一种智能门锁触摸按键检测装置及方法与流程

1.本发明涉及智能门锁，尤其涉及一种智能门锁触摸按键检测装置及方法。


背景技术：

2.现有技术中，智能门锁因安全、便捷、智能等优点，以致其市场快速增长。智能门锁的常规功能有指纹、按键密码、nfc卡、远程app、钥匙开锁等，在智能门锁里有一个主控芯片，它控制外围的芯片或功能模组实现相应的功能，触摸按键和nfc卡有各自专门的芯片，它们通过i2c或spi接口与主控芯片连接，由主控芯片控制各功能芯片的工作模式和状态。现有的智能门锁一般是电池供电，加上绝大部分时间处于待机检测状态，所以对待机功耗的要求非常高，其待机平均电流不得超过50ua,所以对于一直需要检测的触摸按键，nfc卡，指纹芯片的待机电流也要求非常小，其中nfc卡芯片的待机平均电流所占比例较大，较为关键，在现有的智能门锁中，nfc卡芯片在待机过程中检测卡片有两种方式，一种方式是睡眠一段时间(一般0.5秒左右)，芯片恢复工作状态数个毫秒以上，在这段工作时间内通过检测是否能与卡片正常数据通讯来判断是否有卡片靠近门锁，这种检测方式工作时间比较长，功耗大，一般应用于功耗要求不高的门锁设备里，另外一种检测方式则是通过检测卡片靠近时的引起的nfc射频载波变化，将这载波变化检波，整形，再由主控芯片的adc检测载波变化量，这段时间只需要数十个微秒，只有检测到载波变化量超过某个预设门限后，才增加nfc芯片的工作时间去完成与卡片的数据通讯，这种检测方式的待机平均电流相对较少(做到20ua左右)，智能门锁行业应用中通常采用这种方式完成fnc卡片的靠近检测。
3.具体地，智能门锁在待机时一般要求按键的第1次触摸动作为唤醒，不执行具体的按键功能操作，仅作为将门锁从待机模式下切换到工作模式，唤醒后按键背光灯点亮并发出提示声音，此时再按键就执行相应的按键功能，所以在待机时需要同时检测门锁上的12个数字键或其它功能按键。
4.目前这两种nfc卡的检测方式在智能门锁应用中，都是只能采用间歇工作模式来降低功耗，在响应时间和功耗中取平衡，即在一个工作周期内，如果睡眠时间长，虽然会功耗低，但nfc卡检测响应时间变长、反应慢；如果睡眠时间短，则功耗会变大，无法做到同时兼顾。另外，门锁待机时需要同时检测12个数字键或其它功能按键，同样也会增加检测时间和待机功耗。
5.综上所述，如何处理nfc卡检测功耗与响应时长之间的矛盾，以及减少待机期间检测多个按键引起的功耗，是现有技术亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能灵敏检测手持nfc卡片的靠近动作，同时电路结构简化，能够减少待机期间扫描按键时长的智能门锁触摸按键检测装置及方法。
7.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
8.一种智能门锁触摸按键检测装置，其包括有触摸键盘、触摸芯片、主控芯片和nfc芯片，所述触摸键盘包括有多个触摸按键，所述触摸键盘上设有nfc线圈，多个触摸按键均与所述触摸芯片电性连接，所述触摸芯片和所述nfc芯片均与所述主控芯片电性连接，所述nfc线圈与所述nfc芯片电性连接，其中：多个触摸按键用于当nfc卡靠近所述nfc线圈时，因周围环境电容改变而产生电信号；所述触摸芯片用于对多个触摸按键感应得到的电信号进行放大处理后，产生一唤醒信号并传输至所述主控芯片，进而唤醒所述主控芯片；所述主控芯片根据所述唤醒信号控制所述nfc芯片进入工作模式；所述nfc芯片用于通过所述nfc线圈感应所述nfc卡。
9.优选地，所述触摸芯片内置有信号放大电路，所述信号放大电路包括有第一放大器和多个第一内置开关，所述触摸按键与所述第一内置开关一一对应，且所述触摸按键与所述第一内置开关的第一端相互连接，多个第一内置开关的第二端相互并接后再连接于所述第一放大器的输入端，所述第一放大器的输出端连接于所述触摸芯片的模数转换单元。
