專利名稱：用于檢測按鈕的激活的算法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于檢測包括觸覺壓力傳感器的按鈕的激活的算法。這種算法對于包含了在預加載條件下工作和如何控制力來通過剛性機械零件檢測傳感器激活(例如檢測在指定致動力之上的激活，與致動的速度無關)的力感測電阻器 (FSR)技術的所有產品可適用。
背景技術：
通過引用在此附上的具有建議的電子接口的FSR 整體指導和評估部分目錄提供了力感測電阻器以及使用這種FSR的一些基本電子接口的概述。特別是該文檔的圖17示出了由以下等式所描述的電流到電壓轉換器·V0UT = Vref/2 X [I + RG/RfsJ。在示出了簡單的力到頻率轉換器的該文檔的圖18中給出了另一個示例，該簡單的力到頻率轉換器具有作為施密特觸發(fā)器附近的反饋元件的FSR設備。在零力下，F(xiàn)SR為開路。取決于觸發(fā)器的最后級，輸出保持恒定，或高或低。當該FSR被按壓時，振蕩器啟動，其頻率隨增加的力而增加。從文件W02009/070503獲知，使用了力感測電阻器，在力感測電阻器處測量了是電阻的函數(shù)的FSR輸出。確定了在時間間隔期間輸出的FSR的大小上的改變是否大于閾值。如果該改變大于閾值，則在該時間間隔期間檢測在該FSR上施加的觸摸。然而該文件呈現(xiàn)一些缺陷，當中具有的事實是，該FSR是不考慮FSR被集成在其中的環(huán)境的預加載傳感器，其降低了檢測FSR激活的可靠性。也從文件US5440237獲知，一種用于規(guī)格化電子傳感器數(shù)據(jù)的方法和裝置，用于校正事先未知的個別傳感器傳遞特性中的變化。憑經驗確定了感興趣的傳感器類型的一般特性傳遞函數(shù)。出于該目的，從每個傳感器獲取基線響應來得到每個個別設備的傳遞特性的指示。在一些“預加載”條件或“靜止”條件下確定基線響應。然后通過將對應的基線響應應用到一般特性傳遞函數(shù)來為每個個別的傳感器確定特定傳遞函數(shù)。關于先前的文件，從以上方法得到的是，對傳感器激活的檢測不考慮傳感器的環(huán)境。還從文件US2006/007172獲知，力感測電阻器具有校準特征。出于該目的，其包括的步驟是，在FSR被斷開時測量校準電阻，以及確定校正因數(shù)使得其是標稱值和當前測量值之間的比率。FSR電阻的后續(xù)測量接著被乘以該校正因數(shù)，以便將它們進行換算以顯得好像它們根據(jù)標稱FRS電阻所測量。在現(xiàn)有的解決方案中，電子設備通過微處理器模擬數(shù)字轉換器(ADC)來測量電壓或頻率，該電壓或頻率將是FSR電阻/壓力的圖像。由于FSR電阻變化被假定為遵循1/F(F是所施加的力)法則，因此輸出電壓或頻率是如圖IB和IC上所示的直線。在圖IA上給出了施加在FSR上的壓力和電阻變化之間的關系。因此，理論上無論電阻是什么，對于恒力AF，存在如圖IB中所示的恒定電壓AV或如圖IC中所示的恒定頻率Af。
主要使用的算法通常基于具有長時間常數(shù)(16個樣本@20ms采樣周期)的高通濾波器。進一步，取決于致動的速度和力的該濾波器的輸出值與閾值進行對比，以便檢測傳感器上的任何改變。另一文件US2009/066673，描述了壓力傳感器的自校準方法。該方法在于，在未激活時周期性地校準該傳感器，根據(jù)當前和先前值來確定空閑張力，通過補償數(shù)據(jù)來補償測量值，以及根據(jù)更新的閾值來激活該傳感器。該補償數(shù)據(jù)可以特別是測量電壓和施加在傳感器上的力之間的關系。進一步從文件US5514040獲知FSR傳感器的校準方法。這些方法之一是基于延遲·值校準，而另一方法是基于調整值校準。然而，這些方法都沒考慮按鈕(釋放或按壓)的狀態(tài)和傳感器的機械結構來進行校準。另一文件EP0535907描述了基于在按鈕被用戶按壓的同時完成的測量的按鈕的校準方法。另一文件US6456952描述了包括鍵區(qū)和漂移區(qū)的觸摸屏的校準方法。