專利名稱：自校準(zhǔn)的基于介電性質(zhì)的開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣開關(guān)。更具體地，本發(fā)明涉及具有自校準(zhǔn)能力的基于介電性質(zhì)的開關(guān)。
背景技術(shù)：
幾乎所有的銷售點(diǎn)系統(tǒng)包含一個(gè)或更多個(gè)用于用戶輸入的袖珍鍵盤類型開關(guān)。在這種應(yīng)用中通常利用觸摸小型開關(guān)或薄膜開關(guān)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，這些類型的開關(guān)僅在開路和通路之間翻轉(zhuǎn)，并且因此很容易被與數(shù)字控制系統(tǒng)連接。不幸的是，在很多應(yīng)用中(尤其是在食品和飲料服務(wù)工業(yè)的應(yīng)用中)，這些開關(guān)遭受可靠性的問(wèn)題。例如，兩種開關(guān)都包含隨磨損和/或被腐蝕性糖漿污染等經(jīng)受故障的運(yùn)動(dòng)部件。此外，觸摸小型開關(guān)在開關(guān)中相對(duì)昂貴。
前面的可靠性問(wèn)題的結(jié)果是已經(jīng)提出了用于在各種應(yīng)用中使用的其他開關(guān)。例如，為消除和常規(guī)的通-斷類型開關(guān)相關(guān)聯(lián)的很多可靠性問(wèn)題，可以實(shí)施基于介電性質(zhì)的開關(guān)，例如電容性開關(guān)、電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)和RF開關(guān)。一般而言，基于介電性質(zhì)的開關(guān)不包含運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)果，這種開關(guān)遭到物理?yè)p害和腐蝕性食品制品的浸入的可能性小得多。但是不幸的是，因?yàn)檫@種開關(guān)是模擬器件，所以在食品和飲料工業(yè)中通常避免這種開關(guān)。同樣地，實(shí)施基于介電性質(zhì)的開關(guān)要求給本應(yīng)為全數(shù)字的電路添加模擬處理能力。此外，增加了實(shí)施的成本，每一個(gè)實(shí)施均要求在制造期間的校準(zhǔn)，以便使開關(guān)適應(yīng)其電氣環(huán)境。結(jié)果，至此附加的成本通常已經(jīng)超過(guò)了和觸摸小型開關(guān)或薄膜開關(guān)的故障相關(guān)聯(lián)的成本。
因此，本發(fā)明最主要的目的是給出一種不要求在制造期間個(gè)別校準(zhǔn)的基于介電性質(zhì)的開關(guān)的實(shí)施方案。此外，本發(fā)明的目的是給出也適于自動(dòng)地針對(duì)電氣環(huán)境中的變化調(diào)整的這種實(shí)施方案，開關(guān)被在所述電氣環(huán)境中實(shí)施，當(dāng)食品制品濺落在基于介電性質(zhì)的開關(guān)上時(shí)，經(jīng)常發(fā)生所述電氣環(huán)境中的變化。最后，本發(fā)明的目的是給出很容易被各種各樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用的這種實(shí)施方案，從而使得該實(shí)施方案可經(jīng)濟(jì)地包含于幾乎任何現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)前面的目的，本發(fā)明——自校準(zhǔn)接觸型傳感器——通常包含與控制器在電氣上通連的介電開關(guān)墊(dielectric switchpad)。在工作中，強(qiáng)制函數(shù)波形由控制器產(chǎn)生，并通過(guò)控制器上的輸入/輸出(“I/O”)端口被傳送到介電開關(guān)墊。然后，控制器監(jiān)視介電開關(guān)墊的階躍響應(yīng)波形。以這種方式，控制器適于檢測(cè)介電開關(guān)墊的介電性質(zhì)上的變化。
在啟動(dòng)其中嵌入了本發(fā)明的自校準(zhǔn)接觸型傳感器的系統(tǒng)以后，或者在檢測(cè)到指示介電接觸墊周圍的介電環(huán)境中的永久變化的事件以后，控制器處理階躍響應(yīng)波形，以確定包含介電開關(guān)墊的電路的時(shí)間常數(shù)。被確定的時(shí)間常數(shù)是介電開關(guān)墊的介電性質(zhì)的直接度量，被確定的時(shí)間常數(shù)被控制器作為基線值(baselinevalue)儲(chǔ)存在任何適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)器器件中，例如隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器(RAM)或快閃電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)，等等，所述存儲(chǔ)器可以在片上或是片外。然后，控制器進(jìn)入工作循環(huán)，在工作循環(huán)的每個(gè)周期期間，控制器針對(duì)階躍響應(yīng)中相對(duì)被儲(chǔ)存的值的暫時(shí)性變化，監(jiān)視階躍響應(yīng)波形。檢測(cè)到介電開關(guān)墊的介電性質(zhì)上的暫時(shí)性變化，例如被人的手指接觸介電開關(guān)墊之后將發(fā)生，導(dǎo)致根據(jù)特定主機(jī)系統(tǒng)的按鍵處理。
