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CN101968530B - 按键检测方法及装置 - Google Patents

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CN101968530B
CN101968530B CN201010515086A CN201010515086A CN101968530B CN 101968530 B CN101968530 B CN 101968530B CN 201010515086 A CN201010515086 A CN 201010515086A CN 201010515086 A CN201010515086 A CN 201010515086A CN 101968530 B CN101968530 B CN 101968530B
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Jiangsu Huitong Group Co Ltd
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Abstract

一种按键检测方法及装置，其特征在于，所述方法包括下述步骤：检测按键，获取按键信号；变频采样所述按键信号，在预定时间范围内采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号，其中，所述变频采样是指采样频率从第一频率递增至第二频率，再从第二频率递减至第一频率，并重复所述递增和递减过程，且所述采样频率在每个频率驻留预定时间。所述按键检测方法及装置降低了按键检测被外界信号干扰的概率。

Description

按键检测方法及装置
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别涉及按键检测方法及装置。
背景技术
目前，各种类型的按键已广泛应用于各种电子产品中，按键检测的成功率直接影响了电子产品的使用。按键检测通常是指检测对按键进行的操作，确定该按键是否被按下。
现有的按键检测方法包括下述基本步骤：检测按键，获取按键信号；以固定频率采样所述按键信号，在预定的时间范围内采样到按键有效信号的次数达到或超过预定的次数时，输出控制信号。
上述按键检测过程中，如果有外界环境因素干扰，如有手机、其他电器等产生的噪声干扰，则会使按键的误触发率或漏检率升高，由此降低按键检测的成功率。
发明内容
本发明要解决的是现有的按键检测因容易受外界环境的干扰而导致按键检测的成功率不高的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施方式提供一种按键检测方法，包括下述步骤：检测按键，获取按键信号；变频采样所述按键信号，在预定时间范围内采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号，其中，所述变频采样是指采样频率从第一频率递增至第二频率，再从第二频率递减至第一频率，并重复所述递增和递减过程，且所述采样频率在每个频率驻留预定时间。
可选的，所述采样频率的递增值或递减值为1个频率单位。
可选的，所述按键为电容式触摸按键。
可选的，所述按键为接触式按键或空气式按键。
可选的，所述检测按键，获取按键信号包括：检测电容的电荷变化量；获取按键信号，所述按键信号为对应所述电容的电荷变化量的数字信号。
可选的，所述采样到按键有效信号包括：采样所述按键信号；若所述按键信号所表示的数值大于变化量阈值，则所述采样到的按键信号为按键有效信号。
可选的，所述预定时间范围为3ms，所述预定次数为80，所述第一频率为80KHz，所述第二频率为120KHz，所述预定时间为5μs；所述采样频率的递增值或递减值为1KHz。
可选的，所述触摸检测方法还包括：接收外界信号；当所述外界信号的频率在所述第一频率至第二频率的频率范围内时产生用于触发所述按键检测的触发信号。
可选的，所述接收外界信号包括：跳频接收外界信号，所述跳频接收是指仅接收频率与跳频频率相同的外界信号，其中，所述跳频频率从第三频率递增至第四频率，再从第四频率递减至第三频率，并重复所述递增和递减过程，所述递增的跳频频率与递减的跳频频率不同，所述第三频率小于所述第一频率，所述第四频率大于所述第二频率。
可选的，所述跳频频率的递增值或递减值为2个频率单位。
可选的，所述第三频率至第四频率的频率范围包括连续的第一频率范围、第二频率范围和第三频率范围，所述第二频率范围包括所述第一频率至第二频率的频率范围，所述跳频频率在所述第一频率范围、第三频率范围内的每个频率的驻留时间小于所述跳频频率在所述第二频率范围内的每个频率的驻留时间。
可选的，所述第三频率为20KHz，所述第四频率为500KHz。
可选的，所述第三频率至第四频率的频率范围包括连续的第一频率范围、第二频率范围和第三频率范围，所述第一频率范围为20KHz～80KHz，所述第二频率范围为80KHz～300KHz，所述第三频率范围为300～500KHz；所述跳频频率在所述第一频率范围、第三频率范围内的每个频率的驻留时间为0.1ms，所述跳频频率在所述第二频率范围内的每个频率的驻留时间为0.2ms。