在檢測鍵區(qū)中和漂移區(qū)周圍的接觸之后，將調整向量施加到聚焦檢測。又一文件EP1602907描述了基于兩個極限測量的校準方法，一個測量沒有壓力而另一個測量具有最大壓力。最后，另一文件US2007/107487描述了通用校準方法。以上呈現(xiàn)的解決方案中的每個都呈現(xiàn)了以下若干缺陷中的一些。特別是以上呈現(xiàn)的系統(tǒng)將受到電磁干擾(EMI)/電磁兼容(EMC)的影響。事實上，針對自動EMI/EMC約束的保護級將影響電壓輸入值。因此，輸入電壓在整個Rfsk變化范圍上不再是線性。進一步，機械環(huán)境、溫度和濕度具有對機械預加載系統(tǒng)和FSR固有特性的影響。事實上，F(xiàn)SR電阻變化由于在整個電阻變化范圍上不是直線的傳感器的機械結構而實際上不是以l/χ，而是以z/x(其中O. 5<ζ<1. 5)。此外，顯現(xiàn)的是，由于利用高通濾波器，高動態(tài)電壓檢測是不可靠的，低速度激活不能被檢測(致動持續(xù)期必須小于時間常數(shù)，這可能不符合傳感器要求)。已知算法不考慮預加載檢測的動態(tài)變化。事實上，由于在機械零件上或在FSR傳感器自身上的機械彎曲，施加在傳感器上的預加載可以動態(tài)改變。例如，在兩個連貫的按壓之間，F(xiàn)SR電阻水平可能改變。此外，當前的解決方案不考慮系統(tǒng)的快速變化，諸如由于傳感器上的機械彎曲引起的預加載檢測的動態(tài)變化，該機械彎曲可能改變例如兩個按壓之間的傳感器電阻水平。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目標是通過提供一種用于用強度激活管理可靠地檢測觸覺壓力傳感器的激活的算法來克服上述缺陷，對于該強度激活管理，在強度閾值上必須檢測傳感器激活，而與該系統(tǒng)的擊打速度和可能的快速變化無關。出于該目的，根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種用于檢測具有機械結構的觸覺壓力傳感器的激活的算法，包括以下組成的步驟
a)周期性測量當該傳感器未被按壓時該傳感器的輸入量，根據(jù)傳感器動態(tài)要求來設置周期；
b)根據(jù)在步驟a)處所測量的輸入量來計算當前空閑量；
c)基于該傳感器機械結構的量表征且取決于在步驟b)處所定義的空閑量來計算激活閾值；
d)將傳感器輸入量與由在步驟c)中所計算的激活閾值所增加的最后定義的空閑量相比較，以便確定該傳感器是否被按壓。這種算法具有的優(yōu)點是，確保了傳感器的激活的可靠檢測，同時具有非常短的總處理延遲和擴展的電阻值范圍監(jiān)控。進一步，根據(jù)傳感器動態(tài)要求的周期設置允許了在慢速用戶致動和快環(huán)境改變之間進行辨別。根據(jù)另一個實施例，在步驟a)處所測量的量是輸入頻率，其在步驟b)處定義當前空閑頻率且基于傳感器機械結構的頻率表征和根據(jù)在步驟b)處 所定義的空閑頻率來計算激活閾值。這樣的算法提供了使用遠離處理單元的傳感器并增加可接受動態(tài)范圍的能力。根據(jù)另一個實施例，在步驟a)處所測量的量是輸入電壓，其在步驟b)處定義當前空閑電壓且基于傳感器機械結構的電壓表征和根據(jù)在步驟b)處所定義的空閑電壓來計算激活閾值。根據(jù)另一個實施例，在檢測環(huán)境約束改變時，動態(tài)設置步驟a)處的周期。在步驟a)中的測量周期的這樣的動態(tài)設置確保了對系統(tǒng)約束的快速變化以及諸如機械預加載、溫度或濕度的環(huán)境改變的自動適應。有利地，當按鈕已經被檢測為釋放或空閑量已經跌到預訂閾值以下時，該周期被動態(tài)設置成由更短周期所定義的快速周期模式。根據(jù)另一個實施例，在步驟b)中的空閑量被定義為空閑量的先前定義的值和步驟a)中的最后測量的輸入電壓之間的平均值。根據(jù)另一個實施例，完全在由傳感器所使用的強度的范圍上進行對傳感器機械結構的量表征。