用于设备的操作装置

技术领域

本发明涉及一种用于设备的操作装置。特别地，本发明涉及一种用于对设备进行控制的具有电容式接触传感器的操作装置。

背景技术

家用电器、例如灶具被设立用于加热炊具。可以通过操作装置来控制加热的强度。操作装置包括电极，通过检测电极的电容如何变化来确定用户对该电极的接触。为此目的，可以将具有预先确定的频率的操控信号施加到电极并且可以确定电极的充电或放电行为。

由于设备区域内可能存在的大量影响而可能干扰这种操作装置。例如，可能通过有线或无线方式而输入耦合高频或低频电磁信号，使得评估装置可能提供不可靠的确定（Bestimmungen）。

已经提出根据预先确定的模式改变操控信号的频率。而存在覆盖具有操控信号所使用的所有频率的信号的干扰源的概率可以是很低的。

然而，这种排除干扰的方法不能在所有情况下都提供令人满意的结果。已经提出使用所确定的电容的时间平均值来检测接触。由此，可以实现良好的干扰抑制。这里的缺点可能是电极的响应行为（Ansprechverhalten）是较不自发的（spontan）。习惯于操作装置的快速响应的用户对此可能感到不快。

发明内容

因此，本发明所基于的任务在于，提供一种用于识别传感器表面（Sensorfläche）的接触以控制设备的改进技术。本发明通过独立权利要求的主题解决了这个任务。从属权利要求反映了优选实施方式。

根据本发明的第一方面，操作装置包括：传感器表面；信号发生器，用于为传感器表面提供具有预先确定的频率的操控信号；评估装置，其设立为提供与传感器表面的电容相关的传感器信号；和控制设备。在此，控制设备被设立用于，确定在不同频率下评估装置处的测量噪声并且根据所确定的测量噪声选择用于确定传感器信号的操控信号的频率。

根据本发明，只有在可以确定其他频率对于确定传感器信号而言更有利的情况下，才改变频率。由此能够将非常快速的响应行为与非常良好的抗干扰性相结合。所使用的频率可以彼此充分不同，以尽可能排除通过干扰源引起的均匀干扰。

优选地基于传感器信号确定测量噪声。在优选实施方式中，可以经传感器信号的测量值确定滑动平均值（gleitender Durchschnitt），其中滑动平均值指示噪声。优选以预先确定的频率对测量值进行采样。滑动平均值可以包括相继测量值之间的差异。这些差异可以在预先确定的时间段内相加，然后除以该时间段内所检测的测量值的数量。更优选地，可以将相继测量值之间的差作为绝对值（Betrag）来评估。测量噪声可以通过以下方式确定：

其中适用：

N := 测量噪声

NumSamples := 观察到的相继传感器信号的数量

val :=所确定的传感器信号

在其他实施方式中，也可以使用指示测量噪声的另一个参量，例如信噪比（也作信号噪声比（Störabstand）：signal to noise ratio，SNR）。

控制设备优选地被设立为，中断在以主频率（primäre Frequenz）激励（Anregung）传感器表面情况下的传感器信号的确定，以便在以次频率（sekundäre Frequenz）激励传感器表面的情况下确定测量噪声。主频率和次频率可以从多个预先确定的频率中选择。在当前情况下，主频率的操控信号用于确定传感器信号。优选周期性地、尤其是间歇地评估具有次频率的操控信号。如果证实在使用具有次频率的操控信号时测量噪声要比在使用具有主频率的操控信号时更小，则该次频率可以用作新的主频率。

优选地周期性地进行：以主频率的操控信号对传感器表面的操控被以具有次频率的操控信号进行的操控中断。在此，使用次频率的平均时间优选地明显小于使用主频率的时间。主频率与次频率的时间比可以在10比1或更高的范围内。

只有在关于主频率所确定的测量噪声超过预先确定的阈值的情况下，才可以在使用次频率的情况下对测量噪声进行确定。由此，该操作装置完全可用于确定接触，同时也存在对其进行评估的良好条件。只有当这些条件变差时，才可以尝试通过为操控信号选择其他频率来降低测量噪声。

评估装置优选地设立用于，基于操控信号通过Sigma-Delta方法确定传感器信号。传感器信号优选地以数字形式被提供并且可以包括预先确定的值范围。该值范围可以以具有多个比特、例如大约 12 到 15比特的二进制形式表示，在一个特别优选的实施方式中大约为 13 比特。