最后，對(duì)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員，特別是依據(jù)前面的討論和下面的附圖、示范性詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的很多其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將很清晰。


盡管本發(fā)明的范圍要比任何特定實(shí)施例要寬，下面是對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述和說(shuō)明性附圖，其中，同樣的參考數(shù)字指示同樣的元件，并且其中圖1用功能框圖示出了本發(fā)明的基于介電性質(zhì)的自校準(zhǔn)開關(guān)的優(yōu)選實(shí)施例；圖2用流程圖示出了圖1的開關(guān)工作的優(yōu)選方法；圖3A用信號(hào)波形示出了被利用來(lái)驅(qū)動(dòng)圖1開關(guān)的介電開關(guān)墊的強(qiáng)制函數(shù)的表示；圖3B用信號(hào)波形示出了在正常工作條件下圖1開關(guān)的介電開關(guān)墊的階躍響應(yīng)函數(shù)的表示；圖3C用信號(hào)波形示出了在變化的工作條件下圖1開關(guān)的介電開關(guān)墊的階躍響應(yīng)函數(shù)的表示；
圖4用功能框圖示出了本發(fā)明的基于介電性質(zhì)的自校準(zhǔn)開關(guān)的另一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例盡管本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易發(fā)現(xiàn)很多其他的實(shí)施例，特別是依據(jù)這里所提供的說(shuō)明，但是本詳細(xì)描述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的范例，本發(fā)明的范圍僅受這里所附權(quán)利要求的限制。
現(xiàn)在具體參考圖1，示出本發(fā)明的自校準(zhǔn)介電開關(guān)10通常包含介電開關(guān)墊11，介電開關(guān)墊11可以是電容性的、電荷轉(zhuǎn)換、RF或任何其他實(shí)質(zhì)的等效，與控制器12在電氣上通連。在工作中，強(qiáng)制函數(shù)波形A由控制器12產(chǎn)生，并通過(guò)控制器12上的輸入/輸出(“I/O”)端口13被傳送到介電開關(guān)墊11。然后，控制器12通過(guò)模-數(shù)(“A/D”)輸入14監(jiān)視介電開關(guān)墊11的階躍響應(yīng)波形B。以這種方式，控制器12適于檢測(cè)介電開關(guān)墊11的介電性質(zhì)上的變化。
如圖2和圖3所示，在啟動(dòng)其中嵌入了本發(fā)明的自校準(zhǔn)介電開關(guān)10的系統(tǒng)(步驟20)以后，控制器12處理階躍響應(yīng)波形B，以確定包含介電開關(guān)墊11的電路的時(shí)間常數(shù)(步驟21)。被確定的時(shí)間常數(shù)是介電開關(guān)墊11的介電性質(zhì)的直接度量，被確定的時(shí)間常數(shù)被控制器12作為基線值儲(chǔ)存在任何適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)器器件中，例如隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器(RAM)或快閃電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)，等等(未示出)，所述存儲(chǔ)器可以在片上或是片外。然后，控制器12進(jìn)入工作循環(huán)，在工作循環(huán)的每個(gè)周期期間，控制器12針對(duì)指示介電開關(guān)墊11的介電性質(zhì)相對(duì)被儲(chǔ)存的值的永久或半永久性變化的事件，監(jiān)視主機(jī)系統(tǒng)(步驟22)，并針對(duì)階躍響應(yīng)中相對(duì)被儲(chǔ)存的值的暫時(shí)性變化，監(jiān)視階躍響應(yīng)波形B(步驟23)。檢測(cè)到指示永久或半永久變化(步驟22)的事件，例如，在超過(guò)預(yù)先確定的最大飲料灌注時(shí)間之后產(chǎn)生的警報(bào)，導(dǎo)致重新確定介電開關(guān)墊11的時(shí)間常數(shù)(步驟21被重復(fù))。監(jiān)測(cè)到介電開關(guān)墊11的介電性質(zhì)上的暫時(shí)性變化，例如被人的手指19接觸介電開關(guān)墊11之后將發(fā)生的，導(dǎo)致根據(jù)特定主機(jī)系統(tǒng)的按鍵處理(步驟24)。然后，工作循環(huán)如圖中所示那樣繼續(xù)。
