；

当确定当前场景为第七信号场景时，触摸产生，不调整参考线；

当确定当前场景为第八信号场景时，参考线＝感测线，所述感测线由感测值确定；

重新确定参考线后，根据原始最小信号线、原始下噪声线、原始触摸线、原始上噪声线、原始最大信号线与原始参考线的差值或比例，重新确定最小信号线、下噪声线、触摸线、上噪声线、最大信号线；

所述根据所述信号处理方式进行按键信号处理具体为：当感测值在一定时间内大于触摸线时按键被按下，否则按键未被按下。

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