一种电容式测距方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电容式测距装置，该装置包括：模拟数字信号转换器、转化装置、微控制器；其中，模拟数字信号转换器，连接待测电容和转化装置，用于将待测电容值转变为数字信号；转化装置，连接微控制器，用于将电容参数转化为测量参数，并将该测量参数传送到微控制器；微控制器，根据距离与测量参数的关系式计算距离并输出。本发明专利技术还公开了相应方法，设置根据测量参数计算距离的关系式、参数值；该方法还包含以下步骤：将待测电容值转变为数字信号，并将电容参数转化为测量参数；确定测量模式，根据所设置的关系式计算距离并输出。本发明专利技术能够粗略或精确计算两物体之间距离，结构简单，便于使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测距技术，特别涉及一种电容式测距方法及装置。
技术介绍
目前，实现开机、开光驱门等计算机的操作，都是通过用户的手指接触并 按动相应按键后才能够实现，在计算机上缺乏能够自动探测用户与计算机之间 距离，进而根据用户与计算机之间距离远近做出相应反馈和指示的装置，这使 得计算机停留在仅仅是机器的状态，没有与人形成互动。基于距离测量的传感装置有很多种，比如激光测距、无线电测距等，这类 测距装置主要应用于精密测量方面，但这些装置都非常庞大、复杂和昂贵，不 适合于安装在计算机上，用于测量用户与计算机之间的距离。超声波测距、红 外光反射测距、图像识别测距等测距装置，体积可以制作的比较小，可以安装 在计算机上，距离测量的精度也能达到厘米级，但是这类测距装置对硬件要求 较高，计算量非常大，需要较高性能的微处理器才能够实现这些功能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种电容式测距方法，能在体积小、 易于实现的基础上，达到一定精度的测距目的。本专利技术的另一目的在于提供一种电容式测距装置，安装简便、占用空间小， 且能保证一定的测距精度。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的 一种电容式测距装置，该装置包括模拟数字信号转换器、转化装置、微 控制器；其中，模拟数字信号转换器，连接待测电容和转化装置，用于将待测电容值转变为数字信号；转化装置，连接微控制器，用于将电容参数转化为测量参数，并将该测量 参数传送到微控制器；微控制器，根据距离与测量参数的关系式计算距离并输出。 所述转化装置包括但不限于张驰振荡器、微分器。 所述测量参数包括但不限于频率、电压。所述转化装置为张驰振荡器；所述张驰振荡器包括恒流源、继电器、运算放大器；其中，恒流源与继电 器的常开触点连接，连接点为第一节点，待测电容一端接地，另一端连接第一 节点，第一节点连接运算放大器的正极，运算放大器的负极连接参考电压，运 算放大器输出端连接微控制器，运算放大器输出端连接继电器的常闭触点。所述转化装置为微分器；所述微分器包括电压源、运算放大器、第一反馈电阻、第二反馈电阻；其 中，电压源连接待测电容一端，待测电容另一端连接运算放大器负极，待测电 容与运算放大器负极连接点为第二节点，第一反馈电阻一端连接第二节点，另 一端连接运算放大器输出端，第二反馈电阻一端连接运算放大器正极，另一端 接地。一种电容式测距方法，设置根据测量参数计算距离的关系式、参数值；该 方法还包含以下步骤A、 将待测电容值转变为数字信号，并将电容参数转化为测量参数；B、 确定测量模式，根据所设置的关系式计算距离并输出。 所述参数包括但不限于寄生参数、恒流源内阻、反馈电阻、正弦电压角频率、待测电容标准值、测量模式。 所述步骤B进一步包括Bl、确定测量模式，如果为粗略测量，则设定寄生参数为1,进入步骤B3; 如果为精确测量，则进入步骤B2;B2、零距离接触待测电容，记录电容最大值，根据寄生参数计算公式得到 寄生参数值；B3、根据所设置的距离与测量参数之间的关系式计算距离并输出。步骤A所述转化是通过张驰振荡器将电容参数转化为频率；或是通过微分 器将电容参数转化为电压。本专利技术所提供的电容式测距方法及装置，通过将电容参数转化为便于测量 的频率、电压等参数，可实现基于电容的距离测量，因此本专利技术具有以下优点1) 本专利技术釆用简单廉价的硬件平台微控制器、运算放大器、外围电路等， 将电容转化为频率、电压这样便于测量的参数，通过对频率、电压的测量，并 根据频率、电压与距离之间的对应关系，就可以实现对距离的测量，由于电容 只是中间量，不需要计算电容值，计算量大大减少。