可选的，所述跳频频率从第三频率递增至第四频率包括：所述跳频频率从20KHz增至21KHz，然后以每次2KHz递增至499KHz，接着从499KHz增至500KHz；所述跳频频率从第四频率递减至第三频率包括：所述跳频频率以每次2KHz从500KHz递减至20KHz。
为解决上述技术问题，本发明实施方式还提供一种按键检测装置，包括：按键检测单元，用于检测按键，获取按键信号；有效信号检测单元，用于变频采样所述按键信号，并在预定时间范围内采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号，其中，所述变频采样是指采样频率从第一频率递增至第二频率，再从第二频率递减至第一频率，并重复所述递增和递减过程，且所述采样频率在每个频率驻留预定时间。
可选的，所述采样频率的递增值或递减值为1个频率单位。
可选的，所述按键为电容式触摸按键。
可选的，所述按键为接触式按键或空气式按键。
可选的，所述按键检测单元包括：电容检测单元，用于检测电容的电荷变化量，获取按键信号，所述按键信号为对应所述电容的电荷变化量的数字信号。
可选的，所述按键信号为按键有效信号是指所述按键信号所表示的数值大于变化量阈值。
可选的，所述预定时间范围为3ms，所述预定次数为80，所述第一频率为80KHz，所述第二频率为120KHz，所述预定时间为5μs；所述采样频率的递增值或递减值为1KHz。
可选的，所述按键检测装置还包括：接收单元，用于接收外界信号；外界信号检测单元，用于当所述外界信号的频率在所述第一频率至第二频率的频率范围内时产生用于触发所述按键检测的触发信号，所述按键检测单元在接收到所述触发信号后检测按键，获取按键信号。
可选的，所述接收单元包括：天线，用于接收外界的环境信号；跳频接收单元，用于跳频接收外界信号，所述跳频接收是指仅将频率与跳频频率相同的外界的环境信号作为外界信号接收，其中，所述跳频频率从第三频率递增至第四频率，再从第四频率递减至第三频率，并重复所述递增和递减过程，所述递增的跳频频率与递减的跳频频率不同，所述第三频率小于所述第一频率，所述第四频率大于所述第二频率。
可选的，所述跳频频率的递增值或递减值为2个频率单位。
可选的，所述第三频率至第四频率的频率范围包括连续的第一频率范围、第二频率范围和第三频率范围，所述第二频率范围包括所述第一频率至第二频率的频率范围，所述跳频频率在所述第一频率范围、第三频率范围内的每个频率的驻留时间小于所述跳频频率在所述第二频率范围内的每个频率的驻留时间。
可选的，所述第三频率为20KHz，所述第四频率为500KHz。
可选的，所述第三频率至第四频率的频率范围包括连续的第一频率范围、第二频率范围和第三频率范围，所述第一频率范围为20KHz～80KHz，所述第二频率范围为80KHz～300KHz，所述第三频率范围为300～500KHz；所述跳频频率在所述第一频率范围、第三频率范围内的每个频率的驻留时间为0.1ms，所述跳频频率在所述第二频率范围内的每个频率的驻留时间为0.2ms。
可选的，所述跳频频率从第三频率递增至第四频率是指：所述跳频频率从20KHz增至21KHz，然后以每次2KHz递增至499KHz，接着从499KHz增至500KHz；所述跳频频率从第四频率递减至第三频率是指：所述跳频频率以每次2KHz从500KHz递减至20KHz。
与现有技术相比，上述技术方案采用变频采样按键信号，并检测采样到的按键信号是否为按键有效信号，相比于现有的采用固定频率采样按键信号，在按键检测过程中，变化的采样频率不易被变化的外界信号所跟踪，因而降低了采样信号被外界信号干扰的概率。
进一步，在接收到的外界信号在预定的频率范围内(第一频率至第二频率)才触发按键检测，并且，接收外界信号采用的是跳频接收，即在一定时间范围内仅接收一种频率的外界信号，与变频采样相结合，进一步降低了采样信号与外界信号的频率重合的概率，按键检测被干扰的可能性大大降低了。
另外，在预定的频率范围内(第三频率至第四频率)采用正跳频接收和反跳频接收，并重复进行，其中，正跳频接收的跳频频率与反跳频的跳频频率不同，跳频频率会在每个频率驻留，因此不会漏检，从而提高了检测成功率。
附图说明
图1是本发明一个实施例的按键检测方法的流程示意图；
图2是图1所示步骤S12的详细流程示意图；
图3是本发明另一个实施例的按键检测方法的流程示意图；
图4是本发明一个实施例的按键检测装置的结构示意图；
图5是本发明另一个实施例的按键检测装置的结构示意图；
图6是一种抗干扰电容触摸按键检测系统的结构示意图；
图7是一种抗干扰电容触摸按键检测系统的详细结构示意图；。
具体实施方式
发明人发现，现有的按键检测技术中，由于是以固定频率采样按键信号，不断变化的外界环境的信号较易跟踪到采样信号的频率，进而干扰采样信号，导致无法检测到有效的按键信号，或者将干扰信号误认为是有效的按键信号。因此，发明人提出了变频采样按键信号的方式，以降低采样信号被外界干扰信号影响的概率。
下面结合附图和具体实施例对本发明实施方式进行详细说明，需要说明的是，以下实施例是以按键为电容式触摸按键为例进行说明的，在其他实施例中，所述按键并不限于所述的电容式触摸按键，例如，也可以是电阻式按键，开关式按键等。
图1为本发明一个实施例的按键检测方法的流程示意图，所述按键检测方法包括：
步骤S11，检测按键，获取按键信号。