根據(jù)另一個實施例，在開發(fā)期間通過線路測試器的結束或通過在若干零件上完成的測量的方式來進行該量表征。根據(jù)另一個實施例，在步驟c)中的計算是基于由量表征所確定的傳感器性能的等式，該量表征將激活閾值設置成接近用于這樣的激活的強度請求。根據(jù)另一個實施例，步驟c)中的計算是基于在步驟b)處確定的空閑量和由該傳感器機械結構的量表征所確定的對應激活閾值之間的對應性表格。根據(jù)另一個實施例，步驟c)進一步在于，計算非激活閾值來確定該傳感器在已經被按壓之后何時被釋放，所述非激活閾值嚴格低于激活閾值，并且優(yōu)選地也在非激活必須被檢測的另一個強度閾值以下。有利地，非激活閾值直接基于該激活閾值，或根據(jù)該傳感器機械結構的量表征進行計算。根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及用于檢測彼此機械相關的多個觸覺壓力傳感器當中的觸覺壓力傳感器的激活的算法，其中除了第一方面外，其進一步包括步驟通過為每個傳感器將傳感器輸入量之間的間隙與最后定義的空閑量進行比較并選擇具有最高間隙的傳感器來確定哪個傳感器已經被按壓。根據(jù)另一個實施例，其進一步包括步驟校準每個傳感器并為每個傳感器存儲所施加的給定力的量偏差，所述量偏差被用于計算步驟b)處的激活閾值。根據(jù)另一個實施例，其進一步包括步驟基于每個傳感器機械結構的溫度表征來調整致動閾值。根據(jù)另一個實施例，為每個傳感器基于它們存儲的量偏差和/或它們的溫度表征來由預定系數(shù)調整每個間隙計算。根據(jù)有利實施例，根據(jù)傳感器動態(tài)要求來設置步驟a)中的周期性，以便在慢速用戶驅動和快速環(huán)境傳感器改變之間進行辨別。
根據(jù)另一個方面，本發(fā)明涉及包括由根據(jù)第一方面的算法所控制的觸覺壓力傳感器的按鈕。根據(jù)另一個實施例，其涉及均包括由根據(jù)第一方面的算法所控制的觸覺壓力傳感器的多個按鈕。


本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在閱讀參考附圖的以下描述時而顯現(xiàn)，其中
-已經描述的圖IA是示出了施加在FSR上的壓力和其電阻之間的關系 的圖表；
-已經描述的圖IB是示出了施加在FSR上的壓力和電壓變化之間的關系的圖表；
-已經描述的圖IC是示出了施加在FSR上的壓力和頻率變化之間的關系的圖表；
-圖2表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的傳感器處理裝置；
-圖3表示根據(jù)第一實施例的用于檢測觸覺壓力傳感器的激活的算法的示 -圖4表示根據(jù)第二實施例的用于檢測觸覺壓力傳感器的激活的算法的示 -圖5表示根據(jù)第三實施例的用于檢測觸覺壓力傳感器的激活的算法的示 -圖6A表傳感器機械結構的電壓表征；
-圖6B表示傳感器機械結構的頻率表征；
-圖6C表示傳感器對溫度的頻率表征；
-圖7表示示出了根據(jù)三個實施例中的任意實施例的輸入量和計算的閾值之間的比較的不意 -圖8示出了包括四個相鄰按鈕的系統(tǒng)。
具體實施例方式現(xiàn)在參考圖2至8，我們將更詳細地描述用于檢測觸覺壓力傳感器的激活的算法的若干實施例。為了滿足系統(tǒng)要求且獨立于產品使用情境，提出使用一種算法，其必須
-通過在按鈕未被按壓時計算由電子級所提供的空閑量來獨立于環(huán)境約束(機械預加載、溫度和濕度)。-使激活/非激活閾值適應所處理的空閑量，以在傳感器電阻變化的整個范圍上考慮系統(tǒng)的非線性；以及
