CN218416347U - 一种高灵敏度的按键触摸感应装置及智能家电 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高灵敏度的按键触摸感应装置及智能家电，涉及智能家电的技术领域，以解决现有技术中，按键触摸感应装置感应不灵敏、用户难使用的技术问题。本申请的按键触摸感应装置包括至少一个唤醒模组与显示模组。其中，唤醒模组包括多个按键元件；唤醒模组用于在感应到唤醒手势时生成唤醒信号；显示模组与唤醒模组连接，显示模组用于在唤醒信号的信号值超过第一预设值时，将当前显示状态从第一显示状态切换至第二显示状态。故本申请具有有效提高按键感应装置的感应灵敏度、便于用户查看按键当前工作状态、改善用户使用体验的优点。

Description

一种高灵敏度的按键触摸感应装置及智能家电

技术领域

本申请涉及智能家电的技术领域，具体而言，涉及一种高灵敏度的按键触摸感应装置及智能家电。

背景技术

现有技术中，家电产品的操作功能按键大都采用电容式触摸感应检测，触摸按键的数量大都在6-10个数量左右，触摸感应按键检测开关原理是应用电容的原理来进行检测实现的。机器产品的操作界面下方设有金属弹簧、利用PCB板的铜箔等元件的金属极片，此金属极片等效为电容的一个极板。人是带电体，手指相当于该电容的另外一个极板，人的手指在靠近金属极板时会形成等效于电容的效应，受到金属极片面积体积的限制等效电容的容值一般非常小，约几个P法左右。

因此，目前用户触摸家电产品的操作功能按键时，按键能检测感应的识别距离非常短，家电产品无法实现远距离的按键感应动作检测，并且经常出现误触发、误动作的问题；且家电一般都具有定时睡眠功能，用户也难以基于家电产品的显示状态判断是否成功唤醒家电以进一步触发按键。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种高灵敏度的按键触摸感应装置及智能家电，其通过多个按键元件组成的唤醒模组与显示模组配合，在感应到唤醒手势时自动切换显示状态，有效提高了按键感应装置的感应灵敏度，且便于用户查看当前工作状态，有效改善了用户的使用体验。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例第一方面提供了一种高灵敏度的按键触摸感应装置，包括操作界面板、至少一个唤醒模组与显示模组。其中，唤醒模组包括多个按键元件，各按键元件位于所述操作界面板之下；唤醒模组用于在感应到唤醒手势时生成唤醒信号；显示模组与唤醒模组连接，显示模组用于在唤醒信号的信号值超过第一预设值时，将当前显示状态从第一显示状态切换至第二显示状态。

于一实施例中，唤醒模组还包括组合开关，唤醒模组内的按键元件通过组合开关连接；组合开关用于在唤醒信号的信号值超过第一预设值时关断。

于一实施例中，组合开关为三极管或继电器或MOS管。

于一实施例中，按键触摸感应装置还包括定时器，定时器用于在组合开关断开后开始计时。

于一实施例中，按键元件为金属极片；一个唤醒模组内包括的所有金属极片构成第一电容极板。

于一实施例中，金属极片为金属弹簧或PCB铜箔。

于一实施例中，唤醒模组还包括控制单元，控制单元与各个按键元件、显示模组连接，控制单元用于接收并保存唤醒信号的信号值。

于一实施例中，按键触摸感应装置具有按键区域，位于按键区域的边缘位置的所有按键元件，均为唤醒模组内的按键元件。

于一实施例中，显示模组包括多个按键指示灯，按键指示灯与按键元件的位置一一对应。

本申请实施例第二方面提供了一种智能家电，该智能家电包括机身以及本申请第一方面任一实施例的按键触摸感应装置。

本申请与现有技术相比的有益效果是：

本申请提供的高灵敏度的按键触摸感应装置，通过由多个按键元件组成的唤醒模组与显示模组，实现了灵敏识别用户唤醒手势、并切换显示状态以对应提示用户的功能。用户可通过远距离挥手的方式实现按键区域的唤醒，而无需通过手指近距离触碰的方式来唤醒按键区域，且在按键区域被唤醒后，用户可方便地观看到每个按键的标识。同时，本申请通过将按键元件设置在操作界面板之下，起到保护按键元件的作用，通过触摸方式代替按压方式，提高了按键区域的美观度。

本申请还通过定时器以及组合开关等硬件设置，实现按键触摸感应装置长时间未感应到唤醒手势恢复睡眠状态、被唤醒后按键独立感应手势等功能。本申请具有提高按键触摸感应装置的手势感应灵敏度、便于用户分辨感应装置工作状态、提升用户使用体验的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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他相关的附图。