步骤S12，变频采样所述按键信号，在预定时间范围内采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号，其中，所述变频采样是指采样频率从第一频率递增至第二频率，再从第二频率递减至第一频率，并重复所述递增和递减过程，且所述采样频率在每个频率驻留第一预定时间。
下面对各步骤进行详细说明。
首先，执行步骤S11，检测按键，获取按键信号。在本实施例中，所述按键为电容式触摸按键，例如空气式按键、接触式按键，通常，按键具有一对地的寄生电容，当手指按下按键时，相当于在寄生电容上并联一对地的手指电容，因此可以通过对电容的电荷量或电容值的检测，确定该按键是否被按下。
本实施例中，步骤S11具体包括：检测电容(如寄生电容)的电荷变化量；获取按键信号，所述按键信号为对应所述电容的电荷变化量的数字信号，用于在后续步骤中确定该按键是否被按下。其中，对应所述电容的电荷变化量的数字信号是指该数字信号所表示的数值可以为所述电容的电荷变化量，或可以与所述电容的电荷变化量成比例关系。由于电容的电荷变化量的检测技术为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
接着执行步骤S12，变频采样所述按键信号，在预定时间范围内采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号。即判断在预定时间范围内是否采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数，若是则输出控制信号，表示该按键很有可能被按下；若否则判定为有外界信号干扰。所述变频采样是指采样频率从第一频率递增至第二频率，再从第二频率递减至第一频率，并重复所述递增和递减过程，且所述采样频率在每个频率驻留预定时间。
所述采样到按键有效信号包括：采样所述按键信号；若所述按键信号所表示的数值大于变化量阈值，则所述采样到的按键信号为按键有效信号。
本实施例步骤S12详细如图2所示，包括：
步骤S121，采样所述按键信号，即对步骤S11获取的对应于电容的电荷变化量的数字信号进行采样，采样频率从第一频率递增至第二频率，再从第二频率递减至第一频率，并重复所述递增和递减过程，且所述采样频率在每个频率驻留预定时间。
本实施例中，采样频率在第一频率至第二频率的范围(包括第一频率和第二频率)轮回变化，所述采样频率的递增值(从第一频率递增至第二频率时，每次频率的增加量)或递减值(从第二频率递减至第一频率时，每次频率的减小量)为1个频率单位，即为等差递增或等差递减。具体地，采样频率先从第一频率递增至第二频率，每次增加1个频率单位(即第一频率和第二频率的单位，如单位为千赫兹(KHz)，则每次增加1KHz)，且在每个频率保持预定时间，也就是说每隔预定时间采样频率增加1个频率单位；然后，采样频率再从第二频率递减至第一频率，每次减小1个频率单位，且在每个频率保持预定时间，也就是说每隔预定时间采样频率减小1个频率单位；接着采样频率再从第一频率递增至第二频率，再从第二频率递减至第一频率，如此反复。
所述第一频率和第二频率为按键被操作(按下)后产生的信号的频率下限和频率下限，其通常为根据实际情况而定的经验值。本实施例中，以人的手指按下电容式触摸按键为例，通常产生频率为80KHz至120KHz的信号，因此第一频率设定为80KHz，第二频率设定为120KHz，所述采样频率递增值或递减值为1KHz。所述预定时间根据所述预定时间范围和预定次数(可以为经验值)而确定，即预定时间可以确定在预定时间范围内采样到大于预定次数的按键信号，以所述预定时间范围为3ms，所述预定次数为80为例，所述预定时间可以为5μs。采样频率从80KHz开始，5μs后增至81KHz，再过5μs增至82KHz，......，采样频率增至120KHz，这个递增过程的时间为200μs；然后，5μs后采样频率从120KHz减至119KHz，再过5μs减至118KHz，......，采样频率减至80KHz，这个递减过程的时间为200μs；一个轮回过程包括一个递增过程和一个递减过程，为400μs，通常可以采样到11次按键信号(数字信号)，3ms包括7.5个轮回过程，因此可以采样到大约82～83次数字信号。
步骤S122，判断所述采样到的按键信号是否为按键有效信号，若是则执行步骤S123，若否则执行步骤S124。所述按键信号为按键有效信号是指所述采样到的按键信号(即数字信号)所表示的数值大于变化量阈值。
步骤S123，计数值加1，执行步骤S124。所述计数值的初始值为0，当所述采样到的按键信号为按键有效信号时，计数值加1，计数值是对采样到按键有效信号的次数进行计数。
步骤S124，判断是否达到或超过预定时间范围，若是则执行步骤S125，若否则执行步骤S122。若所述采样到的按键信号不是按键有效信号时或若所述采样到的按键信号为按键有效信号且计数值加1后，判断当前时间与步骤S12开始执行的时间之差是否大于或等于预定时间范围，若是则执行步骤S125，若否则执行步骤S122。
步骤S125，判断计数值是否大于或等于预定次数，若是则执行步骤S126，若否则执行步骤S127。若当前时间与步骤S12开始执行的时间之差大于或等于预定时间范围，则判断计数值是否大于等于预定次数，若是则执行步骤S126，若否则执行步骤S127。
步骤S126，输出控制信号。若在预定时间范围内计数值大于或等于预定次数，则输出控制信号，说明该按键被按下或很有可能被按下。