2) 采用本专利技术的测量方法，如果忽略电容寄生参数的影响，可以粗略测量 出两个物体之间的距离；或者，通过计算寄生参数，也可以在厘米级别精确测 量距离。附图说明图1为本专利技术思想的原理示意图2为电容随距离变化的曲线示意图3为本专利技术一种实施例的结构图4为张驰振荡器结构图5为本专利技术另一种实施例的结构图6为微分器的结构图7为本专利技术方法的流程示意图。具体实施例方式本专利技术的基本思想如图1所示，电路板上两个相邻区域形成电容Cp的两 极，当人的手指或人体靠近Cp时，人体的寄生电容CF将耦合到Cp的两极板 上，使Cp值变大，通过测量Cp的改变情况，即可测量出人体距离两个电极的距离，该方法测量的距离可以达到几十厘米。将电容器Cp的电容值转换成数字量C。ut，将此数字化后的电容值C。ut输入给微控制器(MCU, Micro Controller Unit),微控制器对输入的数据进行计算， 得出人体与电容器Cp之间的距离值S。图2是不同用户身体与电容器之间的距离与电容值C。ut之间的对应关系。 C。ut越大，距离S值就越小，当C。ut达到最大时，人体与电容器Cp距离S趋近 于零；当C。ut不断减小时，人体与电容器Cp距离S就越来越远。距离与电容的关系可以用公式S:K《。ut"表示，其中，寄生参数K的取值 与用户有关，不同的用户K的取值是不同的。K= (maxC加t — C)/C，其中maXC。ut 是用户与电容器Cp距离趋近于零时的最大电容值，C是电容器Cp在没有人体 影响时的标准值。在不需要精确测量的情况下，通常取K-1，则S-K《。ut'1。对于精确测量的情况，K值可以这样获得，不同用户在进行测量前，需要 进行一次初始化，即人体与电容器零距离接近一次，获得零距离时的最大电容 值max C。ut,然后根据关系式K= (max C。ut - C)/C得到该用户对应的K值。电容值通常不易测量，本专利技术釆取转化的方式测量电容值。如图3所示， 待测电容通过模拟/数字信号转换器(A/D, Analog/Digital)转变为数字信号，该数字信号输入张驰振荡器，使用张驰振荡器将电容参数转换成频率，并将频率 值输出到微控制器，微控制器根据频率计算并输出距离。张驰振荡器的结构如图4所示，该张驰振荡器包括恒流源VDD、继电器 S、运算放大器A。其中，恒流源VDD与继电器S的常开触点连接，连接点为 节点P，待测电容C。ut—端接地，另一端连接节点P,节点P连接运算放大器A 的正极，运算放大器的负极连接参考电压Vth，运算放大器输出端连接微控制 器，运算放大器输出端连接继电器的常闭触点。张驰振荡器的工作原理为电源VDD接通，继电器S常开触点闭合，电 容C加充电，电容C。ut两端电压达到参考电压Vth值时，继电器S常开触点断 开，电容器C。ut放电，运算放大器A输出频率值。不同的C。ut会得到相应的输出频率值，其关系式为F。ut-l/(R'C。ut)，其中，R是恒流源的内阻，是一个常数，根据不同的恒流源而变化。同时，根据S卡Cout",得到S-K'R'F。ut 。这样，通过测量频率F础的改变情况，即可测量出人体距离两个电极的距离。还可以使用微分器可以将电容参数转换成电压值，根据电压变化来测量电容值。如图5所示，将待测电容经过A/D转换器转化为数字信号，将该数字信 号输入微分器，微分器连接微控制器，微控制器计算得到输出距离。图6所示是微分器的结构图，电压源Ui连接待测电容C。ut—端，待测电容 C。ut另 一端连接运算放大器A负极，标记待测电容C。ut与运算放大器A负极连 接点为节点Q本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式测距装置，其特征在于，该装置包括：模拟数字信号转换器、转化装置、微控制器；其中，　模拟数字信号转换器，连接待测电容和转化装置，用于将待测电容值转变为数字信号；　转化装置，连接微控制器，用于将电容参数转化为测量参数，并将该测量参数传送到微控制器；　微控制器，根据距离与测量参数的关系式计算距离并输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘湘涛，马雷，
申请(专利权)人：联想北京有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]