基于压电效应的按键输入装置和方法_2

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第二输入端输入参考电压。本实施方式中,电压比较器200的第一输入端与压电陶瓷片101的正极连接,第二输入端输入参考电压。电压比较器200比较第一电压和参考电压的大小,根据比较结果输出高电平信号或低电平信号,连续的高、低电平形成矩形波信号。
[0054]微控制器300接收电压比较器200输出的矩形波信号,并判断矩形波信号是否有效矩形波信号,在判定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。
[0055]有效矩形波信号对应的当次按压按键为有效按键,视为人为主动的按键操作,则微控制器300输出与有效矩形波信号对应按键的键值。键值预先定义,可采用16进制数值表示某个按键功能,例如:键值0x01可代表数字按键“0”、键值OxOA可代表呼叫管理处等。
[0056]该基于压电效应的按键输入装置,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,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具有无机械触点,无磨损,无电火花产生,使用寿命明显延长的优点。因无机械触点所以按键盘表面可做成一体化面板,因而可以有效解决面板不能防尘、防水、防各类油污的侵入的问题。按键面板既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。该按键输入装置通过微控制器对脉冲信号是否为有效信号进行判断,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。
[0057]在具体的实施方式中,请参阅图4,微控制器300包括:
[0058]第一判断模块301,用于判断矩形波信号的脉宽是否大于或等于第一阈值且小于或等于第二阈值,第一阈值小于第二阈值。
[0059]处理模块302,用于在第一判断模块301的判定结果为是时,判定矩形波信号为有效矩形波信号。有效矩形波信号对应有效按键,若矩形波信号的脉宽大于或等于第一阈值且小于或等于第二阈值,则矩形波为有效矩形波,对应的当次按压按键为有效按键。
[0060]输出模块303,用于输出与有效矩形波信号对应按键的键值。
[0061]微控制器300的输入端与电压比较器200的输出端连接,接收矩形波信号。微控制器300设有两个阈值,第一阈值Tl和第二阈值T2,其中,T1〈T2。第一判断模块301判断矩形波信号的脉宽?Υ是否满足条件:T1 ^ Tl^ T2,若满足,则处理模块302判定该矩形波信号为有效矩形波信号,该矩形波对应的当次按压按键为有效按键,视为人为主动的按键操作。若矩形波信号的脉宽?Υ不满足该条件,则处理模块302判定该矩形波信号为无效矩形波信号,该矩形波对应的当次按压按键为无效按键,视为非正常按压按键产生干扰信号,例如,为抖动产生的按压而产生的信号或按键面板受到暴雨冲刷、阵强风吹、人为无意敲击产品、重型设备移动工作或爆破时带来的地面振动等因素产生的按压而产生的信号,输出模块303输出与有效矩形波信号对应按键的键值。
[0062]上述基于压电效应的按键输入装置,通过判断矩形波的脉宽是否满足预设条件来判断矩形波信号是否为有效矩形波,矩形波的脉宽反应的是按键被按压的时长。
[0063]上述基于压电效应的按键输入装置为单个按键,在另一种实施方式中,基于压电效应的按键输入装置可具有多个按键,如图5所示。
[0064]该基于压电效应的按键输入装置包括多个按键101以及与每个按键对应连接的电压比较器200。多个按键会有用户连续按键的情况。
[0065]微控制器300还包括第二判断模块304和第三判断模块305。
[0066]第二判断模块304,用于判断在预定时间内是否有连续的有效矩形波信号。
[0067]第三判断模块305,用于在第二判断模块304的判定结果为是时,判断连续有效矩形波之间的时间间隔是否大于或等于第三阈值。
[0068]输出模块303,用于在第三判断模块305的判定结果为是时,输出与连续有效矩形波信号对应按键的键值。