步骤S 127，判定有外界信号干扰。若在预定时间范围内计数值小于预定次数，则说明该按键没有被按下，外界可能有干扰信号干扰按键检测。
通常情况下，上述步骤S121和步骤S122～S125可以并行进行。
所述控制信号和/或是否在预定时间范围内采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数的判断结果可以作为后续进一步判断对该按键进行操作的情况，例如，可以在3s内重复执行步骤S11和S12，若一直有控制信号产生，则说明该按键可能被连续按下。
图3为本发明另一个实施例的按键检测方法的流程示意图，本实施例与第一个实施例的区别在于：在执行所述步骤S11前，还可以包括：接收外界信号；当所述外界信号的频率在所述第一频率至第二频率的频率范围内时产生用于触发所述按键检测的触发信号，即触发信号产生后，启动步骤S11的按键检测。
图3所示的按键检测方法包括：
步骤S21，接收外界信号；
步骤S22，当所述外界信号的频率在所述第一频率至第二频率的频率范围内时产生用于触发所述按键检测的触发信号；
步骤S11，检测按键，获取按键信号，即，在触发信号产生后，开始检测按键；
步骤S12，变频采样所述按键信号，在预定时间范围内采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号，其中，所述变频采样是指采样频率从第一频率递增至第二频率，再从第二频率递减至第一频率，并重复所述递增和递减过程，且所述采样频率在每个频率驻留第一预定时间。
上述步骤S11和S12与第一个实施例相同，下面仅对步骤S21和S22进行详细说明。
首先执行步骤S21，接收外界信号。所述外界信号包括外部按键操作所产生的信号和外界的环境信号。所述外界信号可以通过天线接收，天线可接收信号的频率范围由天线的特性确定，本实施例中，天线可接收信号的频率范围为20KHz～500KHz的低频信号。
本实施例中，所述接收外界信号包括：跳频接收外界信号，所述跳频接收是指仅接收频率与跳频频率相同的外界信号，其中，所述跳频频率从第三频率递增至第四频率，再从第四频率递减至第三频率，并重复所述递增和递减过程，所述递增的跳频频率与递减的跳频频率不同，所述第三频率小于所述第一频率，所述第四频率大于所述第二频率。所述第三频率即为天线可接收信号的频率范围的下限值，例如为20KHz；所述第四频率即为天线可接收信号的频率范围的上限值，例如为500KHz。在其他实施例中，也可以不采用跳频接收，而使天线一直保持接收状态。
本实施例中，所述跳频频率的递增值(从第三频率递增至第四频率时，每次频率的增加量)或递减值(从第四频率递减至第三频率时，每次频率的减小量)为2个频率单位，即为等差递增或等差递减。
所述跳频频率从20KHz递增至500KHz为奇数等差跳频，包括：所述跳频频率从20KHz增至21KHz，然后以每次2KHz递增至499KHz，接着从499KHz增至500KHz；所述跳频频率从500KHz递减至20KHz为偶数等差跳频，包括：所述跳频频率以每次2KHz从500KHz递减至20KHz。
另外，所述第三频率至第四频率的频率范围包括连续的第一频率范围、第二频率范围和第三频率范围，所述第二频率范围包括所述第一频率至第二频率的频率范围，所述跳频频率在所述第一频率范围、第三频率范围内的每个频率的驻留时间小于所述跳频频率在所述第二频率范围内的每个频率的驻留时间。以第三频率为20KHz、第四频率为500KHz为例，所述第一频率范围为20KHz～80KHz，所述第二频率范围为80KHz～300KHz，所述第三频率范围为300～500KHz；所述跳频频率在所述第一频率范围、第三频率范围内的每个频率的驻留时间(即跳频频率为该频率的保持保持时间)为0.1ms，所述跳频频率在所述第二频率范围内的每个频率的驻留时间为0.2ms。
在其他实施例中，所述跳频频率在所述第一频率范围、第二频率范围和第三频率范围内(即第三频率至第四频率的频率范围)的每个频率的驻留时间也可以是相同的。本实施例中，由于第一频率范围或第三频率范围的外界信号通常可被认为是干扰信号，因此通过缩短所述跳频频率在所述第一频率范围、第三频率范围内的每个频率的驻留时间(即小于所述跳频频率在所述第二频率范围内的每个频率的驻留时间)，以加快所述跳频频率在所述第一频率范围、第三频率范围内的跳频速率，由此可以节省检测时间和提高系统资源的利用率。
接着执行步骤S22，当所述外界信号的频率在第一频率至第二频率的频率范围时产生用于触发所述按键检测的触发信号。所述第一频率和第二频率为按键被操作(如被按下)后产生的信号的频率下限和频率下限，本实施例的第一频率为80KHz，第二频率为120KHz。本实施例是在所述接收到的外界信号的频率为所述第一频率或第二频率或第一频率和第二频率之间的频率时，即有可能有按键被操作的情况下，再继续后续的按键检测步骤。具体地，判断所述接收的外界信号的频率是否在第一频率至第二频率的频率范围，若是则产生触发信号，若否则判定为外界的环境干扰。
对应上述按键检测方法，本发明一个实施例的按键检测装置如图4所示，包括按键检测单元41和有效信号检测单元42。
所述按键检测单元41，用于检测按键，获取按键信号。本实施例中，所述按键为电容式触摸按键，所述按键检测单元为电容检测单元，用于检测电容的电荷变化量，获取按键信号，所述按键信号为对应所述电容的电荷变化量的数字信号。本实施例中，所述电容检测单元由模数转换器ADC实现，ADC检测电容的电荷变化量，并将电荷变化的模拟量转换为数字量。