10.优选地，所述信号放大电路包括有第二放大器和多个第二内置开关，所述触摸按键与所述第二内置开关一一对应，且所述触摸按键与所述第二内置开关的第一端相互连接，多个第二内置开关的第二端相互并接后再连接于所述第二放大器的输入端，所述第二放大器的输出端连接于所述触摸芯片的模数转换单元。
11.优选地，所述触摸芯片与所述主控芯片之间基于i2c接口通信。
12.优选地，还包括有一检波电路，所述检波电路包括有第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第一电阻和第二电阻，所述第一二极管，所述第一二极管的阳极连接于所述nfc线圈的一端，所述第一二极管的阴极通过依次串联的第一电阻和第二电阻接地，所述第二二极管的阴极与所述第一二极管的阳极相连接，所述第二二极管的阳极接地，所述第一电容的一端连接于所述第一二极管的阴极，所述第一电容的另一端接地，所述第二电容的一端与所述第一电阻和第二电阻的结点相连接，所述第二电容的另一端接地。
13.优选地，所述nfc线圈布设于多个触摸按键之间的间隙内。
14.一种智能门锁触摸按键检测方法，该方法基于一装置实现，所述装置包括有触摸键盘、触摸芯片、主控芯片和nfc芯片，所述触摸键盘包括有多个触摸按键，所述触摸键盘上设有nfc线圈，所述nfc线圈布设于多个触摸按键的间隙内，多个触摸按键均与所述触摸芯片电性连接，所述触摸芯片和所述nfc芯片均与所述主控芯片电性连接，所述nfc线圈与所述nfc芯片电性连接，所述方法包括如下步骤：步骤s1，所述主控芯片和所述nfc芯片均进入休眠状态；步骤s2，多个触摸按键组成一个大感应盘，当nfc卡靠近所述nfc线圈时，多个触摸按键组成的大感应盘因周围环境电容改变而产生电信号；步骤s3，所述触摸芯片检测多个触摸按键感应得到的电信号，并对该电信号进行放大处理后，产生一唤醒信号并传输至所述主控芯片，进而唤醒所述主控芯片；步骤s4，所述主控芯片根据所述唤醒信号控制所述nfc芯片进入工作模式；步骤s5，所述nfc芯片通过所述nfc线圈感应所述nfc卡，进而向所述nfc卡读取数据。
15.优选地，初始状态下，调高所述触摸芯片对多个触摸按键的检测灵敏度。
16.优选地，所述触摸芯片的检测灵敏度条件满足：在所述触摸芯片执行所述步骤s3时能准确地检测到所述电信号。
17.优选地，当所述触摸芯片检测到所述触摸按键被触摸时，所述触摸芯片产生一中
断信号并传输至所述主控芯片，进而唤醒所述主控芯片，以令所述主控芯片读取具体键值。
18.本发明公开的智能门锁触摸按键检测装置中，在通常情况下，所述主控芯片和所述nfc芯片均进入休眠状态，因多个触摸按键均与所述触摸芯片电性连接，使得多个触摸按键组成一个大感应盘，当nfc卡靠近所述nfc线圈时，多个触摸按键组成的大感应盘因周围环境电容改变而产生电信号，所述触摸芯片检测多个触摸按键感应得到的电信号，在进行放大处理后，产生一唤醒信号并传输至所述主控芯片，进而唤醒所述主控芯片，之后再由所述主控芯片控制所述nfc芯片进入工作模式，所述nfc芯片通过所述nfc线圈读取所述nfc卡内数据。上述装置中，将所有的触摸按键并接在一起，使多个触摸按键组成一个大感应盘，并且增大了感应盘的感应面积，当用户手持nfc卡片靠近所述触摸键盘时，能灵敏检测手持nfc卡片的靠近动作，整个过程无需nfc载波检测电路，从而简化了电路结构，能够减少待机期间扫描按键时长。
附图说明
19.图1为本发明智能门锁触摸按键检测装置的组成框图；
20.图2为nfc芯片的电路原理图；
21.图3为检波电路的电路原理图；
22.图4为触摸键盘的结构图；
23.图5为触摸芯片的电路原理图；
24.图6为信号放大电路的电路原理图。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
