一種雙耦合型檢測電路、雨量傳感器及雨量識別方法

專利名稱：一種雙耦合型檢測電路、雨量傳感器及雨量識別方法
技術領域：
本發明屬于電子傳感器技術領域，尤其涉及一種雙耦合型檢測電路、雨量傳感器 及雨量識別方法。
背景技術：
目前存在的雨量檢測技術大約有凹槽蝕刻金屬檢測、紅外線感應檢測和光敏電 阻檢測、電容感應檢測等。凹槽蝕刻金屬檢測要求在玻璃上蝕刻凹槽，再將雨量感應器以雙層金屬蝕刻于凹 槽中，下雨時雨水流進凹槽，使金屬短路，從而達到檢測。這種做法難度高，不靈活。紅外線檢測是將檢測器安裝在玻璃內側，由發射器發射紅外線經玻璃折射，再由 接收器接收。當下雨時，玻璃表面附有水滴，紅外折射受到影響，接收器通過收到紅外線的 強弱及變化來判斷。該檢測容易受外界光線、玻璃透光性、玻璃厚度和膨脹度等因素的影 響，其穩定性有限。光敏電阻感應檢測是利用下雨時，雨滴遮擋了部分光線從而被感應。它要求手動 調節一定閾值，且在陰天或突然從光線強的地方進入光線暗的地方(如樹蔭或過隧道)等 情況下也有可能誤檢測，其穩定性和自動化程度不佳。電容感應檢測技術分為自耦和互耦檢測，自耦檢測技術是檢測感應電極與地之間 的耦合電容變化情況，而互耦技術是檢測感應電極與驅動電極之間耦合電容的變化情況。 電容感應技術對雨滴有一定的感應靈敏度，雖然靈敏度會由玻璃厚度決定，但它不會受光 線、玻璃透光性及膨脹度等影響，穩定性優于以上檢測技術，但電容檢測同樣容易受人手或 其它接地導體等干擾。

發明內容
本發明實施例的目的在于提供一種雙耦合型檢測電路，旨在解決現有的雨量檢測 技術所存在的技術難度高、靈活性差、穩定性不佳、易受干擾的問題。本發明實施例是這樣實現的，一種雙耦合型檢測電路，包括感應電極；與所述感應電極相耦合的互耦電極，用于進行互電容模式檢測；對所述互耦電極進行驅動的第一驅動信號發生單元，其與所述互耦電極連接；通過電阻或等效電阻與所述感應電極電連接的自耦電極，用于進行自電容模式檢 測；對所述自耦電極進行驅動的第二驅動信號發生單元，其與所述自耦電極連接；AD檢測通道，用于接收所述感應電極輸入的檢測信號；所述第一驅動信號發生單元對所述互耦電極的驅動與所述第二驅動信號發生單 元對所述自耦電極的驅動在不同時段進行。本發明實施例還提供了 一種包含雙耦合型檢測電路的觸摸屏終端，所述雙耦合型檢測電路包括感應電極；與所述感應電極相耦合的互耦電極，用于進行互電容模式檢測；對所述互耦電極進行驅動的第一驅動信號發生單元，其與所述互耦電極連接；通過電阻或等效電阻與所述感應電極電連接的自耦電極，用于進行自電容模式檢 測；對所述自耦電極進行驅動的第二驅動信號發生單元，其與所述自耦電極連接；AD檢測通道，用于接收所述感應電極輸入的檢測信號；所述第一驅動信號發生單元對所述互耦電極的驅動與所述第二驅動信號發生單 元對所述自耦電極的驅動在不同時段進行。本發明實施例還提供了一種雨量傳感器，包括如上所述的雙耦合型檢測電路。本發明實施例還提供了一種汽車，其擋風玻璃外安裝有雨刮器，在所述擋風玻璃 內側對應所述雨刮器能夠刮掃經過的區域中設有如上所述的雨量傳感器。本發明實施例還提供了一種雨量識別方法，包括以下步驟步驟a，驅動與感應電極相耦合的互耦電極，得到互耦電容值；在與步驟a不同的時段驅動與感應電極電連接的自耦電極，得到自耦電容值；步驟c，若所述互耦電容值與所述自耦電容值均增大，則識別為有雨量存在。本發明實施例基于穩定性和靈活性更優的電容檢測技術，結合自耦與互耦檢測， 可以通過簡單的檢測電路結構達到有效地區分雨水與人手或其它接地導體的目的，尤其當 應用于汽車前擋風玻璃時，它還能夠有效地檢測出雨刮片的動作，從而可以使汽車雨刮的 控制更準確。