-通過將輸入量與空閑量以及與計算的致動閾值進行比較來確定按鈕狀態(tài)(按壓或釋放)。如在圖2上可見的，其示意性表示了傳感器處理裝置。諸如電壓(Vtl)或頻率(&)的輸入量將在用于電壓的模數(shù)轉換器(ADC驅動器)的或用于頻率的定時器輸入的輸入(V/f_FSR_線性)處被周期性地測量。為了根據(jù)當傳感器未被按壓時所測量的輸入量來定義當前空閑量(Vidle; fidle)，其具有諸如低通濾波器(LPF)的濾波裝置以便濾波所述輸入量。其進一步包括按壓和釋放閾值計算裝置，用于基于該定義的空閑量且基于傳感器機械結構的對應量表征來計算用于檢測何時傳感器被按壓的激活閾值(AVp; Afp)以及還優(yōu)選地計算用于檢測何時傳感器被釋放的非激活閾值(AfK)?？梢栽陂_發(fā)期間通過設計或在線端測試者(EOLT)校準服務處直接用產品或通過產品來完成該量表征。查找表(LUT)，或變化規(guī)律的等式可以被用來計算該閾值。最后其包括按鈕狀態(tài)計算裝置，該按鈕狀態(tài)計算裝置將傳感器輸入量(Vtl, f。)與最后定義的空閑量(Vidle; fidle)和激活/非激活閾值(AVp/AVe, Afp/AVfK)進行比較，以便確定傳感器是否被按壓。在輸出處，傳遞按鈕狀態(tài)。根據(jù)第一實施例，其被提供來使用FSR驅動器，該FSR驅動器生成頻率與1/RFSK有關的周期方波信號。由于輸入捕獲引腳，頻率采集優(yōu)選地必須由微處理器所執(zhí)行。在這種情況下，F(xiàn)SR驅動器供應數(shù)字輸出，其對于EMC擾動是更加魯棒的并且允許使用遠程傳感器。由于運算放大器輸出飽和電壓，不存在更多的限制，并且因此增加了動態(tài)范圍。圖3表示用于基于頻率量采集來檢測觸覺壓力傳感器的激活的算法的示圖。第一步驟a)在于周期性測量傳感器未被按壓時該傳感器的輸入頻率(&)。第二步驟b)在于基于在步驟a)處所測量的輸入頻率來處理空閑頻率?？臻e頻率fidle(t)的級別被周期性更新以便針對環(huán)境約束而自適應。因此，具有長周期的周期任務將僅在傳感器被檢測為釋放時對輸入頻率(fo)施加低通濾波器，優(yōu)選地施加第一級低通濾波器。fidle計算的周期將根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)要求而被設置，即，周期值將能夠在慢速用戶致動和 快速環(huán)境系統(tǒng)改變之間進行辨別。出于該目的，第一級低通濾波器的輸出由以下公式所有利地給出
f^dle =+ Ο/20第三步驟c)在于根據(jù)在步驟b)處所定義的空閑頻率來計算致動閾值。出于該目的，其被提供來使用在圖6A處所示的傳感器機械結構的頻率表征。為了讓系統(tǒng)對于EMI濾波、機械結構和傳感器技術影響較不靈敏，提出的是完全在由系統(tǒng)所使用的強度的范圍上做出機械結構的頻率表征，并且在軟件上將其實現(xiàn)。可以在開發(fā)期間通過設計或在線端測試者校準服務處直接用產品或通過產品來完成該表征。利用這種表征，可能對系統(tǒng)非線性進行適應，并且具有用于傳感器激活或非激活的強度的準確值。該表征可以用系統(tǒng)性能的等式來定義。曲線(圖6A)的等式接著被編程在本地用戶終端的存儲器中，并且可以根據(jù)fidle自身定義所請求的頻率。如此，無論預加載是什么，系統(tǒng)可以管理Afp和Λ fK頻率閾值來接近用于激活或非激活的強度請求。所使用的等式的種類或其次序定義了系統(tǒng)的精度。替代地，頻率表征可以根據(jù)fidle以Λ fp和Λ fK的表格的形式來完成。軟件將接著基于傳感器的fidle電壓來對閾值Afp和Λ fK進行適應。表格的示例在以下被給出
權利要求
1.一種用于檢測具有機械結構的觸覺壓力傳感器的激活的算法，包括以下組成的步驟 a)周期性測量在傳感器未被按壓時傳感器的輸入量(％;&)，根據(jù)傳感器動態(tài)要求來設置周期； b)根據(jù)在步驟a)處所測量的所述輸入量(Vc^ftl)來計算當前空閑量(Vidle;fidle)； c)基于所述傳感器機械結構的量表征并根據(jù)在步驟b)處所定義的所述空閑量(Vidle;fidle)來計算激活閾值(Δνρ; Afp)； d)將傳感器輸入量(Vtl;&)與由在步驟c)中所計算的激活閾值(AVP; Afp)所增加的最后定義的空閑量(Vidle;fidle)進行比較，以便確定傳感器是否被按壓。