26.本发明公开了一种智能门锁触摸按键检测装置，结合图1至图6所示，其包括有触摸键盘1、触摸芯片u1、主控芯片2和nfc芯片u2，所述触摸键盘1包括有多个触摸按键10，所述触摸键盘1上设有nfc线圈3，多个触摸按键10均与所述触摸芯片u1电性连接，所述触摸芯片u1和所述nfc芯片u2均与所述主控芯片2电性连接，所述nfc线圈3与所述nfc芯片u2电性连接，其中：
27.多个触摸按键10用于当nfc卡靠近所述nfc线圈3时，因周围环境电容改变而产生电信号；
28.所述触摸芯片u1用于对多个触摸按键10感应得到的电信号进行放大处理后，产生一唤醒信号并传输至所述主控芯片2，进而唤醒所述主控芯片2；
29.所述主控芯片2根据所述唤醒信号控制所述nfc芯片u2进入工作模式；
30.所述nfc芯片u2用于通过所述nfc线圈3感应所述nfc卡。
31.上述检测装置中，在通常情况下，所述主控芯片2和所述nfc芯片u2均进入休眠状态，因多个触摸按键10均与所述触摸芯片u1电性连接，使得多个触摸按键10组成一个大感应盘，当nfc卡靠近所述nfc线圈3时，多个触摸按键10组成的大感应盘因周围环境电容改变而产生电信号，所述触摸芯片u1检测多个触摸按键10感应得到的电信号，在进行放大处理后，产生一唤醒信号并传输至所述主控芯片2，进而唤醒所述主控芯片2，之后再由所述主控芯片2控制所述nfc芯片u2进入工作模式，所述nfc芯片u2通过所述nfc线圈3读取所述nfc卡
内数据。上述装置中，将所有的触摸按键并接在一起，使多个触摸按键组成一个大感应盘，并且增大了感应盘的感应面积，当用户手持nfc卡片靠近所述触摸键盘1时，能灵敏检测手持nfc卡片的靠近动作，整个过程无需nfc载波检测电路，从而简化了电路结构，能够减少待机期间扫描按键时长。
32.请参见图6，本实施例中，所述触摸芯片u1内置有信号放大电路4，所述信号放大电路4包括有第一放大器ca0和多个第一内置开关11，所述触摸按键10与所述第一内置开关11一一对应，且所述触摸按键10与所述第一内置开关11的第一端相互连接，多个第一内置开关11的第二端相互并接后再连接于所述第一放大器ca0的输入端，所述第一放大器ca0的输出端连接于所述触摸芯片u1的模数转换单元adc。
33.上述信号放大电路4是本发明增设于所述触摸芯片u1内的一个关键电路，其包括有由多个第一内置开关11组成的一组开关，用于实现控制多个触摸按键10相互并接的功能，该电路中，当多个第一内置开关11同时导通后，多个触摸按键10的金属区域就组成一个大的感应盘，利用该感应盘能够感知周围环境电容的改变，从而产生电信号并作为后续电路的触发依据。
34.进一步地，为了提高感应准确性与可靠性，本实施例设置了两组内置开关和两个放大器，具体是指，所述信号放大电路4包括有第二放大器ca1和多个第二内置开关12，所述触摸按键10与所述第二内置开关12一一对应，且所述触摸按键10与所述第二内置开关12的第一端相互连接，多个第二内置开关12的第二端相互并接后再连接于所述第二放大器ca1的输入端，所述第二放大器ca1的输出端连接于所述触摸芯片u1的模数转换单元adc。
35.基于上述电路原理，本发明在芯片设计时，上述的第一、第二内置开关可以通过寄存器设置实现，然后配置到同一个运算放大器上，这样可以将所有的按键在待机时当成一个具有大感应盘的按键来检测，既实现了悬空检测手持nfc卡的靠近，又减少了待机时按键检测的数量，到达了降低功耗的目的，同时提升了快速响应的能力。相比目前市面上常用的触摸按键芯片，现有触摸芯片在待机时，一般设置为0.5秒扫描一次按键，扫描的时间约为50毫秒，相比之下，本发明将所有的按键在芯片内部连在一起当一个按键扫描，扫描时间可以在1～2毫秒内完成，大大提升了检测效率。
36.作为一种优选方式，所述触摸芯片u1与所述主控芯片2之间基于i2c接口通信。本实施例中，触摸芯片与智能门锁主控芯片采用i2c接口通讯，当门锁待机时，触摸芯片检测到触摸按键时，中断脚int会拉高，唤醒主控芯片，主控芯片通过i2c接口读取具体的按键数值。