有效信号检测单元42，用于变频采样所述按键信号，并在预定时间范围内采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号，其中，所述变频采样是指采样频率从第一频率递增至第二频率，再从第二频率递减至第一频率，并重复所述递增和递减过程，且所述采样频率在每个频率驻留预定时间。所述采样频率的递增值或递减值可以为1个频率单位。所述按键信号为按键有效信号是指所述按键信号所表示的数值大于变化量阈值。本实施例中，所述有效信号检测单元由微控制器MCU实现。
本发明另一个实施例的按键检测装置如图5所示，包括接收单元51、外界信号检测单元52、按键检测单元41和有效信号检测单元42。其中，
接收单元51，用于接收外界信号。本实施例中，接收单元包括天线511和跳频接收单元512，所述天线511，用于接收外界的环境信号；所述跳频接收单元512，用于跳频接收外界信号，所述跳频接收是指仅将频率与跳频频率相同的外界的环境信号作为外界信号接收，并送至外界信号检测单元52。其中，所述跳频频率从第三频率递增至第四频率，再从第四频率递减至第三频率，并重复所述递增和递减过程，所述递增的跳频频率与递减的跳频频率不同，所述第三频率小于所述第一频率，所述第四频率大于所述第二频率。在其他实施例中，接收单元也可以为天线，即直接将外界的环境信号作为外界信号接收，并送至外界信号检测单元52。
所述跳频频率的递增值或递减值为2个频率单位。所述第三频率至第四频率的频率范围包括连续的第一频率范围、第二频率范围和第三频率范围，所述第二频率范围包括所述第一频率至第二频率的频率范围，所述跳频频率在所述第一频率范围、第三频率范围内的每个频率的驻留时间小于所述跳频频率在所述第二频率范围内的每个频率的驻留时间。
外界信号检测单元52，用于当所述外界信号的频率在第一频率至第二频率的频率范围内时产生用于触发所述按键检测的触发信号。所述外界信号检测单元52与所述按键检测单元41连接，向所述按键检测单元41发送所述触发信号。
按键检测单元41，用于在接收到所述外界信号检测单元52发送的触发信号后检测按键，获取按键信号。所述有效信号检测单元42与第一个实施例相同，在此不再赘述。
上述按键检测方法可以应用于按键检测系统，以排除环境噪声的干扰，提高按键动作的检测精度。所述按键可以为接触式按键，尤其是电容触摸按键，也可以为其它按键，比如空气式按键，所述接触式按键是指人体会与按键中的金属极板直接接触的按键，所述空气式按键是指人体不会直接与按键中的金属极板直接接触的按键。
如图5示出了一种抗干扰电容触摸按键检测系统的结构示意图，包括：电容触摸按键21；环境检测单元31，用于检测背景环境信号，屏蔽第一频率(本实施例中为80KHz)至第二频率(本实施例中为120KHz)范围外的信号，在检测到所述第一频率至第二频率范围内的信号后，产生触发信号；按键检测单元32，由所述触发信号触发，对所述电容触摸按键进行检测，获取按键信号；控制单元40，由所述触发信号触发，对所述按键信号进行采样，在第一时间窗口中采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号。
其中，电容触摸按键21分布设置在侦测板20上，所述侦测板20可以为一块印刷电路板(PCB)。所述侦测板20上还设置有至少一个平衡点22，所述平衡点22为金属材料，用于调节所述侦测板20的频率接收和响应范围，下文将进行详细描述。
此外，所述环境检测单元31和按键检测单元32可以集成在同一检测芯片30上。所述按键检测单元32用于检测电容触摸按键21的电荷变化量，也即电容触摸按键21上当前的电荷量与电容触摸按键在初始平衡状态下的电荷量之间的差值，之后，将所述电荷变化量转化为相应的数字信号，也就是说所述数字信号表示出了所述电荷变化量。
所述控制单元40可以通过一微控制器(MCU，Micro Controller Unit)实现。
图7为图6的详细结构示意图，其中，所述环境检测单元31包括：系统干扰检测模块311，用于检测供电电源的频率范围内的系统噪声信号；低频干扰检测模块312，用于检测第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号，所述第三频率小于所述第一频率，所述第四频率大于所述第二频率，在检测到所述第一频率至第二频率范围内的信号后，产生触发信号；高频干扰检测模块313，用于检测第五频率至第六频率范围内的高频噪声信号，所述第五频率大于所述第四频率；检测控制模块314，用于控制所述系统干扰检测模块311、低频干扰检测模块312和高频干扰检测模块313依次循环工作。
其中，所述系统干扰检测模块311主要用于检测供电电源产生的噪声，以及供电电源频率范围内的其他噪声。本实施例中，所使用的供电电源为照明电源变压后产生，相应的系统噪声信号的检测范围为50Hz至75Hz。一般的，可以使用现有技术中常用的电源纹波检测电路和检测方法来实现。