2.根據(jù)權利要求I的算法，在步驟a)處所測量的量是輸入頻率(&)，其在步驟b)處定義當前空閑頻率(fidle)且基于傳感器機械結構的頻率表征和根據(jù)在步驟b)處所定義的空閑頻率來計算激活閾值(AfV)。
3.根據(jù)權利要求I的算法，在步驟a)處所測量的量是輸入電壓(Vtl),其在步驟b)處定義當前空閑電壓(Vidle)且基于傳感器機械結構的電壓表征和根據(jù)在步驟b)處所定義的空閑電壓(Vidle)來計算激活閾值(Λνρ)。
4.根據(jù)權利要求I至3任意一項的算法，其中在檢測環(huán)境約束改變時，動態(tài)設置步驟a)處的周期。
5.根據(jù)權利要求4的算法，其中當按鈕已經被檢測為釋放或空閑量已經跌到預訂閾值以下時，該周期被動態(tài)設置成由更短周期所定義的快速周期模式。
6.根據(jù)權利要求I至5任意一項的算法，在步驟b)中的空閑量(Vidle;fidle)被定義為空閑量的先前定義的值和步驟a)中的最后測量的輸入電壓之間的平均值。
7.根據(jù)權利要求I至6任意一項的算法，其中完全在由傳感器所使用的強度的范圍上進行對傳感器機械結構的量表征。
8.根據(jù)權利要求I至7任意一項的算法，其中在步驟c)中的計算是基于由量表征所確定的傳感器性能的等式，該量表征將激活閾值(AVP; Afp)設置成接近用于這樣的激活的強度請求。
9.根據(jù)權利要求I至7任意一項的算法，其中步驟c)中的計算是基于在步驟b)處確定的空閑量(Vidle;fidle)和由該傳感器機械結構的量表征所確定的對應激活閾值(AVP; Afp)之間的對應性表格。
10.根據(jù)前述權利要求任意一項的算法，其中，步驟C)進一步在于，計算非激活閾值(AVe; AfE)來確定該傳感器在已經被按壓之后何時被釋放，所述非激活閾值嚴格低于激活閾值(AVP; Afp)。
11.根據(jù)權利要求10的算法，其中非激活閾值Af,)直接基于該激活閾值(AVp; Afp),或根據(jù)該傳感器機械結構的量表征進行計算。
12.根據(jù)前述權利要求任意一項的算法，用于檢測彼此機械相關的多個觸覺壓力傳感器當中的觸覺壓力傳感器的激活，其中其進一步包括步驟通過為每個傳感器將傳感器輸入量(％;&)之間的間隙與最后定義的空閑量(Vidle;fidle)進行比較并選擇具有最高間隙的傳感器來確定哪個傳感器已經被按壓。
13.根據(jù)權利要求12的算法，其中其進一步包括步驟校準每個傳感器并為每個傳感器存儲所施加的給定力的量偏差，所述量偏差被用于計算步驟b)處的激活閾值。
14.根據(jù)權利要求12或13的算法，其中其進一步包括步驟基于每個傳感器機械結構的溫度表征來調整致動閾值。
15.根據(jù)權利要求13或14的算法，其中為每個傳感器基于它們存儲的量偏差和/或它們的溫度表征來由預定系數(shù)調整每個間隙計算。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于檢測具有機械結構的觸覺壓力傳感器的激活的算法，包括以下組成的步驟(a)周期性測量當該傳感器未被按壓時該傳感器的輸入量(V0;f0)，根據(jù)傳感器動態(tài)要求來設置周期；b)根據(jù)在步驟a)處所測量的輸入量(V0;f0)來計算當前空閑量(Vidle;fidle)；c)基于該傳感器機械結構的量表征且取決于在步驟b)處所定義的空閑量(Vidle;fidle)來計算激活閾值；d)將傳感器輸入量(V0;f0)與由在步驟c)中所計算的激活閾值(ΔVP;ΔfP)所增加的最后定義的空閑量(Vidle;fidle)相比較，以便確定該傳感器是否被按壓。
文檔編號G01L25/00GK102959375SQ201180033205
公開日2013年3月6日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權日2010年7月7日
發(fā)明者E.格朗德芒熱, P-B.普呂多姆, E.奧弗雷爾, Q.香 申請人:德爾菲技術公司