还优选地设置一种确定设备（Bestimmungseinrichtung），用于基于传感器信号而确定用户对传感器表面的接触。在确定过程中，可以对传感器信号进行低通滤波，以便在确定传感器表面的电容时尽可能忽略短暂的接触或干扰。

可以设置驱动器（Treiber），该驱动器设立为根据所确定的接触而操控负载（Verbraucher）。在不同的实施方式中，该驱动器可以被包括在家用电器中或操作装置中，并且优选地被设立为，根据接触来控制借助负载所转换的电功率。更优选地，操作装置包括多个传感器表面，可以以本文描述的方式关于用户的接触方面分别对这些传感器表面进行检查。可以根据运行模式来控制所述负载，其中所述运行模式是基于对一个或多个传感器表面的一次或多次接触来确定的。也可以设置多个负载，这些负载可以通过一个或多个传感器表面得以控制。

根据本发明的另一方面，家用电器包括如本文所述的操作装置。

根据本发明的又一方面，方法包括以下步骤：在传感器表面处提供具有预先确定的频率的操控信号；提供与传感器表面的电容相关的传感器信号；确定不同频率下评估装置处的测量噪声；以及根据所确定的测量噪声选择用于确定传感器信号的操控信号的频率。

该方法可以部分地或完全地通过在本文描述的操作装置来执行。为此，该方法可以作为具有程序代码装置的计算机程序产品存在。计算机程序产品可以存储在计算机可读数据载体上。为了执行该方法，操作装置可以包括可编程微型计算机或微控制器。该方法的优点或特征可以转用于该装置，并且反之亦然。

进一步优选地，预先确定多个频率；其中为了确定传感器信号而针对操控信号使用主频率。只有在主频率情况下的测量噪声超过预先确定的阈值的情况下，才可以在次频率下对测量噪声进行确定。次频率也可以周期性地用作操控信号，以确定在这种情况下有效的（geltend）测量噪声。这两个频率都可以根据频率的预先确定的选择而选择。在一个优选实施方式中，仅预先确定了两个频率，这两个频率可以互换角色为主频率和次频率，从而可以使用出现较低测量噪声的频率来确定传感器表面的接触。

在另一个实施方式中，也可以设置多于两个的频率。这些频率之一可以被确定为主频率，而一个或多个其他频率则可以被确定为次频率。如果基于主频率的测量噪声超过预先确定的阈值，则可以将所述其他频率之一确定为主频率。阈值可以是固定地预先确定的或者可以涉及在所述其他频率之一情况下的测量噪声。

在特别优选的实施方式中，只有在使用主频率情况下的测量噪声超过预先确定的阈值时才在使用次频率的情况下对测量噪声进行确定。能够绝对地或关于传感器信号而言相对地预先给定所述阈值。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述本发明，其中：

图1示出了家用电器；

图2示出了设备控制方法的流程图；和

图3示出了示例性的传感器信号。

具体实施方式

图1示出了具有操作装置105的家用电器100。家用电器100仅示例性作为灶具而示出。家用电器100包括一个或多个负载110，在当前情况下负载110可以对应于用于烹饪容器的加热设备。

操作装置105被设立为检测用户115的接触并根据该接触而控制负载110 。可以设置确定设备120以确定接触并且在必要时将控制信号转换为通过负载110提供（erbringen）的功能。

操作装置105包括传感器表面125、信号发生器130、评估装置135和控制设备140。信号发生器130设立为向传感器表面125供应预先确定的频率的操控信号。评估装置135被设立为提供指示传感器表面125的电容的传感器信号。控制设备140被设立为控制信号发生器130，以适配操控信号的频率。此外，控制设备140可以确定评估装置135的传感器信号中的测量噪声。评估装置135可以被设立为补偿操控信号的频率对确定的传感器信号的影响。

可选地设置驱动器145以便基于由确定设备120提供的信号来控制负载110。在电磁炉的情况下，驱动器145可以包括用于感应线圈110的操控装置（Ansteuerung）。在辐射灶台（Strahlungs-Kochfeld ）处，驱动器145可以包括相位控制（Phasenanschnittsteuerung）。驱动器145还可以例如包括基于半导体的电流阀（SolidState Relais（固态继电器））或继电器。