所述低频干扰检测模块312主要用于检测低频噪声信号，其频率范围为第三频率至第四频率，本实施例中具体为20KHz至500KHz。为了匹配接收该频段范围内的信号，本实施例中将所属侦测板20用作低频干扰检测模块312的天线，通过调整所述侦测板20的形状、尺寸，并在其上甚至一个或多个金属材料的平衡点22，对整个侦测板20的容抗和感抗进行调整，使其的频响和信号的接收范围能够包括所述第三频率至第四频率的频段范围，即能够接收20KHz至500KHz的低频频率。本实施例中，所述侦测板20的容抗为0.5pF左右，感抗为0.1mH至0.8mH。由于将所述按键21以及侦测板20整体作为低频干扰检测模块312的天线，而不需要配置专门的低频天线，因而提高了系统的集成度，利于减小最终产品的体积。
所述高频干扰检测模块313用于检测频率范围为第五频率至第六频率的高频噪声信号，具体为900MHz至3GHz。其信号的接收通过单独的天线312a实现。
下面结合图7对本实施例的抗干扰电容触摸按键检测系统以及其工作过程中的检测方法进行详细描述。
所述抗干扰电容触摸按键检测系统在上电开启后，首先进行初始化，所述初始化包括对检测芯片30进行初始化，也即对环境检测单元31、按键检测信号32进行初始化；还包括对控制单元32的初始化等，所述初始化过程约为20ms左右。
在完成初始化之后，所述环境检测单元31开始对背景环境信号进行检测，将第一频率至第二频率范围外的信号屏蔽，在检测到第一频率至第二频率范围内的信号时，产生触发信号。本实施例中具体为：在检测到80KHz至120KHz范围内的信号时，产生触发信号，而将其他频率范围内的背景环境信号进行屏蔽。应该理解的是，所述检测到80KHz至120KHz范围内的信号指的是在80KHz至120KHz存在一个幅度大于某一幅度阈值的信号。所述背景环境信号的检测过程也即为图3中的步骤S11。
下面对背景环境噪声的检测过程进行详细说明。首先，系统干扰检测模块311对供电电源的频率范围内的系统噪声信号进行检测，具体为50Hz至75Hz范围内的系统噪声，在此范围内检测到信号，并不触发所述按键检测单元32进行按键检测，所述控制单元40也不进行按键判断。作为一个优选的实施例，若所述系统噪声信号的幅度低于第一预设幅度(本实施例为100mV)时，如为50mV，将该系统噪声信号的幅度传输至控制单元40，所述控制单元40将其加入系统的基准信号中，在后续的按键有效信号的判断过程中，将该系统噪声信号的幅度扣除，避免了电源纹波干扰对判定结果的影响。若所述系统噪声信号的幅度高于第二预设幅度(本实施例中为500mV)，如800mV。则将该系统噪声信号的幅度传输至所述控制单元40，所述控制单元40对其进行限幅处理，即在后续的按键有效信号的判定过程中，认为超过此幅度极为系统噪声，并非按键动作。
在所述系统干扰检测模块311完成系统噪声信号的检测之后，所述检测控制模块314控制所述低频干扰检测模块312进行第三频率至第四频率范围内的低频噪声信号的检测，具体为20KHz至500KHz范围内的低频噪声信号检测。所述低频噪声信号的接收通过所述侦测板20实现。具体检测过程通过跳频检测实现，所述跳频检测是指同一时刻仅接收频率等于跳频频率的信号，其中，所述跳频频率从第三频率(20KHz)递增至第四频率(500KHz)，再从第四频率(500KHz)递减至第三频率(20KHz)，所述递增的跳频频率与所述递减的跳频频率不同，其中，所述跳频频率的递增值和递减值为2个频率单位，即为等差递增或递减。
若在80KHz至120KHz范围之外存在低频噪声信号，则对其进行屏蔽，也即并不去触发所述按键检测单元32和控制单元40，从而避免了低频噪声信号导致的按键动作的误判。
在所述低频干扰检测模块312对低频噪声信号检测完成之后，所述检测控制模块314控制所述高频干扰检测模块313对第五频率(900MHz)至第六频率(3GHz)范围内的高频噪声信号进行检测。若该频段内存在高频噪声信号则对其进行屏蔽，也即并不去触发所述按键检测单元32和控制单元40，从而避免了高频噪声信号导致的按键动作的误判。
之后，所述检测控制模块314控制所述系统干扰检测模块311、低频干扰检测模块312和高频干扰检测模块313依次循环工作，反复的对所述系统噪声信号、低频噪声信号和高频噪声信号进行检测。
若所述低频干扰检测模块312检测到所述第一频率(80KHz)至第二频率(120KHz)范围内有信号，则产生触发信号，触发所述按键检测单元32和控制单元40开始工作，其中，按键检测单元32对所述电容触摸按键进行检测，获取按键信号；控制单元40对所述按键信号进行采样，在第一时间窗口(3ms)中采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号。
本实施例中，采样频率在第一频率至第二频率的范围轮回变化，所述采样频率的递增值或递减值为1个频率单位，即为等差递增或等差递减。具体地，采样频率先从第一频率递增至第二频率，每次增加1个频率单位，且在每个频率保持预定时间，也就是说每隔预定时间采样频率增加1个频率单位；然后，采样频率再从第二频率递减至第一频率，每次减小1个频率单位，且在每个频率保持预定时间，也就是说每隔预定时间采样频率减小1个频率单位；接着采样频率再从第一频率递增至第二频率，再从第二频率递减至第一频率，如此反复。
需要说明的是，所述控制单元40在对按键信号采样的过程中，所述环境检测单元31仍然在不断的对背景环境噪声进行检测。
若在所述第一时间窗口中采样到按键有效信号的次数小于所述预定次数时，即在第一时间窗口中，都没有检测到按键动作时，没有输出控制信号，则所述环境检测单元31进入休眠(sleep)状态，停止对背景环境信号的检测。