图1为本申请一实施例示出的智能家电的结构示意图；

图2为本申请一实施例示出的按键触摸感应装置的结构示意图；

图3为本申请一实施例示出的唤醒模组的结构示意图；

图4为本申请一实施例示出的按键触摸感应装置的应用场景示意图；其中，图4(a)为用户手指靠近按键元件时的场景示意图；图4(b)为将用户手指模拟为电容其中一个极板的原理示意图；

图5为本申请一实施例示出的包括控制单元的唤醒模组的结构示意图；

图6为本申请一实施例示出的方形按键区域内按键元件单行排布的示意图；

图7为本申请一实施例示出的方形按键区域内按键元件双行排布的示意图；

图8为本申请一实施例示出的圆形按键区域内按键元件单周排布的示意图；

图9为本申请一实施例示出的圆形按键区域内按键元件多周排布的示意图；

图10为本申请一实施例示出的按键触摸感应装置的应用流程示意图。

图标：1-智能家电；2-手指；3-操作界面板；10-按键触摸感应装置；20- 机身；11-唤醒模组；12-显示模组；100-按键区域；110-按键元件；120-组合开关；130-控制单元。

具体实施方式

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参见图1，图1为本申请一实施例示出的智能家电1的结构示意图。如图1所示，智能家电1包括机身20以及按键触摸感应装置10，按键触摸感应装置10可以设于机身20也可以设于家电的其他位置，按键触摸感应装置10用于在其包括的按键元件110被用户触发时生成信号。

请参见图2，图2为本申请一实施例示出的按键触摸感应装置10的结构示意图。如图2所示，本申请提供了一种按键触摸感应装置10，包括至少一个唤醒模组11与显示模组12。唤醒模组11用于在感应到唤醒手势时生成唤醒信号；显示模组12与唤醒模组11连接，显示模组12用于在唤醒信号的信号值超过第一预设值时，将当前显示状态从第一显示状态切换至第二显示状态。其中，第一显示状态为熄灭，第二显示状态为点亮。

唤醒模组11在感应到有效的唤醒手势时，会生成信号值超过第一预设值的唤醒信号，显示模组12在唤醒信号的信号值超过第一预设值时，其显示状态会从熄灭切换至点亮。唤醒模组11在感应到无效的唤醒手势或者未感应到唤醒手势时，会生成信号值不超过第一预设值的唤醒信号，显示模组12在唤醒信号的信号值小于或等于第一预设值时，其显示状态保持不变，仍维持熄灭状态。其中，唤醒手势可以是用户在距离唤醒模组11一定距离处进行挥手的动作，也可以是用户手部逐渐靠近唤醒模组11的动作。

请参见图3，图3为本申请一实施例示出的唤醒模组11的结构示意图。如图3所示，唤醒模组11包括多个按键元件110以及组合开关120，唤醒模组11内的按键元件110通过组合开关120连接；组合开关120用于在唤醒信号的信号值超过第一预设值时关断，以断开唤醒模组11内多个按键元件110之间的连接。于一实施例中，组合开关120为三极管或继电器或MOS 管。

请参见图4，图4为本申请一实施例示出的按键触摸感应装置10的应用场景示意图；其中，(a)为用户手指2靠近按键元件110时的场景示意图；(b)为将用户手指2模拟为电容其中一个极板的原理示意图。如图4 所示，本申请提供的按键触摸感应装置10，其工作原理为通过检测可变化的电容值来生成对应的唤醒信号，并通过唤醒信号的信号值进一步控制组合开关120的通断与显示模组12的亮灭。

如图4(a)、图4(b)所示，智能家电1的按键触摸感应装置10还包括操作界面板3，操作界面板3为塑料件或玻璃陶瓷面板等非金属介质。在操作界面板3下方设置有多个按键元件110，按键元件110为金属弹簧或 PCB铜箔等金属极片，与家电产品的操作界面板3下方的机器壳体紧密相连。金属极片可以等效为电容的其中一个极板，单个按键元件110的直径一般为10-15mm左右，来匹配触摸按键的手指2宽度。

由于人是带电体，因此靠近按键元件110的手指2相当于等效电容的另外一个极板，在用户准备点击按键而产生手指2靠近按键元件110的动作时，手指2与按键元件110形成电容效应，且等效电容的容值大小随手指2与按键元件110之间的距离L变化而变化。智能家电1可以通过电容值大小或电容值的变化量来判断人手有无发生按键触摸动作，并对应执行相应的功能。

