前的波形，图7是电压比较器输出的对应的矩形波。
[0054]在图6中的①区当未按按键时，因Vin电平值一直大于参考电压Vref的电压值，所以对应的图7中输出一直为高电平。在②区，虽有一个按键按下产生第一电压，但其产生的负半周低谷峰值电压值没有小于参考电压Vref的电压值，所以当次的按键动作视为无效按键波形，输出高电平。在④区，再有一个按键被按下产生第一电压，其产生的负半周低谷峰值电压值在一定时间段内小于Vref的电压值，所以小于Vref的电压值的这段时间，通过电压比较器的处理，则自动转换为低电平输出。通过判断在一段时间内第一电压是否小于参考电压Vref值，判断弱电压矩形波信号是否有效。
[0055]在参考电压Vref的设定上，若触摸按压力度与灵敏度配合所用的金属面板在合适能满足设计产品需要时，参考电压Vref直接接地处理设为0V。因为将地平面作为Vref的参考基准电压值是最可靠稳定的，且不会受到干扰。当参考电压Vref将地设为基准时，第四电阻R4为O或直接接地处理。在使用的金属面板较厚时，因按压金属面板产生的形变小了，对应产生的波形负半周的幅值也会变小，这时可以通过缩小参考电压Vref与Vin的差值来进行改善，也就是将参考电压Vref电压值设高点。当然Vref电压值设的越高，Vref与Vin的差值会越小，按键越容易触发，但其可靠性和抗干扰能力也会大大变差。
[0056]在另一种实施方法中，微控制器的输出端分别连接蜂鸣器驱动电路和指示灯驱动电路。微控制器300输出有效按键对应的键值的同时，还给1驱动接口信号，1驱动接口分别输出电压驱动信号，分别向蜂鸣器驱动电路和指示灯驱动电路发送驱动信号。蜂鸣器驱动电路主要用于按键发声用，当按键被有效按下时，发出一声响声。指示灯驱动电路主要用于按键状态指示用，当按键被有效按下时，相应键的指示灯亮一下，从而提高按键使用的体验效果。蜂鸣器驱动电路和指示灯驱动电路可采用电路实现，在此不再赘述。
[0057]微控制器为适应各种产品的通讯接口设计需要，有效键值可通过现比较惯用的三种串口通迅方式进行输出给其它设备模块使用，串行接口为I2C(Inter — IntegratedCircuit)、UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)和 SPI (串行外设接口Serial Peripheral Interface)中的任意一种，视产品实际需要进行三选一使用。
[0058]上述的基于压电效应的按键输入装置，将施加在按键盘面板表面上的按压力度通过面板的形变将力传递给压电材料，由压电材料将该力度信号转换为波形不规则的弱电压脉冲信号，再通过相应电路和微控制器实现触摸按键功能。能触发的关键因素只在于是否通过按键面板的瞬间变形度使压电材料被施加力度，根据这个特性，该按键输入装置不怕EMC方面的环境电磁干扰和具有磁性或强幅射源器件的干扰，任何物体触碰按键施加力度足够都可以触发按键响应，面板可以采用全封闭的面板，因而不会由于附在按键表面的水、各类油污、液态物体而导致按键原有功能错乱或失效，且面板可采用金属材质的面板材料也可采用绝缘性质的面板材料。
[0059]上述基于压电效应的按键输入装置，因采用压力形变变化量的检测方式实现按键功能，最小按压力度可做到:30gf (克力)?10gf这个力度之间，所以触摸的按压力度相对机械按键更小、并且相对于传统的机械按键有无机械触点，无磨损，无电火花产生，使用寿命明显延长的优点。
[0060]上述基于压电效应的按键输入装置，相对电容触摸按键，无需要有电容变化的物体或人体触摸才能触发按键响应这个限制，在EMC方面的抗扰能力综合性能要明显更强，基本可和机械按键的媲美，且键盘PCB布局走线要求更低、及空间结构设计的限制，也均无特殊注意事项，大大降低了产品开发难度。
[0061]上述基于压电效应的按键输入装置，可用于各种需要按键输入的电子设备，如楼宇对讲系统中的门口主机的按键面板、分机的按键面板以及其它需要有按键输入装置的设备或个人消费产品。
[0062]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0063]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种基于压电效应的按键输入装置，其特征在于，包括按键、电压比较器和微控制器，所述按键下设置有压电材料，所述电压比较器的第一输入端与所述压电材料连接，第二输入端输入参考电压，输出端与微控制器的输入端连接； 所述压电材料在外力按压按键时产生第一电压，所述压电材料为压电陶瓷片； 所述电压比较器比较所述第一电压和参考电压的大小，并根据比较结果输出矩形波信号; 所述微控制器接收所述矩形波信号并在接收的矩形波信号为有效矩形波信号时输出与有效矩形波信号对应按键的键值。2.根据权利要求1所述的基于压电效应的按键输入装置，其特征在于，所述电压比较器的输出端连接上拉电阻，所述电压比较器第一输入端为同相输入端，第二输入端为反相输入端，所述电压比较器在第一电压大于参考电压时输出高电平，在第一电压小于参考电压时输出低电平。3.根据权利要求2所述的基于压电效应的按键输入装置，其特征在于，所述压电材料分别连接第一电容的一端、第一电阻的一端以及电压比较器的同相输入端，所述第一电容的另一端和第一电阻的另一端接地。4.根据权利要求2所述的基于压电效应的按键输入装置，其特征在于，还包括参考电压设定电路，所述电压比较器的第二输入端连接参考电压设定电路，所述参考电压设定电路包括第二电阻、第三电阻和第二电容，所述电压比较器的反相输入端分别连接第二电容、第二电阻和第三电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接电源，所述第三电阻和所述第二电容的另一端接地。5.根据权利要求1所述的基于压电效应的按键输入装置，其特征在于，所述微控制器的输出端分别连接蜂鸣器驱动电路和指示灯驱动电路，所述微控制器在输出脉冲信号对应按键的键值时，向所述蜂鸣器驱动电路和指示灯驱动电路发送驱动信号。6.根据权利要求1所述的基于压电效应的按键输入装置，其特征在于，所述微控制器具有串行接口，所述串行接口为I2C、UART和SPI中的任意一种。7.—种电子设备，其特征在于，具有权利要求1-6任一项所述的基于压电效应的按键输入装置。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于压电效应的按键输入装置和电子设备，该装置包括：按键、电压比较器和微控制器，按键下设置有压电材料，电压比较器的第一输入端与所述压电材料连接，第二输入端输入参考电压，输出端与微控制器的输入端连接，压电材料在外力按压按键时产生第一电压，电压比较器比较第一电压和参考电压的大小，并根据比较结果输出矩形波信号，微控制器在接收到有效矩形波信号时输出有效矩形波信号对应按键的键值。该按键输入装置通过利用压电材料的压电效应，采用压力形变变化量的检测方式实现按键功能，通过微控制器在接收到有效脉冲信号时输出对应按键的键值，能够滤除各种抖动干扰和环境震动干扰，从而实现按键的精确输入。
【IPC分类】H03K17/96
【公开号】CN204721331
【申请号】CN201520332442
【发明人】李喜民, 张瑞斌, 廖杰
【申请人】广东安居宝数码科技股份有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年5月21日