圖1是本發明實施例提供的雙耦合型檢測電路的結構原理圖；圖2A、圖2B、圖2C、圖2D分別是圖1所示電路結構圖中互耦電極與感應電極的具 體結構設計示意圖；圖3是將圖1所示電路結構用于互耦檢測時的等效電路模型示意圖；圖4是將圖1所示電路結構用于自耦檢測時的等效電路模型示意圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。本發明實施例中，結合自耦檢測和互耦檢測技術，實現區分雨水與人手或其它接 地導體，同時還可以應用于觸摸屏終端進行觸摸操作的識別。圖1示出了本發明實施例提供的雙耦合型檢測電路的結構原理，為了便于描述， 僅示出了與本實施例相關的部分。參照圖1，雙耦合型檢測電路包括用于進行互電容模式檢測的互耦電極A1、用于 進行自電容模式檢測的自耦電極A2、感應電極B以及第一驅動信號發生單元1、第二驅動信
5號發生單元2、AD檢測通道3。其中互耦電極A1與感應電極B相耦合，第一驅動信號發生單 元1與互耦電極A1連接，用于驅動互耦電極A1。自耦電極A2通過電阻或等效電阻R與感 應電極B電連接，第二驅動信號發生單元2與自耦電極A2連接，用于驅動自耦電極A2，且第 一驅動信號發生單元1對互耦電極A1的驅動與第二驅動信號發生單元2對自耦電極A2的 驅動在不同時段進行，如當前時段僅由第一驅動信號發生單元1對互耦電極A1進行驅動， 而下一時段僅由第二驅動信號發生單元2對互耦電極A2進行驅動。
上述檢測電路工作時，互耦電容Cx或自耦電容(Cx與C1之和)的相關信息可反 映至感應電極B上，AD檢測通道3接收感應電極B輸入的檢測信號，其中第一驅動信號發 生單元1、第二驅動信號發生單元2可采用同一塊控制芯片實現，第一驅動信號發生單元1 和第二驅動信號發生單元2分別為該芯片的兩個交替輸出信號的I/O輸出端口，而且AD檢 測通道3輸出的檢測結果也可以輸出至該芯片，同時AD也可以包含在該芯片內部，整個檢 測過程由該芯片觸發，再由該芯片根據檢測結果進行后續控制動作。圖1中虛線表示的Cx為互耦電極A1和感應電極B之間形成的耦合電容，電路正 常工作時在感應電極B和地之間會形成寄生電容，具體實施時還可以再將感應電極B另行 接一個電容或等效電容，與感應電極B和地之間所形成的寄生電容構成并聯結構，圖1所示 的電容C1即表示電路寄生電容與另行接入的電容之和。C1與自耦和互耦的檢測相配套，決 定了檢測的靈敏度和穩定性，因此從工作原理上看至少該寄生電容是不可缺少的。 本發明實施例中，互耦電極A1位于感應電極B的外部，呈包圍、半包圍或兩邊包圍 結構，圖2A和圖2B分別是一種簡單的半包圍和兩邊包圍的結構設計，而圖2C則是另一種 齒形交錯的半包圍結構設計。上述包圍形式均有以下優點一、可以使互耦電極A1與感應 電極B之間的正對面積盡可能的大，從而實現電極總面積一定的情況下它們之間的互耦電 容盡可能大；二、雨水掉入這個正對間隔中才能產生較佳的檢測效果，因此正對面積越大可 以使整個檢測電路檢測雨水的靈敏度更高；三、互耦電極A1在四周，可以屏蔽外界對感應 電極B的干擾；四、當互耦電極A1沒有接收到驅動信號即相當于接地時，可以使感應電極B 有很大且穩定的電容，從而在自耦檢測時不易受附近其它接地導體的影響。圖2D是一種多電極形式的檢測電路，圖中有All A14四個相隔離的子互耦電 極、一個感應電極B和一個自耦驅動電極A2，它具有圖2A 2C的優點外，由于互耦驅動電 極增多，對于小范圍內雨(如電極All與感應電極B之間)的感應靈敏度更高，具體實施時， 可選擇任意數量的子互耦電極。以上的感應電極與驅動電極都只是一種實施例，同樣也可以將它們反過來實施， 即自耦電極(它通過電阻或等效電阻與感應電極相連形成一整體)和互耦電極的位置可互換。圖3是將圖1中的第一驅動信號發生單元1對互耦電極A1進行驅動(如通過方 波信號驅動)，而第二驅動信號發生單元2則不驅動自耦電極A2 (此時第二驅動信號發生單 元2對自耦電極A2輸出直流，讓其相當于交流接地)時的等效電路模型，此時自耦電極A2 相當于接地，適用于互耦檢測。當進行互耦檢測時，如果有雨水存在，互耦電極A1與感應電極B之間的互耦電容 Cx會增大，而人手(或汽車雨刮片)靠近時，其互耦電容Cx會減小，如果在靜態的環境下 進行檢測，單獨以圖3的電路模型便可以實現，但當雨刮器啟動后不斷從感應極經過，造成