若在所述第一时间窗口中采样到按键有效信号的次数大于或等于所述预定次数时，即在第一时间窗口中，有检测到按键动作，并产生输出相应的控制信号，则开启第二时间窗口，所述第二时间窗口的持续时间大于第一时间窗口，本实施例中第二时间窗口的持续时间为3s。在第二时间窗口内继续对所述按键信号进行采样，在所述第二时间窗口中的任一第一时间窗口中，采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号。即在第二时间窗口中，仍然以第一时间窗口为单位进行按键信号的检测，若在第二时间窗口中的某一第一时间窗口内，按键有效信号的次数大于或等于预定次数(80次)，则再次输出控制信号。若第二时间窗口中采样到按键有效信号的次数小于所述预定次数时，即整个第二时间窗口中都没有检测到真实有效的按键动作，则所述环境检测单元31进入休眠状态，停止对背景环境信号的检测。进入休眠状态有利于减小整个系统的功耗。在实际的使用中，按键动作往往是连续的，如用户连续的按键调整音量、切换频道等，因此，在第一时间窗口确认按键动作后，开启持续时间更长的第二时间窗口以捕捉紧随其后的其他按键动作，能够有效的提高对连续按键动作的检测精度。
本实施例中，所述抗干扰电容触摸按键检测系统还包括看门狗(WatchDog)模块，在所述环境监测单元31进入休眠状态的预设休眠时间(本实施例中具体为128ms)后，唤醒所述环境检测单元31，使其继续对系统噪声信号、低频噪声信号、高频噪声信号进行检测。一般来说，人的按键动作的持续时间远大于128ms，因此，所述环境监测单元31进入休眠状态的时间并不会错过按键动作，从而在降低功耗的同时，保证了检测精度。
作为一个优选的实施例，所述控制单元40还从所述环境检测单元31中获取背景环境信号，在预设监控时间内，以所述环境检测单元31扫描系统噪声信号、低频噪声信号、高频噪声信号各一次为一轮回，若在500次轮回(500次检测轮回所对应的时间即为所述预设监控时间，当然，该数字可以根据实际应用进行相应的调整)中，某频点的信号始终存在，则根据该频点的信号幅度对所述变化量阈值进行补偿调整。例如，所述电容触摸按键21附近长时间放置了一金属部件，造成了固定频率为30KHz的干扰，则在500个轮回的背景环境信号的检测中，在30KHz的频点上都存在干扰信号，则控制单元40将根据该频点的信号幅度对所述变化量阈值进行补偿调整，如30KHz的外界干扰导致电容触摸按键在平衡状态时的电荷量减少，则对所述按键信号进行检测时，对所述变化量阈值进行调整，使得调整后的变化量阈值与之相适应。因此，通过上述调整，实现了抗干扰电容触摸按键检测系统对环境的自适应，在所述固定干扰消失后，再将所述变化量阈值调回初始值，从而实现了对环境的记忆和恢复功能，保证检测的精度。
综上所述，上述技术方案采用变频采样按键信号，并检测采样到的按键信号是否为按键有效信号，相比于现有的采用固定频率采样按键信号，在按键检测过程中，变化的采样频率不易被变化的外界信号所跟踪，因而降低了采样信号被外界信号干扰的概率。
进一步，在接收到的外界信号在预定的频率范围内(第一频率至第二频率)才触发按键检测，并且，接收外界信号采用的是跳频接收，即在一定时间范围内仅接收一种频率的外界信号，与变频采样相结合，进一步降低了采样信号与外界信号的频率重合的概率，按键检测被干扰的可能性大大降低了。
另外，在预定的频率范围内(第三频率至第四频率)采用正跳频接收和反跳频接收，并重复进行，其中，正跳频接收的跳频频率与反跳频的跳频频率不同，跳频频率会在每个频率驻留，因此不会漏检，从而提高了检测成功率。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (22)

1.一种按键检测方法，其特征在于，包括下述步骤：
检测按键，获取按键信号，所述按键为电容式触摸按键；所述检测按键，获取按键信号包括：检测电容的电荷变化量；获取按键信号，所述按键信号为对应所述电容的电荷变化量的数字信号；
变频采样所述按键信号，在预定时间范围内采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号；所述采样到按键有效信号包括：采样所述按键信号；若所述按键信号所表示的数值大于变化量阈值，则所述采样到的按键信号为按键有效信号；
其中，所述变频采样是指采样频率从第一频率递增至第二频率，再从第二频率递减至第一频率，并重复所述递增和递减过程，所述采样频率在所述第一频率和第二频率之间的频率范围内的每个频率驻留预定时间。
2.如权利要求1所述的按键检测方法，其特征在于，所述采样频率的递增值或递减值为1个频率单位。
3.如权利要求1所述的按键检测方法，其特征在于，所述按键为接触式按键或空气式按键。
4.如权利要求1所述的按键检测方法，其特征在于，所述预定时间范围为3ms，所述预定次数为80，所述第一频率为80KHz，所述第二频率为120KHz，所述预定时间为5μs；所述采样频率的递增值或递减值为1KHz。
5.如权利要求1所述的按键检测方法，其特征在于，还包括：
接收外界信号；
当所述外界信号的频率在所述第一频率至第二频率的频率范围内时产生用于触发所述按键检测的触发信号。
6.如权利要求5所述的按键检测方法，其特征在于，所述接收外界信号包括：跳频接收外界信号，所述跳频接收是指仅接收频率与跳频频率相同的外界信号，其中，