特別如圖3A所示，介電開關(guān)墊11最后被由控制器12所產(chǎn)生的重復(fù)階躍函數(shù)驅(qū)動(dòng)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，以這種方式，圖3B和3C中所示的代表介電開關(guān)墊11的介電性質(zhì)的階躍響應(yīng)波形的時(shí)間常數(shù)可以被很容易地通過(guò)測(cè)量階躍響應(yīng)波形B的每一個(gè)脈沖的上升時(shí)間獲得。雖然可以實(shí)施其他的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，但是本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所描述的方法容易被實(shí)施。
特別如圖3B和3C所示，階躍響應(yīng)波形B的每一個(gè)脈沖的上升時(shí)間取決于介電開關(guān)墊11的介電常數(shù)，介電常數(shù)反過(guò)來(lái)取決于本發(fā)明的開關(guān)10在其中被實(shí)施的電氣環(huán)境和其他物體，例如人的手指19到介電開關(guān)墊11的接近程度。如圖3B的第一個(gè)脈沖中所示，可以預(yù)計(jì)，在給定的電氣環(huán)境中上升時(shí)間從脈沖到脈沖通常是相同的。但是，在用手指19接觸介電開關(guān)墊11以后，介電開關(guān)墊11的介電常數(shù)變化了，這反映在圖3B的第二和第三個(gè)脈沖增加的上升時(shí)間，當(dāng)然，這很容易被控制器12檢測(cè)到。
但是，如圖3C中所示，由于食品制品濺落在開關(guān)上或任意數(shù)量的其他事情所致，介電開關(guān)墊11周圍的電氣環(huán)境可能經(jīng)歷永久或半永久變化。在這種情況下，如圖3C的第二個(gè)脈沖所反映的那樣，系統(tǒng)可能將永久或半永久變化曲解為按鍵。但是在本發(fā)明中，主機(jī)系統(tǒng)中的警報(bào)條件，例如可能導(dǎo)致檢測(cè)到飲料制品的過(guò)量灌注的，發(fā)信號(hào)通知控制器12已經(jīng)發(fā)生了永久或半永久變化，引起控制器12通過(guò)測(cè)量和儲(chǔ)存階躍響應(yīng)波形B新的基線時(shí)間常數(shù)來(lái)重新校準(zhǔn)。然后，控制器針對(duì)相對(duì)新的基線的偏移監(jiān)視階躍響應(yīng)波形B，如圖3C的第三個(gè)脈沖所反映的那樣，作為對(duì)按鍵的指示。
雖然前面的描述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的范例，但是相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)任意將發(fā)現(xiàn)很多改變、更改、修飾、替代等很容易做得到，特別是依據(jù)本描述、附圖和得出的權(quán)利要求。例如，本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)利用多功能微控制器實(shí)施本發(fā)明很方便，多功能微控制器例如在商業(yè)上可從Washington州的Bothell的Cypress微系統(tǒng)公司獲得商標(biāo)為“PSOC”的可編程片上系統(tǒng)微控制器。這些微控制器既包括模擬功能，也包括數(shù)字功能，從而提供了充分的能力來(lái)測(cè)量階躍響應(yīng)波形B。
但是另外，如圖4所示，添加控制器12外部的比較器18，可以利用更傳統(tǒng)的控制器12。在這種實(shí)施方案中，階躍響應(yīng)波形B被與來(lái)自數(shù)-模(“D/A”)轉(zhuǎn)換器的輸出15的閾值電壓比較，所述數(shù)-模(“D/A”)轉(zhuǎn)換器可以在片上或片外。然后，控制器12通過(guò)把比較器18的輸出送到計(jì)數(shù)器16的輸入門17來(lái)監(jiān)視階躍響應(yīng)脈沖的上升時(shí)間，計(jì)數(shù)器16像D/A轉(zhuǎn)換器一樣，可以在片上或片外。