6檢測電容不斷變化的動態情況下，系統是無法得知哪些變化是由雨量或雨刮片的干擾所引 起，因此不能有效地實現雨量大小檢測和雨刮器檔位的控制。圖4是將圖1中的第一驅動信號發生單元1不對互耦電極A1進行驅動(此時第 一驅動信號發生單元1對互耦電極A1輸出直流，讓其相當于交流接地)，而第二驅動信號發 生單元2對自耦電極A2進行驅動時的等效電路模型，此時互耦電極A1相當于接地，適用于 自耦檢測，所以Cx也成了電容，所以這里的電容C相當于Cl+Cx。對于自耦檢測，無論是雨水、人手或雨刮片對其的影響都是一致(呈現增大的變 化)的，所以它單獨用來檢測雨量時，很容易受外界的影響而出錯。綜合以上圖3和圖4的兩種檢測方法，剛好可以解決目前存在的各種不足和問題， 本發明實施例基于以上檢測電路特此提供了一種雨量識別方法，具體包括以下步驟步驟a，驅動與感應電極相耦合的互耦電極，得到互耦電容值；步驟b，在與步驟a不同的時段驅動與感應電極電連接的自耦電極，得到自耦電容 值；步驟c，若互耦電容Cx的值與自耦電容C的值均增大，則識別為有雨量存在。可以根據上述三步驟唯一確認雨量，而與其它情況區分開來。另外考慮到其他的各種情況，上述方法進一步包括以下步驟步驟d，若互耦電容Cx的值減小而自耦電容C的值增大，則識別為有人手或接地導 體的靠近；反之則有步驟e，若互耦電容Cx的值增大而自耦電容C的值減小，則識別為有人手 或接地導體的遠離。當上述雨量識別方法應用于汽車雨量檢測并需要根據檢測結果進行雨刮器控制 時，還包括以下步驟步驟f，若步驟d和步驟e交替出現，則識別為雨刮器處于工作狀態。同時，為使系統掌握雨刮器的工作狀態，以保證它的穩定可靠，還可以進一步包括 步驟g:根據步驟f中互耦電容值和自耦電容值的變化頻率判斷雨刮器的當前工作檔位。如 變化頻率較高時，則判斷為工作在高檔，如變化頻率較低時，則判斷為工作在低檔。進一步地，還可以判斷雨量的具體大小步驟h，在雨刮器刮掃經過感應電極的位置起始的預設時間內，通過檢測數據互耦 電容值和自耦電容值變化量的大小判斷雨量的大小。當檢測到雨刮器剛剛經過感應電極B 后，可以通過以這一時刻作為開始時間點，通過從這一時刻點開始的一段時間內檢測數據 變化量的大小，可以獲知雨量的有無與大小。上述雙耦合型檢測電路可用于汽車的雨量傳感器，將包含上述雙耦合型檢測電路 的雨量傳感器設置在汽車擋風玻璃的內側，對應在擋風玻璃外安裝的雨刮器能夠刮掃經過 的區域。本發明實施例提供的雙耦合型檢測電路除了對汽車雨刮器的檢測能夠體現出極 大的優勢外，對于其它環境下的雨量檢測是同樣可行的，比如可以通過檢測雨量而控制開 啟和關閉的自動窗戶，同時還可以應用于觸摸屏終端進行觸摸操作的識別。本發明實施例基于穩定性和靈活性更優的電容檢測技術，結合自耦與互耦檢測， 可以通過簡單的檢測電路結構達到有效地區分雨水與人手或其它接地導體的目的，尤其當
7應用于汽車前擋風玻璃時，它還能夠有效地檢測出雨刮片的動作，從而可以使汽車雨刮的 控制更準確。進一步將互耦電極設計為包圍感應電極的結構，使得兩者之間的正對面積和 互耦電容盡可能的大，雨水掉入兩者的正對間隔中才能產生較佳的檢測效果，因此正對面 積越大可以使整個檢測電極檢測雨水的精度更高，而且互耦電極在感應電極的四周，可以 屏蔽外界對感應電極的干擾，當互耦電極沒有接收到驅動信號即相當于接地時，可以使感 應電極有很大且穩定的電容，從而在自耦檢測時不易受附近其它接地導體的影響。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種雙耦合型檢測電路，其特征在于，包括感應電極；與所述感應電極相耦合的互耦電極，用于進行互電容模式檢測；對所述互耦電極進行驅動的第一驅動信號發生單元，其與所述互耦電極連接；通過電阻或等效電阻與所述感應電極電連接的自耦電極，用于進行自電容模式檢測；對所述自耦電極進行驅動的第二驅動信號發生單元，其與所述自耦電極連接；AD檢測通道，用于接收所述感應電極輸入的檢測信號；所述第一驅動信號發生單元對所述互耦電極的驅動與所述第二驅動信號發生單元對所述自耦電極的驅動在不同時段進行。