同一唤醒模组11内的多个按键元件110在组合开关120连通状态下，构成新的大面积的第一电容极板，以在用户手部靠近唤醒模组11时生成更高的电容值，有利于按键触摸感应装置10灵敏识别用户的唤醒手势。

请参见图5，图5为本申请一实施例示出的包括控制单元130的唤醒模组11的结构示意图。于一实施例中，如图5所示，唤醒模组11还包括控制单元130，控制单元130与各个按键元件110、显示模组12连接，控制单元130用于接收并保存唤醒信号的信号值。于一实施例中，按键触摸感应装置10还包括定时器，定时器用于在组合开关120断开后开始计时。

控制单元130可以用于接收并保存唤醒信号的信号值，并基于预设的第一预设值与唤醒信号的信号值进行比较，然后根据比较结果控制组合开关120连通或断开，以及控制显示模组12点亮或者熄灭。控制单元130也可以接收并保存唤醒模组11生成的电容值并计算电容值变化量，并将电容值变化量作为唤醒信号的信号值与第一预设值进行比较，然后根据比较结果控制组合开关120连通或者断开，以及控制显示模组12点亮或者熄灭。

于一实施例中，显示模组12包括多个按键指示灯，按键指示灯与按键元件110的位置一一对应，可以在按键触摸感应装置10被唤醒时全部点亮一次后、用户单独点击按键元件110时，再次通过点亮或熄灭给予用户提示。

按键触摸感应装置10上，相邻聚集在一起的所有按键元件110或多数按键元件110组成按键区域100，按键区域100根据智能家电1的结构或功能等各方面不同可能会设置为各种形状，如方形或圆形，按键区域100所覆盖的按键元件110也具有不同的排布方式。但按键区域100覆盖范围内、位于按键区域100边缘位置的所有按键元件110均属于唤醒模组11所包括的按键元件110，以保证用户从按键区域100外侧挥手拂过按键区域100正上方时，唤醒模组11可以及时、灵敏地感应到用户的唤醒手势并生成唤醒信号，相关具体实施例请结合图6至图9所示。

请参见图6，图6为本申请一实施例示出的方形按键区域100内按键元件110单行排布的示意图。如图6所示，该方形按键区域100内的按键元件110为单行排布，为保证用户从各个方向挥手时，经过唤醒模组11均可以被感应到，方形按键区域100内的所有按键元件110均为唤醒模组11所包括的按键元件110。以两个按键元件110构成一个唤醒模组11为例，同一唤醒模组11内的按键元件110通过组合开关120连接。组合开关120可以是三极管、继电器、mos管等受控开关器件。唤醒模组11所包括的按键元件110数量也可以不止两个。

当智能家电1处于休眠模式时，组合开关120自动保持连通状态或受控制单元130控制保持连通状态，以图6中某一唤醒模组11内的按键元件 110与按键元件110为例，在组合开关120连通时，按键元件110与按键元件110相当于通过导线并联连接，并对应产生等同于等效电容并联叠加、增大电容极板的极板面积的效果。由此，多个按键元件110相当于组成一个面积增加的电容极板，可直接用于实现远距离的唤醒手势的感应识别。

在按键触摸感应装置10检测到用户有效的唤醒手势后，组合开关120 关断使按键元件110、按键元件110连通断开，智能家电1在唤醒后，当用户手指2靠近按键元件110时，按键触摸感应装置10分别对单个按键元件 110独立生成的电容信号进行识别，进而智能家电1执行对应功能的操作。

请参见图7，图7为本申请一实施例示出的方形按键区域100内按键元件110双行排布的示意图。如图7所示，设计人员优先利用方形按键区域 100内长度方向上两边缘位置的按键元件110组成唤醒模组11，唤醒模组 11所包括的按键元件110可以为长度方向上每个边缘的上下两个按键元件 110，还可以包括长度方向上一边边缘的上下两个按键元件110以及相邻的其他按键元件110。保障用户隔空挥手时，唤醒模组11的分布符合各个方位角度的唤醒手势，符合用户的实际使用情况且可以更灵敏的检测唤醒手势。另外，上述唤醒模组11的分布方式有效降低虚拟按键的组合数量，当存在控制单元130时，还可以有效减少控制单元130所处理的数据量及资源占用情况。

