亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：用于检测按钮的激活的算法的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测包括触觉压力传感器的按钮的激活的算法。这种算法对于包含了在预加载条件下工作和如何控制力来通过刚性机械零件检测传感器激活(例如检测在指定致动力之上的激活，与致动的速度无关)的力感测电阻器 (FSR)技术的所有产品可适用。
背景技术：
通过引用在此附上的具有建议的电子接口的FSR 整体指导和评估部分目录提供了力感测电阻器以及使用这种FSR的一些基本电子接口的概述。特别是该文档的图17示出了由以下等式所描述的电流到电压转换器·V0UT = Vref/2 X [I + RG/RfsJ。在示出了简单的力到频率转换器的该文档的图18中给出了另一个示例，该简单的力到频率转换器具有作为施密特触发器附近的反馈元件的FSR设备。在零力下，FSR为开路。取决于触发器的最后级，输出保持恒定，或高或低。当该FSR被按压时，振荡器启动，其频率随增加的力而增加。从文件W02009/070503获知，使用了力感测电阻器，在力感测电阻器处测量了是电阻的函数的FSR输出。确定了在时间间隔期间输出的FSR的大小上的改变是否大于阈值。如果该改变大于阈值，则在该时间间隔期间检测在该FSR上施加的触摸。然而该文件呈现一些缺陷，当中具有的事实是，该FSR是不考虑FSR被集成在其中的环境的预加载传感器，其降低了检测FSR激活的可靠性。也从文件US5440237获知，一种用于规格化电子传感器数据的方法和装置，用于校正事先未知的个别传感器传递特性中的变化。凭经验确定了感兴趣的传感器类型的一般特性传递函数。出于该目的，从每个传感器获取基线响应来得到每个个别设备的传递特性的指示。在一些“预加载”条件或“静止”条件下确定基线响应。然后通过将对应的基线响应应用到一般特性传递函数来为每个个别的传感器确定特定传递函数。关于先前的文件，从以上方法得到的是，对传感器激活的检测不考虑传感器的环境。还从文件US2006/007172获知，力感测电阻器具有校准特征。出于该目的，其包括的步骤是，在FSR被断开时测量校准电阻，以及确定校正因数使得其是标称值和当前测量值之间的比率。FSR电阻的后续测量接着被乘以该校正因数，以便将它们进行换算以显得好像它们根据标称FRS电阻所测量。在现有的解决方案中，电子设备通过微处理器模拟数字转换器(ADC)来测量电压或频率，该电压或频率将是FSR电阻/压力的图像。由于FSR电阻变化被假定为遵循1/F(F是所施加的力)法则，因此输出电压或频率是如图IB和IC上所示的直线。在图IA上给出了施加在FSR上的压力和电阻变化之间的关系。因此，理论上无论电阻是什么，对于恒力AF，存在如图IB中所示的恒定电压AV或如图IC中所示的恒定频率Af。
主要使用的算法通常基于具有长时间常数(16个样本@20ms采样周期)的高通滤波器。进一步，取决于致动的速度和力的该滤波器的输出值与阈值进行对比，以便检测传感器上的任何改变。另一文件US2009/066673，描述了压力传感器的自校准方法。该方法在于，在未激活时周期性地校准该传感器，根据当前和先前值来确定空闲张力，通过补偿数据来补偿测量值，以及根据更新的阈值来激活该传感器。该补偿数据可以特别是测量电压和施加在传感器上的力之间的关系。进一步从文件US5514040获知FSR传感器的校准方法。这些方法之一是基于延迟·值校准，而另一方法是基于调整值校准。然而，这些方法都没考虑按钮(释放或按压)的状态和传感器的机械结构来进行校准。另一文件EP0535907描述了基于在按钮被用户按压的同时完成的测量的按钮的校准方法。另一文件US6456952描述了包括键区和漂移区的触摸屏的校准方法。在检测键区中和漂移区周围的接触之后，将调整向量施加到聚焦检测。又一文件EP1602907描述了基于两个极限测量的校准方法，一个测量没有压力而另一个测量具有最大压力。最后，另一文件US2007/107487描述了通用校准方法。以上呈现的解决方案中的每个都呈现了以下若干缺陷中的一些。特别是以上呈现的系统将受到电磁干扰(EMI)/电磁兼容(EMC)的影响。事实上，针对自动EMI/EMC约束的保护级将影响电压输入值。因此，输入电压在整个Rfsk变化范围上不再是线性。进一步，机械环境、温度和湿度具有对机械预加载系统和FSR固有特性的影响。