2.如權利要求1所述的雙耦合型檢測電路，其特征在于，所述感應電極通過電容或等 效電容接地。
3.如權利要求1所述的雙耦合型檢測電路，其特征在于，所述互耦電極位于所述感應 電極外部，呈包圍、半包圍或兩邊包圍結構。
4.如權利要求1所述的雙耦合型檢測電路，其特征在于，所述互耦電極包括多個子互 耦電極。
5.如權利要求1所述的雙耦合型檢測電路，其特征在于，所述互耦電極與所述自耦電 極的位置可互換。
6 一種觸摸屏終端，其特征在于，包括雙耦合型檢測電路；所述雙耦合型檢測電路包括感應電極；與所述感應電極相耦合的互耦電極，用于進行互電容模式檢測； 對所述互耦電極進行驅動的第一驅動信號發生單元，其與所述互耦電極連接； 通過電阻或等效電阻與所述感應電極電連接的自耦電極，用于進行自電容模式檢測； 對所述自耦電極進行驅動的第二驅動信號發生單元，其與所述自耦電極連接； AD檢測通道，用于接收所述感應電極輸入的檢測信號；所述第一驅動信號發生單元對所述互耦電極的驅動與所述第二驅動信號發生單元對 所述自耦電極的驅動在不同時段進行。
7.一種雨量傳感器，其特征在于，包括如權利要求1至5任一項所述的雙耦合型檢測電路。
8.一種汽車，其擋風玻璃外安裝有一雨刮器，其特征在于，在所述擋風玻璃內側對應所 述雨刮器能夠刮掃經過的區域中設有如權利要求7所述的雨量傳感器。
9.一種雨量識別方法，其特征在于，包括以下步驟步驟a，驅動與感應電極相耦合的互耦電極，得到互耦電容值；步驟b，在與步驟a不同的時段驅動與感應電極電連接的自耦電極，得到自耦電容值；步驟c，若所述互耦電容值與所述自耦電容值均增大，則識別為有雨量存在。
10.如權利要求9所述的雨量識別方法，其特征在于，還包括以下步驟步驟d，若所述互耦電容值減小而所述自耦電容值增大，則識別為有人手或接地導體的 罪近；步驟e，若所述互耦電容值增大而所述自耦電容值減小，則識別為有人手或接地導體的遠離。
11.如權利要求9所述的雨量識別方法，其特征在于，還以下步驟步驟f，若所述步驟d和所述步驟e交替出現，則識別為雨刮器處于工作狀態。
12.如權利要求9所述的雨量識別方法，其特征在于，還以下步驟步驟g，根據所述步驟f中互耦電容值和自耦電容值的變化頻率判斷雨刮器的當前工 作檔位。
13.如權利要求9所述的雨量識別方法，其特征在于，還以下步驟步驟h，在雨刮器刮掃經過感應電極的位置起始的預設時間內，通過檢測數據互耦電容 值和自耦電容值變化量的大小判斷雨量的大小。
全文摘要
本發明適用于電子傳感器技術領域，提供了一種雙耦合型檢測電路、觸摸屏終端、雨量傳感器及汽車。雙耦合型檢測電路包括感應電極；與感應電極相耦合的互耦電極；對互耦電極進行驅動的第一驅動信號發生單元；通過電阻或等效電阻與感應電極電連接、且與互耦電極在不同時段被驅動的自耦電極；對自耦電極進行驅動的第二驅動信號發生單元，其與自耦電極連接；AD檢測通道，用于接收所述感應電極輸入的檢測信號。本發明基于穩定性和靈活性更優的電容檢測技術，結合自耦與互耦檢測，可以通過簡單的檢測電路達到有效地區分雨水與人手或其它接地導體的目的，尤其當應用于汽車前擋風玻璃時，可有效地檢測出雨刮片的動作，從而可以使汽車雨刮的控制更準確。
文檔編號G06F3/044GK101833121SQ20101014717
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月9日 優先權日2010年4月9日
發明者周錦, 朱星火 申請人:深圳市匯頂科技有限公司