37.当然，根据应用需要，本实施例也可以考虑增设一检波电路5，请参见图2和图3，所述检波电路5包括有第一二极管d1、第二二极管d2、第一电容c15、第二电容c16、第一电阻r5和第二电阻r6，所述第一二极管d1，所述第一二极管d1的阳极连接于所述nfc线圈3的一端，所述第一二极管d1的阴极通过依次串联的第一电阻r5和第二电阻r6接地，所述第二二极管d2的阴极与所述第一二极管d1的阳极相连接，所述第二二极管d2的阳极接地，所述第一电容c15的一端连接于所述第一二极管d1的阴极，所述第一电容c15的另一端接地，所述第二电容c16的一端与所述第一电阻r5和第二电阻r6的结点相连接，所述第二电容c16的另一端接地。设置所述检波电路5目的是为了缩短nfc卡片靠近的检测时间，用以降低nfc芯片的待机电流。
38.本实施例中，所述nfc线圈3布设于多个触摸按键10之间的间隙内。具体地，nfc天线设计在触摸按键板的pcb板上，作为板载天线，处于12个按键的中间位置，刷卡时，需要用卡片靠近天线位置，检测的最大距离一般在25mm左右。
39.本实施例还涉及一种智能门锁触摸按键检测方法，结合图1至图6所示，该方法基于一装置实现，所述装置包括有触摸键盘1、触摸芯片u1、主控芯片2和nfc芯片u2，所述触摸键盘1包括有多个触摸按键10，所述触摸键盘1上设有nfc线圈3，所述nfc线圈3布设于多个触摸按键10的间隙内，多个触摸按键10均与所述触摸芯片u1电性连接，所述触摸芯片u1和所述nfc芯片u2均与所述主控芯片2电性连接，所述nfc线圈3与所述nfc芯片u2电性连接，所述方法包括如下步骤：
40.步骤s1，所述主控芯片2和所述nfc芯片u2均进入休眠状态；
41.步骤s2，多个触摸按键10组成一个大感应盘，当nfc卡靠近所述nfc线圈3时，多个触摸按键10组成的大感应盘因周围环境电容改变而产生电信号；
42.步骤s3，所述触摸芯片u1检测多个触摸按键10感应得到的电信号，并对该电信号进行放大处理后，产生一唤醒信号并传输至所述主控芯片2，进而唤醒所述主控芯片2；
43.步骤s4，所述主控芯片2根据所述唤醒信号控制所述nfc芯片u2进入工作模式；
44.步骤s5，所述nfc芯片u2通过所述nfc线圈3感应所述nfc卡，进而向所述nfc卡读取数据。
45.上述方法在初始状态下，调高所述触摸芯片u1对多个触摸按键10的检测灵敏度。
46.具体地，所述触摸芯片u1的检测灵敏度条件满足：在所述触摸芯片u1执行所述步骤s3时能准确地检测到所述电信号。
47.实际应用中，当所述触摸芯片u1检测到所述触摸按键10被触摸时，所述触摸芯片u1产生一中断信号并传输至所述主控芯片2，进而唤醒所述主控芯片2，以令所述主控芯片2读取具体键值。
48.本发明公开的智能门锁触摸按键检测装置及方法，其应用于智能门锁中，由于nfc天线一般设计在触摸按键的中间，所以在刷卡时，nfc卡片会不可避免地靠近触摸按键的感应焊盘，12个数字按键的感应盘通过触摸芯片的内置开关全部连在一起，变成一个大的感应盘，这个大的感应盘中间是nfc天线，所以当手拿nfc卡靠近天线时，会引起这个大感应盘周围环境电容的改变，通过调高触摸芯片的检测灵敏度，可以达到悬空检测nfc卡片靠近的效果，这样就能够令nfc卡芯片平时待机时不工作，当触摸芯片检测到有卡片靠近时，触摸芯片通过中断脚通知主控芯片，主控芯片再控制nfc卡芯片进入工作模式去读取卡片数据，这样就解决了nfc卡功耗和响应时间的矛盾，因为触摸芯片本身待机功耗低，加上将所有的数字键连在一起检测，这样就相当于把12个按键的检测变成了1个按键的检测，不仅可以缩短了检测时间，还能进一步的降低功耗，较好地满足了应用需求。
49.以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。