事实上，FSR电阻变化由于在整个电阻变化范围上不是直线的传感器的机械结构而实际上不是以l/χ，而是以z/x(其中O. 5<ζ<1. 5)。此外，显现的是，由于利用高通滤波器，高动态电压检测是不可靠的，低速度激活不能被检测(致动持续期必须小于时间常数，这可能不符合传感器要求)。已知算法不考虑预加载检测的动态变化。事实上，由于在机械零件上或在FSR传感器自身上的机械弯曲，施加在传感器上的预加载可以动态改变。例如，在两个连贯的按压之间，FSR电阻水平可能改变。此外，当前的解决方案不考虑系统的快速变化，诸如由于传感器上的机械弯曲引起的预加载检测的动态变化，该机械弯曲可能改变例如两个按压之间的传感器电阻水平。

发明内容
本发明的一个目标是通过提供一种用于用强度激活管理可靠地检测触觉压力传感器的激活的算法来克服上述缺陷，对于该强度激活管理，在强度阈值上必须检测传感器激活，而与该系统的击打速度和可能的快速变化无关。出于该目的，根据第一方面，本发明涉及一种用于检测具有机械结构的触觉压力传感器的激活的算法，包括以下组成的步骤
a)周期性测量当该传感器未被按压时该传感器的输入量，根据传感器动态要求来设置周期；
b)根据在步骤a)处所测量的输入量来计算当前空闲量；
c)基于该传感器机械结构的量表征且取决于在步骤b)处所定义的空闲量来计算激活阈值；
d)将传感器输入量与由在步骤c)中所计算的激活阈值所增加的最后定义的空闲量相比较，以便确定该传感器是否被按压。这种算法具有的优点是，确保了传感器的激活的可靠检测，同时具有非常短的总处理延迟和扩展的电阻值范围监控。进一步，根据传感器动态要求的周期设置允许了在慢速用户致动和快环境改变之间进行辨别。根据另一个实施例，在步骤a)处所测量的量是输入频率，其在步骤b)处定义当前空闲频率且基于传感器机械结构的频率表征和根据在步骤b)处 所定义的空闲频率来计算激活阈值。这样的算法提供了使用远离处理单元的传感器并增加可接受动态范围的能力。根据另一个实施例，在步骤a)处所测量的量是输入电压，其在步骤b)处定义当前空闲电压且基于传感器机械结构的电压表征和根据在步骤b)处所定义的空闲电压来计算激活阈值。根据另一个实施例，在检测环境约束改变时，动态设置步骤a)处的周期。在步骤a)中的测量周期的这样的动态设置确保了对系统约束的快速变化以及诸如机械预加载、温度或湿度的环境改变的自动适应。有利地，当按钮已经被检测为释放或空闲量已经跌到预订阈值以下时，该周期被动态设置成由更短周期所定义的快速周期模式。根据另一个实施例，在步骤b)中的空闲量被定义为空闲量的先前定义的值和步骤a)中的最后测量的输入电压之间的平均值。根据另一个实施例，完全在由传感器所使用的强度的范围上进行对传感器机械结构的量表征。根据另一个实施例，在开发期间通过线路测试器的结束或通过在若干零件上完成的测量的方式来进行该量表征。根据另一个实施例，在步骤c)中的计算是基于由量表征所确定的传感器性能的等式，该量表征将激活阈值设置成接近用于这样的激活的强度请求。根据另一个实施例，步骤c)中的计算是基于在步骤b)处确定的空闲量和由该传感器机械结构的量表征所确定的对应激活阈值之间的对应性表格。根据另一个实施例，步骤c)进一步在于，计算非激活阈值来确定该传感器在已经被按压之后何时被释放，所述非激活阈值严格低于激活阈值，并且优选地也在非激活必须被检测的另一个强度阈值以下。有利地，非激活阈值直接基于该激活阈值，或根据该传感器机械结构的量表征进行计算。根据第二方面，本发明涉及用于检测彼此机械相关的多个触觉压力传感器当中的触觉压力传感器的激活的算法，其中除了第一方面外，其进一步包括步骤通过为每个传感器将传感器输入量之间的间隙与最后定义的空闲量进行比较并选择具有最高间隙的传感器来确定哪个传感器已经被按压。根据另一个实施例，其进一步包括步骤校准每个传感器并为每个传感器存储所施加的给定力的量偏差，所述量偏差被用于计算步骤b)处的激活阈值。根据另一个实施例，其进一步包括步骤基于每个传感器机械结构的温度表征来调整致动阈值。根据另一个实施例，为每个传感器基于它们存储的量偏差和/或它们的温度表征来由预定系数调整每个间隙计算。根据有利实施例，根据传感器动态要求来设置步骤a)中的周期性，以便在慢速用户驱动和快速环境传感器改变之间进行辨别。
根据另一个方面，本发明涉及包括由根据第一方面的算法所控制的触觉压力传感器的按钮。根据另一个实施例，其涉及均包括由根据第一方面的算法所控制的触觉压力传感器的多个按钮。