请参见图8与图9，图8为本申请一实施例示出的圆形按键区域100内按键元件110单周排布的示意图；图9为本申请一实施例示出的圆形按键区域100内按键元件110多周排布的示意图。如图8、图9所示，当按键区域100为圆形，按键区域100内的多个按键元件110采用单周排布或多周排布时，设计人员采用圆形按键区域100内最大圆周位置(最外圈)的按键元件110组成唤醒模组11，进行两组及两组以上唤醒模组11的组合设计，即圆形按键区域100内最外圈的按键元件110一定为唤醒模组11所包括的按键元件110。

唤醒模组11在圆形按键区域100或方形按键区域100内的排布设计，可以实现对用户各个角度多方位的唤醒手势的检测操作。无论用户从按键区域100上方的任何角度挥手，按键触摸感应装置10均可以可靠地检测到唤醒手势并基于生成的唤醒信号的信号值唤醒智能家电1、或维持智能家电 1的休眠状态。该按键触摸感应装置10满足用户的各类灵活操作。

请参见图10，图10为本申请一实施例示出的按键触摸感应装置的应用流程示意图。如图10所示，按键触摸感应装置的应用流程主要包括步骤S01 至S21。

在智能家电首次上电后，控制单元记录并计算各个按键元件对应的电容信号初始值与信号值的变化量阈值，并基于变化量阈值设置独立识别阈值；由于决定形成电容大小的影响因素较多，单个按键元件的初始值或变化量阈值一般都是根据经验或实测进行确定，影响电容大小的因素有：电极的大小、材质、与操作面板的紧密程度、操作面板的厚度、材质、表面效果、有无颗粒、平整度、空气介质、湿度等，较难量化。此时，同一唤醒模组内的按键元件之间为断开状态，每个按键元件都作为一个独立的电容极板生成对应的按键信号。

在确定独立识别阈值后，控制单元控制显示模组熄灭、且控制唤醒模组内的组合开关连通，以组成至少一个唤醒模组，智能家电进入休眠待唤醒状态。此时唤醒模组内的多个按键元件等效于并联电容，操作人员通过经验或实测确定各个唤醒模组对应的唤醒初始值及唤醒变化量阈值，并基于唤醒变化量阈值设置唤醒识别阈值(第一预设值)。

单个按键元件的变化量阈值以及唤醒模组的唤醒变化量阈值的测定方式如下，手指逐渐靠近按键元件直至最后直接触碰按键元件过程中，控制单元获取到不断变化的电容信号的信号值，并基于信号值的初始值计算得到电容值变化量，该电容值变化量一般为独立按键元件生成的电容信号的信号值最大变化量，操作人员可以预先基于各个按键元件对应的变化量阈值的50％至80％，设置各按键元件的独立识别阈值，以在后续应用时判别用户是否有效点按某个按键元件，提高识别的可靠性，规避误触发、无响应的情况出现。

相应地，唤醒变化量阈值与唤醒识别阈值(第一预设值)的确定，也可以在唤醒模组工作、组合开关连通的状态下，按照上述对独立按键元件变化量阈值与独立识别阈值测定计算的方法进行确定，此时唤醒模组内的多个按键元件通过组合开关连通，构成用于识别唤醒手势的第一电容极板，按键触摸感应装置此时不做单个按键元件的电容值检测及电容值变化量的计算判断。

在确定独立识别阈值与唤醒识别阈值后，按键触摸感应装置维持休眠状态，显示模组熄灭，唤醒模组保持检测唤醒手势的状态，并在感应到唤醒手势时生成唤醒信号。控制单元通过对感应到唤醒手势产生的电容值变化量进行计算并比较的方式，可以有效判别是否有手在按键区域上方划过，可识别的检测距离约为50-100mm，比原有未设置唤醒模组时的检测距离提升5倍以上，由此，唤醒模组针对唤醒手势可以进行可靠的检测判断。

当唤醒信号的信号值(电容值变化量)大于唤醒识别阈值时，机器被唤醒，显示模组同步点亮，组合开关断开且按键触摸感应装置恢复用于检测用户单独点击按键元件时的独立检测状态，同时，定时器启动工作开始定时。

若用户长时间未有任何点击按键的有效操作(即独立按键元件生成的电容信号的变化量阈值始终小于或等于独立识别阈值时)，控制单元控制显示模组熄灭以节约智能家电的能耗，即重新执行步骤S02。

若检测到用户产生有效地按键元件的点按动作(即独立按键元件生成的电容信号的变化量阈值大于其对应的独立识别阈值时)，控制单元控制智能家电执行该按键元件对应的功能操作，并在执行该操作结束后自动关机或恢复待操作状态，继续维持检测按键动作的状态。