[0069]微控制器还设有第三阈值T3,当在预定时间内第二判断模块304判断有连续的有效矩形波信号时,第三判断305判断连续有效矩形波之间的时间间隔Th是否满足条件:Th^ T3,若是,则连续有效矩形波信号对应的按键都为有效按键,视为人为主动按下的多次按键操作。输出模块303在第三判断模块305的判定结果为是时,输出与连续有效矩形波信号对应按键的键值。
[0070]若第三判断模块305的判定结果为否,即连续有效矩形波之间的时间间隔Th不满足条件:TH多T3,则判定前一个有效矩形波信号对应的按键为有效按压按键,后一个有效矩形波信号对应的按键为无效按压按键,输出模块305输出与前一个有效矩形波信号对应按键的键值。
[0071]上述的基于压电效应的按键输入装置,通过设定TH彡T3这个条件,只有连续有效矩形波信号的时间间隔满足该条件,即,连续有效按键的时间间隔满足该条件时,才输出连续有效矩形波对应按键的键值。从而能够降低连续按键时误触发的机率,并可间接的提高触摸按压力度和响应灵敏度。第三阈值T3取值可在80mS?120mS (毫秒)之间,具体取值可根据产品实际要求情况进行选取适当的值。
[0072]在具体的实施方式中,请继续参阅图5,电压比较器200的输出端连接上拉电阻R,电压比较器200的第一输入端为同相输入端,与压电材料的正极连接,第二输入端为反相输入端,用于输入参考电压,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。
[0073]每个电压比较器200的输出端连接上拉电阻,上拉电阻与电源连接,常态下,各按键对应的线路稳定输出高电平。
[0074]当压电材料在外力按压按键时产生第一电压,电压比较器200的同相输入端与压电材料连接,输入第一电压,电压比较器200的反相输入端输入参考电压,电压比较器200在常态输出高电平,且在外力按压按键时的第一电压大于参考电压时输出高电平,当外力按压按键时的第一电压小于参考电压时输出低电平,经过电压比较器的信号整形与电平转换,输出波形规则变化的矩形波。
[0075]输出的矩形波请参阅附图6,未按压按键和按键力度不够时,电压比较器200输出的均为高电平,如①区的波形,在按压力度足够时输出低电平,如②、③、④和⑤区的波形。如②区的波形,由于矩形波的脉宽?Υ不满足Tl < T Τ2,因此,当次按压按键视为无效按键。如③区的波形,由于矩形波的脉宽?Υ满足Tl < Τ2,因此,当次按压按键视为有效按键。如④区的波形,由于连续有效矩形波的时间间隔不满足ΤΗ>Τ3,因此,只响应前一个有效矩形波对应的按键。如⑤区的波形,由于连续有效矩形波的时间间隔满足Th多Τ3,因此,分别响应前后两个有效矩形波对应的按键。
[0076]本领域技术人员在上述实施方式的基础上,也可做出适当变通,例如,使各按键对应的线路在常态下稳定输出低电平,电压比较器的反相输入端与压电材料连接输入第一电压,电压比较器200的同相输入端输入参考电压,电压比较器200在常态输出低电平,在外力按压按键时的第一电压大于参考电压时输出低电平,在外力按压按键时的第一电压小于参考电压时输出高电平,经过电压比较器的信号整形与电平转换,输出波形规则变化的矩形波。
[0077]在另一种实施方式中,请继续参阅图5,压电材料的正极连接第四电阻R4—端,第四电阻R4的另一端分别连接第一电容Cl的一端、第一电阻Rl的一端以及电压比较器的同相输入端,第一电容Cl的另一端和第一电阻Rl的另一端接地。
[0078]第一电容Cl和第一电阻Rl用于调整按键的按压触发力度,根据产品选用的压电材料的性能参数、面板材质及厚度、产品整体壳体的结构等选用适当取值的第一电容Cl和第一电阻R1,使用适当力度按压按键就能产生有效的矩形波信号,避免较大力度才能触发产生有效矩形波信号使得按键按压难度大,同时避免较小力度就能触发产生有效矩形波信号使按键易受外界干扰。因此,通过第一电容Cl和第一电阻Rl能硬件消抖滤除频率较高的无效干扰信号,以减小微控制器的处理量,而通过将压电材料的负极、第一电阻Rl和第一电容Cl接地处理,能够实现低成本的静电保护作用。
[0079]第一电阻Rl的取值范围为:100ΚΩ (千欧)?5ΜΩ (兆欧),第一电容Cl的取值范围为:102?104pF(皮法),第四电阻R4的取值范围为:1ΚΩ?100ΚΩ。在其它实施方式中,第四电阻R4也可取消,压电材料的正极直接连接第一电容Cl的一端、第一电阻Rl的一端以及电压比较器的同相输入端。
[0080]在另一种实施方式中,请继续参阅图5,该
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