本发明的其它特征和优点将在阅读参考附图的以下描述时而显现，其中
-已经描述的图IA是示出了施加在FSR上的压力和其电阻之间的关系 的图表；
-已经描述的图IB是示出了施加在FSR上的压力和电压变化之间的关系的图表；
-已经描述的图IC是示出了施加在FSR上的压力和频率变化之间的关系的图表；
-图2表示根据本发明的实施例的传感器处理装置；
-图3表示根据第一实施例的用于检测触觉压力传感器的激活的算法的示 -图4表示根据第二实施例的用于检测触觉压力传感器的激活的算法的示 -图5表示根据第三实施例的用于检测触觉压力传感器的激活的算法的示 -图6A表传感器机械结构的电压表征；
-图6B表示传感器机械结构的频率表征；
-图6C表示传感器对温度的频率表征；
-图7表示示出了根据三个实施例中的任意实施例的输入量和计算的阈值之间的比较的不意 -图8示出了包括四个相邻按钮的系统。
具体实施例方式现在参考图2至8，我们将更详细地描述用于检测触觉压力传感器的激活的算法的若干实施例。为了满足系统要求且独立于产品使用情境，提出使用一种算法，其必须
-通过在按钮未被按压时计算由电子级所提供的空闲量来独立于环境约束(机械预加载、温度和湿度)。-使激活/非激活阈值适应所处理的空闲量，以在传感器电阻变化的整个范围上考虑系统的非线性；以及
-通过将输入量与空闲量以及与计算的致动阈值进行比较来确定按钮状态(按压或释放)。如在图2上可见的，其示意性表示了传感器处理装置。诸如电压(Vtl)或频率(&)的输入量将在用于电压的模数转换器(ADC驱动器)的或用于频率的定时器输入的输入(V/f_FSR_线性)处被周期性地测量。为了根据当传感器未被按压时所测量的输入量来定义当前空闲量(Vidle; fidle)，其具有诸如低通滤波器(LPF)的滤波装置以便滤波所述输入量。其进一步包括按压和释放阈值计算装置，用于基于该定义的空闲量且基于传感器机械结构的对应量表征来计算用于检测何时传感器被按压的激活阈值(AVp; Afp)以及还优选地计算用于检测何时传感器被释放的非激活阈值(AfK)。可以在开发期间通过设计或在线端测试者(EOLT)校准服务处直接用产品或通过产品来完成该量表征。查找表(LUT)，或变化规律的等式可以被用来计算该阈值。最后其包括按钮状态计算装置，该按钮状态计算装置将传感器输入量(Vtl, f。)与最后定义的空闲量(Vidle; fidle)和激活/非激活阈值(AVp/AVe, Afp/AVfK)进行比较，以便确定传感器是否被按压。在输出处，传递按钮状态。根据第一实施例，其被提供来使用FSR驱动器，该FSR驱动器生成频率与1/RFSK有关的周期方波信号。由于输入捕获引脚，频率采集优选地必须由微处理器所执行。在这种情况下，FSR驱动器供应数字输出，其对于EMC扰动是更加鲁棒的并且允许使用远程传感器。由于运算放大器输出饱和电压，不存在更多的限制，并且因此增加了动态范围。图3表示用于基于频率量采集来检测触觉压力传感器的激活的算法的示图。第一步骤a)在于周期性测量传感器未被按压时该传感器的输入频率(&)。第二步骤b)在于基于在步骤a)处所测量的输入频率来处理空闲频率。空闲频率fidle(t)的级别被周期性更新以便针对环境约束而自适应。因此，具有长周期的周期任务将仅在传感器被检测为释放时对输入频率(fo)施加低通滤波器，优选地施加第一级低通滤波器。fidle计算的周期将根据系统的动态要求而被设置，即，周期值将能够在慢速用户致动和 快速环境系统改变之间进行辨别。出于该目的，第一级低通滤波器的输出由以下公式所有利地给出
f^dle =+ Ο/20第三步骤c)在于根据在步骤b)处所定义的空闲频率来计算致动阈值。出于该目的，其被提供来使用在图6A处所示的传感器机械结构的频率表征。为了让系统对于EMI滤波、机械结构和传感器技术影响较不灵敏，提出的是完全在由系统所使用的强度的范围上做出机械结构的频率表征，并且在软件上将其实现。可以在开发期间通过设计或在线端测试者校准服务处直接用产品或通过产品来完成该表征。利用这种表征，可能对系统非线性进行适应，并且具有用于传感器激活或非激活的强度的准确值。该表征可以用系统性能的等式来定义。曲线(图6A)的等式接着被编程在本地用户终端的存储器中，并且可以根据fidle自身定义所请求的频率。如此，无论预加载是什么，系统可以管理Afp和Λ fK频率阈值来接近用于激活或非激活的强度请求。所使用的等式的种类或其次序定义了系统的精度。替代地，频率表征可以根据fidle以Λ fp和Λ fK的表格的形式来完成。软件将接着基于传感器的fidle电压来对阈值Afp和Λ fK进行适应。表格的示例在以下被给出