所述跳频频率从第三频率递增至第四频率，再从第四频率递减至第三频率，并重复所述递增和递减过程，所述递增的跳频频率与递减的跳频频率不同，所述第三频率小于所述第一频率，所述第四频率大于所述第二频率。
7.如权利要求6所述的按键检测方法，其特征在于，所述跳频频率的递增值或递减值为2个频率单位。
8.如权利要求6所述的按键检测方法，其特征在于，所述第三频率至第四频率的频率范围包括连续的第一频率范围、第二频率范围和第三频率范围，所述第二频率范围包括所述第一频率至第二频率的频率范围，所述跳频频率在所述第一频率范围、第三频率范围内的每个频率的驻留时间小于所述跳频频率在所述第二频率范围内的每个频率的驻留时间。
9.如权利要求6所述的按键检测方法，其特征在于，所述第三频率为20KHz，所述第四频率为500KHz。
10.如权利要求9所述的按键检测方法，其特征在于，所述第三频率至第四频率的频率范围包括连续的第一频率范围、第二频率范围和第三频率范围，所述第一频率范围为20KHz～80KHz，所述第二频率范围为80KHz～300KHz，所述第三频率范围为300～500KHz；
所述跳频频率在所述第一频率范围、第三频率范围内的每个频率的驻留时间为0.1ms，所述跳频频率在所述第二频率范围内的每个频率的驻留时间为0.2ms。
11.如权利要求9所述的按键检测方法，其特征在于，
所述跳频频率从第三频率递增至第四频率包括：所述跳频频率从20KHz增至21KHz，然后以每次2KHz递增至499KHz，接着从499KHz增至500KHz；
所述跳频频率从第四频率递减至第三频率包括：所述跳频频率以每次2KHz从500KHz递减至20KHz。
12.一种按键检测装置，其特征在于，包括：
按键检测单元，用于检测按键，获取按键信号，所述按键为电容式触摸按键；所述按键检测单元包括：电容检测单元，用于检测电容的电荷变化量，获取按键信号，所述按键信号为对应所述电容的电荷变化量的数字信号；
有效信号检测单元，用于变频采样所述按键信号，并在预定时间范围内采样到按键有效信号的次数达到或超过预定次数时，输出控制信号；所述采样到按键有效信号包括：采样所述按键信号；若所述按键信号所表示的数值大于变化量阈值，则所述采样到的按键信号为按键有效信号；
其中，所述变频采样是指采样频率从第一频率递增至第二频率，再从第二频率递减至第一频率，并重复所述递增和递减过程，且所述采样频率在所述第一频率和第二频率之间的频率范围内的每个频率驻留预定时间。
13.如权利要求12所述的按键检测装置，其特征在于，所述采样频率的递增值或递减值为1个频率单位。
14.如权利要求12所述的按键检测装置，其特征在于，所述按键为接触式按键或空气式按键。
15.如权利要求12所述的按键检测装置，其特征在于，所述预定时间范围为3ms，所述预定次数为80，所述第一频率为80KHz，所述第二频率为120KHz，所述预定时间为5μs；所述采样频率的递增值或递减值为1KHz。
16.如权利要求12所述的按键检测装置，其特征在于，还包括：
接收单元，用于接收外界信号；
外界信号检测单元，用于当所述外界信号的频率在所述第一频率至第二频率的频率范围内时产生用于触发所述按键检测的触发信号，
所述按键检测单元在接收到所述触发信号后检测按键，获取按键信号。
17.如权利要求16所述的按键检测装置，其特征在于，所述接收单元包括：
天线，用于接收外界的环境信号；
跳频接收单元，用于跳频接收外界信号，所述跳频接收是指仅将频率与跳频频率相同的外界的环境信号作为外界信号接收，其中，
所述跳频频率从第三频率递增至第四频率，再从第四频率递减至第三频率，并重复所述递增和递减过程，所述递增的跳频频率与递减的跳频频率不同，所述第三频率小于所述第一频率，所述第四频率大于所述第二频率。
18.如权利要求17所述的按键检测装置，其特征在于，所述跳频频率的递增值或递减值为2个频率单位。
19.如权利要求17所述的按键检测装置，其特征在于，所述第三频率至第四频率的频率范围包括连续的第一频率范围、第二频率范围和第三频率范围，所述第二频率范围包括所述第一频率至第二频率的频率范围，所述跳频频率在所述第一频率范围、第三频率范围内的每个频率的驻留时间小于所述跳频频率在所述第二频率范围内的每个频率的驻留时间。
20.如权利要求17所述的按键检测装置，其特征在于，所述第三频率为20KHz，所述第四频率为500KHz。
21.如权利要求20所述的按键检测装置，其特征在于，所述第三频率至第四频率的频率范围包括连续的第一频率范围、第二频率范围和第三频率范围，所述第一频率范围为20KHz～80KHz，所述第二频率范围为80KHz～300KHz，所述第三频率范围为300～500KHz；
所述跳频频率在所述第一频率范围、第三频率范围内的每个频率的驻留时间为0.1ms，所述跳频频率在所述第二频率范围内的每个频率的驻留时间为0.2ms。
22.如权利要求20所述的按键检测装置，其特征在于，
所述跳频频率从第三频率递增至第四频率是指：所述跳频频率从20KHz增至21KHz，然后以每次2KHz递增至499KHz，接着从499KHz增至500KHz；
所述跳频频率从第四频率递减至第三频率是指：所述跳频频率以每次2KHz从500KHz递减至20KHz。
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