在任何情況下，因?yàn)楸景l(fā)明的范圍要遠(yuǎn)遠(yuǎn)寬于任何特定實(shí)施例，所以前面的詳細(xì)描述不應(yīng)該被理解為對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明僅受這里所附權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1.一種自校準(zhǔn)接觸型傳感器，所述接觸型傳感器包含與第一信號(hào)源在電氣上通連的接觸墊；與所述接觸墊在電氣上通連的電路，所述電路適于測(cè)量所述第一信號(hào)當(dāng)電氣上受到所述接觸墊影響時(shí)的特性，所述特性指示了所述接觸墊的介電性質(zhì)；儲(chǔ)存所述被測(cè)量的特性的基線值；和針對(duì)所述被儲(chǔ)存的基線值，檢測(cè)所述被測(cè)量的特性中的變化。
2.如權(quán)利要求1所述的接觸型傳感器，其中，所述接觸墊包含電容性墊。
3.如權(quán)利要求1所述的接觸型傳感器，其中，所述接觸墊包含電荷轉(zhuǎn)移墊。
4.如權(quán)利要求1所述的接觸型傳感器，其中，所述接觸墊包含射頻墊。
5.如權(quán)利要求1所述的接觸型傳感器，其中，所述電路包含控制器。
6.如權(quán)利要求5所述的接觸型傳感器，其中，所述第一信號(hào)由所述控制器產(chǎn)生。
7.如權(quán)利要求6所述的接觸型傳感器，其中，所述第一信號(hào)是重復(fù)的階躍函數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的接觸型傳感器，其中，所述第一信號(hào)的所述特性是所述接觸墊對(duì)所述第一信號(hào)的階躍響應(yīng)的時(shí)間常數(shù)。
9.如權(quán)利要求6所述的接觸型傳感器，其中，所述控制器包含模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模-數(shù)轉(zhuǎn)換器適于監(jiān)視在電氣上受所述接觸墊影響的所述第一信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的接觸型傳感器，其中，所述控制器適于以電子的方式儲(chǔ)存所述被測(cè)量的特性的所述基線值。
11.如權(quán)利要求10所述的接觸型傳感器，其中，所述控制器還適于將所述被測(cè)量的特性的值與所述被測(cè)量的特性的所述基線值進(jìn)行比較。
12.如權(quán)利要求11所述的接觸型傳感器，其中，所述電路還包含比較器，所述比較器適于將所述第一信號(hào)在電氣上受到所述接觸墊影響時(shí)的電壓與參考電壓進(jìn)行比較。
13.如權(quán)利要求12所述的接觸型傳感器，其中，所述控制器還適于確定從預(yù)先確定的開始時(shí)間起，所述第一信號(hào)在電氣上受到所述接觸墊影響時(shí)的電壓超過(guò)所述參考電壓所需要的時(shí)間。
14.如權(quán)利要求13所述的接觸型傳感器，其中，所述控制器還適于檢測(cè)所述所需要的時(shí)間上的變化。
15.如權(quán)利要求11所述的接觸型傳感器，其中，所述控制器還適于根據(jù)所述被測(cè)量的特性的所述值與所述被測(cè)量的特性的所述基線值的比較來(lái)檢測(cè)所述接觸墊的所述介電性質(zhì)上的變化。
16.如權(quán)利要求15所述的接觸型傳感器，其中，所述控制器還適于分辨所述被檢測(cè)到的暫時(shí)性變化和所述被檢測(cè)到的永久性變化。
17.如權(quán)利要求16所述的接觸型傳感器，其中，所述控制器適于當(dāng)確定所述被檢測(cè)到的變化是永久性的之后，更新所述被儲(chǔ)存的基線值。
全文摘要
一種自校準(zhǔn)接觸型傳感器通常包含與控制器在電氣上連接的介電開關(guān)墊。強(qiáng)制函數(shù)波形被傳送到介電開關(guān)墊。然后，控制器監(jiān)視介電開關(guān)墊的階躍響應(yīng)波形，以檢測(cè)介電開關(guān)墊的介電性質(zhì)上的變化。在啟動(dòng)其中嵌入了所述自校準(zhǔn)接觸型傳感器的系統(tǒng)以后，或者在檢測(cè)到指示介電接觸墊周圍的介電環(huán)境中的永久性變化的事件以后，控制器處理階躍響應(yīng)波形，以確定包含介電開關(guān)墊的電路的時(shí)間常數(shù)。被確定的時(shí)間常數(shù)被控制器作為基線值儲(chǔ)存。然后，控制器針對(duì)指示按鍵事件相對(duì)被儲(chǔ)存的值的暫時(shí)性變化監(jiān)視階躍響應(yīng)波形。
文檔編號(hào)G08C21/00GK1871775SQ200480014857
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2004年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月29日
發(fā)明者托馬斯·J·查德威爾, 戴維·C·薩多坎 申請(qǐng)人:嵐瑟股份有限公司