在优选实施方式中，使用电流源对调制电容器（Modulationskondensator）充电。来自调制电容器的电荷然后被转载（umladen）到与传感器表面125形成的电容器中，所述电容器之后通过短路被再次放电。在这种情况下，调制电容器的电容优选地比与传感器表面125形成的电容器的电容大至少一个数量级。从调制电容器对该电容器的充电和放电以预先确定的频率而周期性地重复，在此期间同时监测调制电容器的电压。在这种情况下，对直到调制电容器电压降至预先确定的阈值以下为止可从该调制电容器对该电容器进行充电的次数进行计数。所确定的数目可以用作电容器电容的指示，并因此用作用户115接触传感器表面125的指示。用于电容器的充电和放电的控制装置、电流源和计数器可以包含在可编程微控制器中。在一个实施方式中，在没有接触传感器表面125的情况下，调制电容器具有的电容是待确定的电容器的电容的大约5000倍，并且计数器可以对高达2^13个周期进行计数。也可以确定成其他大小。

建议：控制设备140操控信号发生器130使用第一频率。同时，控制设备140可以基于评估装置135的传感器信号而确定测量噪声。在预先确定的条件下，例如如果所确定的测量噪声超过预先确定的阈值，则控制设备140可以操控信号发生器130以提供具有第二频率的操控信号。在随后出现的传感器信号中，控制设备140可以重新确定测量噪声。控制设备140然后可以决定：是使用第一频率的情况下还是使用第二频率的情况下测量噪声更小。然后可以基于具有更有利的频率的操控信号继续对传感器表面125的电容进行确定。

图2示出了用于控制设备、特别是家用电器100的方法200的流程图。方法200以状态转换系统的形式示出。在可以开始方法200的第一状态205中，信号发生器130的操控信号的频率f0被传感器表面125接收（übernehmen）。以所选频率的操控信号来操控传感器表面125，并且可以确定在使用频率f0作为主频率的情况下传感器信号的噪声或测量噪声。此外，可以更新与次频率f1相关的滤波器链（Filterkette）。为此，可以周期性地切换到次频率 f1。

在预先确定的条件下，例如周期性地或者在确定关于f0所确定的测量噪声超过预先确定的阈值s的情况下，可以在步骤210中确定关于其他频率f1的测量噪声。为此，可以通过信号发生器130以频率f1的操控信号来激励传感器表面125。可以鉴于噪声方面检查在此产生的传感器信号。然后可以确定：与最初使用的频率有关的噪声大于还是小于与所述其他频率有关的噪声。如果第一频率引起较少噪声，则可以返回到步骤205。否则，如果所述其他频率引起较少噪声，则可以分支到步骤215。

步骤215与步骤205相对应，但是其中选择了作为所述主频率不同的其他频率f1作为传感器表面125的操控信号的频率。关于该频率而确定评估装置135的传感器信号的测量噪声。可以更新与第一频率f0相关的滤波器链。

在另一预先确定的条件下，例如，在与所选频率f1有关的所确定的测量噪声超过预先确定的阈值的情况下，可以分支到步骤220 。步骤220与步骤210相对应，不同之处在于确定关于频率f0的测量噪声。为此，可以将具有频率f0的操控信号施加到传感器表面125。

如果与频率f0有关的在此所确定的测量噪声低于先前确定的与频率f1 有关的测量噪声，则可以分支到步骤 205，其中 f0 被选为用于传感器表面 125 上的操控信号的新主频率。否则，方法200可以返回到步骤215，其中频率f1被选择用于传感器表面 125的操控信号。

图3示出了示例性传感器信号305。在水平方向上绘制对传感器信号的各次测量。传感器信号作为值在垂直方向上被绘制。这两个轴的刻度都被认为是示例性的。

在时间点1 和 20 之间，传感器信号不受干扰源的影响。所观测值彼此之间仅略有不同，并且测量噪声可以是相应低的。

在测量值21 和 49 之间，在传感器表面 125的范围内输入耦合干扰信号。相继测量值均显示出彼此间明显较大的相对差异。该范围内所确定的测量噪声明显大于上述的第一范围。

通过选择具有合适频率的操控信号，可以将干扰信号的影响最小化。在所示示例中，第一频率f0 可以与测量值1 和 20之间的第一范围对应，而第二频率f1 则针对测量值21 和 49之间的范围。在这两种情况下，都假定用户115没有接触传感器表面125。在所示实施方式中，基于第一频率f0而继续对接触进行确定。

附图标记

100 家用电器

105 操作装置

110 负载

115 用户

120 确定设备

125 传感器表面、电极

130 信号发生器

135 评估装置

140 控制设备

145 驱动器

200 方法

205 以f = f0操控传感器表面，在 f0 情况下确定噪声 (N)

210 在 f1 情况下确定噪声 (N)

215 以f = f1操控传感器表面，在 f1 情况下确定噪声 (N)

220 在 f0 情况下确定噪声 (N))

305 传感器信号