[發明專利]一種非接觸按鈕傳感器單元及觸發的方法

有效

• 申請號: 202010345538.1
• 申請日: 2020-04-27
• 公開（公告）號: CN111538269B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 孫滕諶;張大華;莊瑋
• 申請（專利權）人: 北京他山科技有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;H03K17/968
• 代理公司: 北京金之橋知識產權代理有限公司 11137
• 代理人: 林建軍

一種非接觸按鈕傳感器單元，電容傳感器為一個凸字形布置的中心電極和外圍電極，電容數字轉換電路測量人體手指接近后的中心電極和外圍電極的自電容和互電容，計算判斷手指是否進入區域范圍及停留時間以及虛擬點擊，以此控制模塊輸出該按鈕的控制邏輯信號；借助這個傳感器單元構成的按鈕，檢測人體手指接近某個中心電極上部有效懸停觸發區域范圍，通過聲光反饋控制電路提供人體手指進入某個中心電極上部有效懸停觸發區域范圍的三態響應；本發明創造提供了結構設計合理，有效抵御各種干擾，充分利用電容檢測的低成本和成熟的CDC芯片技術，為衛生敏感提供了可以普及推廣的商業化技術解決方案。

技術領域

本發明創造涉及公共衛生的按鈕，特別是考慮衛生敏感下的感應按鈕，例如水龍頭、抽水馬桶的沖水按鈕、開水器的防水按鈕等，尤其是電梯的按鈕設計。

背景技術

新冠肺炎疫情的出現，加上季節性流感現等情況，對于電梯的消毒，特別是按鈕開關的消毒，面臨巨大的工作量，甚至難以實現病毒的消毒處理，為此社會上出現對接近感應按鈕的需求，因為直接接觸公共區域的按鈕開關，例如電梯樓層選擇和開關門的按鈕，衛生間的沖水開關，公共飲用水開關等容易導致感染傳染性疾病，而非接觸式的按鈕可以避免這樣的風險。

對于人體的接近，特別是操作電梯按鈕的手指的接近，有很多技術方案可以采用，包括攝像頭、紅外或射頻等技術，例如中國201480079328.5號專利；但電容感應是各種感應方案中成本最低的方案。

對于目前公共區域大量使用的光電感應水龍頭，以及沖水馬桶的人體感應控制，除了感應控制器成本比較高以外，還存在很多難以自己掌控隨心所欲的問題，例如清洗衣服及用毛巾洗臉時，感應龍頭難以正常工作，使用者需要一種十分接近實體水龍頭控制的感應控制技術。

中國專利201480079328公開了一種利用手勢控制電梯的技術方案在其說明書中，提到了類似攝像等技術來記錄手勢，包括預先設置手勢，其主要的技術構成是先記錄甚至定制手勢，把這些手勢的數據記錄在系統中形成手勢庫，然后在偵察到一種手勢命令后，與手勢庫進行對比，判斷出手勢的含義，有點類似目前已經開始普及起來的人臉設別技術；該技術需要的硬件設備多且昂貴，另一方面，使用者的定制也是非常困難的，由于人體手勢及動作方式千奇百怪，在準確判斷識別和抗干擾這二個矛盾方面，該技術存在相當大的挑戰，目前市面上沒有出現這個產品也間接說明該技術的難度。

申請號201610551225.5，提出帶有凹槽的電容式接近按鈕，電容式接近按鈕設置在凹槽底部，通過閾值設計人手指必須伸進凹槽內才能觸發接近按鈕，該申請并未披露電容接近按鈕的具體電容測量方法，該方案存在存在著使用者的手指伸進凹槽容易觸碰凹槽內壁的缺陷，特別是在電梯這種燈光相對昏暗及人員可能擁擠的環境中，同時，手勢感應的使用者不太可能保證其動作的手指能夠完全受控而不會產生抖動，否則就失去衛生敏感的意義；另外一方面，該專利對于溫濕度等環境因素對設定閾值的影響也無法避免。

美國專利US7498822公開了一種電容感應人體手指接近的方案，也是采用類似的凹形設計的電容電極，同樣存在上述問題，如果設法避免上述問題，按照我們的實驗來看，需要讓手指與開關壁有2cm以上的距離作為設計基礎，那么，凹形電極設置的開關，最少需要5cm的內徑設計，使得電梯眾多開關按鈕的排布成為挑戰；另外，該專利披露了單純模擬電路來測量電容的技術方案，并且還進一步為了消除相互串擾，特意采用等電勢的辦法和采用差分放大器等，但經過我們反復實驗，人體手指對于電梯環境下設計的一個電極在防止無意觸碰的安全距離下，所能夠產生的電容值變化大體是10ff量級的，單純模擬電路很難在測量與消除環境影響間取得較好的效果，所需要的器件成本也很高。另外，凹形電極布置的結構將增加懸停按鈕結構成型的復雜度，導致加工成本的上升，并影響懸停按鈕的美觀和今后電梯的清潔消毒工作。美國專利US7498822僅僅采用測量自電容的方法，而排斥互電容的測量方法，沒有利用互電容抗干擾能力強的優點，提高懸停按鈕的性能，此外，該專利由于沒有懸停按鈕必須的聲光反饋系統，會給操作者造成使用懸停按鈕的困惑和不便。