权利要求
1.一种用于检测具有机械结构的触觉压力传感器的激活的算法，包括以下组成的步骤 a)周期性测量在传感器未被按压时传感器的输入量(％;&)，根据传感器动态要求来设置周期； b)根据在步骤a)处所测量的所述输入量(Vc^ftl)来计算当前空闲量(Vidle;fidle)； c)基于所述传感器机械结构的量表征并根据在步骤b)处所定义的所述空闲量(Vidle;fidle)来计算激活阈值(Δνρ; Afp)； d)将传感器输入量(Vtl;&)与由在步骤c)中所计算的激活阈值(AVP; Afp)所增加的最后定义的空闲量(Vidle;fidle)进行比较，以便确定传感器是否被按压。
2.根据权利要求I的算法，在步骤a)处所测量的量是输入频率(&)，其在步骤b)处定义当前空闲频率(fidle)且基于传感器机械结构的频率表征和根据在步骤b)处所定义的空闲频率来计算激活阈值(AfV)。
3.根据权利要求I的算法，在步骤a)处所测量的量是输入电压(Vtl),其在步骤b)处定义当前空闲电压(Vidle)且基于传感器机械结构的电压表征和根据在步骤b)处所定义的空闲电压(Vidle)来计算激活阈值(Λνρ)。
4.根据权利要求I至3任意一项的算法，其中在检测环境约束改变时，动态设置步骤a)处的周期。
5.根据权利要求4的算法，其中当按钮已经被检测为释放或空闲量已经跌到预订阈值以下时，该周期被动态设置成由更短周期所定义的快速周期模式。
6.根据权利要求I至5任意一项的算法，在步骤b)中的空闲量(Vidle;fidle)被定义为空闲量的先前定义的值和步骤a)中的最后测量的输入电压之间的平均值。
7.根据权利要求I至6任意一项的算法，其中完全在由传感器所使用的强度的范围上进行对传感器机械结构的量表征。
8.根据权利要求I至7任意一项的算法，其中在步骤c)中的计算是基于由量表征所确定的传感器性能的等式，该量表征将激活阈值(AVP; Afp)设置成接近用于这样的激活的强度请求。
9.根据权利要求I至7任意一项的算法，其中步骤c)中的计算是基于在步骤b)处确定的空闲量(Vidle;fidle)和由该传感器机械结构的量表征所确定的对应激活阈值(AVP; Afp)之间的对应性表格。
10.根据前述权利要求任意一项的算法，其中，步骤C)进一步在于，计算非激活阈值(AVe; AfE)来确定该传感器在已经被按压之后何时被释放，所述非激活阈值严格低于激活阈值(AVP; Afp)。
11.根据权利要求10的算法，其中非激活阈值Af,)直接基于该激活阈值(AVp; Afp),或根据该传感器机械结构的量表征进行计算。
12.根据前述权利要求任意一项的算法，用于检测彼此机械相关的多个触觉压力传感器当中的触觉压力传感器的激活，其中其进一步包括步骤通过为每个传感器将传感器输入量(％;&)之间的间隙与最后定义的空闲量(Vidle;fidle)进行比较并选择具有最高间隙的传感器来确定哪个传感器已经被按压。
13.根据权利要求12的算法，其中其进一步包括步骤校准每个传感器并为每个传感器存储所施加的给定力的量偏差，所述量偏差被用于计算步骤b)处的激活阈值。
14.根据权利要求12或13的算法，其中其进一步包括步骤基于每个传感器机械结构的温度表征来调整致动阈值。
15.根据权利要求13或14的算法，其中为每个传感器基于它们存储的量偏差和/或它们的温度表征来由预定系数调整每个间隙计算。
全文摘要
本发明涉及用于检测具有机械结构的触觉压力传感器的激活的算法，包括以下组成的步骤(a)周期性测量当该传感器未被按压时该传感器的输入量(V0;f0)，根据传感器动态要求来设置周期；b)根据在步骤a)处所测量的输入量(V0;f0)来计算当前空闲量(Vidle;fidle)；c)基于该传感器机械结构的量表征且取决于在步骤b)处所定义的空闲量(Vidle;fidle)来计算激活阈值；d)将传感器输入量(V0;f0)与由在步骤c)中所计算的激活阈值(ΔVP;ΔfP)所增加的最后定义的空闲量(Vidle;fidle)相比较，以便确定该传感器是否被按压。
文档编号G01L25/00GK102959375SQ201180033205
公开日2013年3月6日 申请日期2011年7月7日 优先权日2010年7月7日
发明者E.格朗德芒热, P-B.普吕多姆, E.奥弗雷尔, Q.香 申请人:德尔菲技术公司