当唤醒信号的信号值(电容值变化量)小于或等于唤醒识别阈值时，控制单元控制按键触摸感应装置及智能家电维持休眠待唤醒的工作模式，唤醒模组仍保持对远距离隔空唤醒手势的检测判定状态，用户无法在该状态下直接点击按键元件以控制智能家电执行响应的功能操作，智能家电的独立按键误触发情况可以完全规避。

于本申请另一实施例中，按键触摸感应装置可以无需控制单元直接实现唤醒模式与休眠模式的切换，唤醒模组可以设置比较器等电路元件，对按键元件生成的电容信号的信号值(于本实施例中电容信号相当于唤醒信号)进行比较，然后输出对应的高电平或低电平来进一步控制组合开关的通断以及显示模组的亮灭。在组合开关断开，各个按键元件恢复独立的按键动作检测状态后，再通过各个按键元件对应的其他各个比较器，在用户产生有效地点击按键元件动作、某个按键元件独立生成的电容信号的信号值超过有效识别阈值时，输出对应的电平信号至智能家电的控制***，以控制智能家电执行该按键元件对应的功能，定时器功能与上述实施例相似，可以在组合开关断开后开始计时，在预设的定时时间内始终无用户点击按键操作时，输出电平信号以控制组合开关连通、按键触摸感应装置恢复休眠状态。

本申请提供的按键触摸感应装置10，通过由多个按键元件110组成的唤醒模组11与显示模组12，实现了灵敏识别用户唤醒手势、并切换显示状态以对应提示用户的功能。本申请还通过定时器以及组合开关120等硬件设置，实现按键触摸感应装置10长时间未感应到唤醒手势恢复睡眠状态、被唤醒后按键独立感应手势等功能。本申请具有提高按键触摸感应装置10 的手势感应灵敏度、便于用户分辨感应装置工作状态、提升用户使用体验的优点。

本申请通过两个及两个以上的按键元件110组合成的至少一个唤醒模组11，提高智能家电1识别唤醒手势及按键动作的可靠性，规避了按键元件110的误触发或误动作，在长时间未感应到唤醒手势或按键动作时，按键触摸感应装置10可以自动进入休眠转状态并熄灭显示模组12，以节省智能家电1的耗电量。本申请通过多方位、多角度的人手隔空检测，确保智能家电1的可靠唤醒，在提升用户操作体验、科技感及操作可靠性的同时，不会过度增加智能家电1的制造成本。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高灵敏度的按键触摸感应装置，其特征在于，包括：

操作界面板；

至少一个唤醒模组，所述唤醒模组包括多个按键元件，各按键元件位于所述操作界面板之下；所述唤醒模组用于在感应到唤醒手势时生成唤醒信号；

显示模组，所述显示模组与所述唤醒模组连接，所述显示模组用于在唤醒信号的信号值超过第一预设值时，将当前显示状态从第一显示状态切换至第二显示状态。

2.根据权利要求1所述的按键触摸感应装置，其特征在于，所述唤醒模组还包括组合开关，所述唤醒模组内的按键元件通过所述组合开关连接；所述组合开关用于在唤醒信号的信号值超过第一预设值时关断。

3.根据权利要求2所述的按键触摸感应装置，其特征在于，所述组合开关为三极管或继电器或MOS管。

4.根据权利要求2所述的按键触摸感应装置，其特征在于，所述按键触摸感应装置还包括定时器，所述定时器用于在所述组合开关断开后开始计时。

5.根据权利要求1所述的按键触摸感应装置，其特征在于，所述按键元件为金属极片；一个所述唤醒模组内包括的所有所述金属极片构成第一电容极板。

6.根据权利要求5所述的按键触摸感应装置，其特征在于，所述金属极片为金属弹簧或PCB铜箔。

7.根据权利要求1所述的按键触摸感应装置，其特征在于，所述唤醒模组还包括控制单元，所述控制单元与各个所述按键元件、显示模组连接，所述控制单元用于接收并保存所述唤醒信号的信号值。

8.根据权利要求1所述的按键触摸感应装置，其特征在于，所述按键触摸感应装置具有按键区域，位于所述按键区域的边缘位置的所有所述按键元件，均为所述唤醒模组内的所述按键元件。

9.根据权利要求1所述的按键触摸感应装置，其特征在于，所述显示模组包括多个按键指示灯，所述按键指示灯与所述按键元件的位置一一对应。

10.一种智能家电，其特征在于，所述智能家电包括：

机身；以及

权利要求1-9任意一项所述的按键触摸感应装置。

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