一体式电容感应式按键面板及其按键识别方法
【专利摘要】本发明涉及按键及按键检测领域，公开了一种一体式电容感应式金属按键面板及其按键识别方法。本发明中，通过在第一金属基板上设置复数个按键字符区，在第二导体基板上对应设置有复数个按键感测部，形成复数个电容的两个电极；复数个按键字符区内分别设置有面积不等的镂空图案；复数个电容感测电路分别与复数个按键字符区和复数个按键感测部电连接并感测复数个按键字符区与复数个按键感测部形成的复数个电容；复数个电容感测电路与按键识别控制电路电连接。本发明利用一体式金属面板，具有很好的耐磨性和使用寿命，并能可靠地感应按键上的按压动作，能防止灰尘进入，便于养护。
【专利说明】一体式电容感应式按键面板及其按键识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及按键及按键检测领域，尤其是涉及一体式电容感应式金属按键面板及 其按键识别方法。
【背景技术】
[0002] 按键面板通常有多个按键组成，具有非常广泛的应用。例如，在电子消费品领域如 家用电器上设置有很多按键。例如电视机，洗衣机，计算机上等都有很多按键面板。
[0003] 另外，在电梯上，或者其他需要控制的机器上，大多都设置了按键面板。利用按键 面板来控制机器的运行。普通的机械开关式按键因其在使用过程中易于磨损，易于进入灰 尘等原因渐渐被智能感应式的按键所取代。
[0004] 按键面板分为多种。例如电阻感应式按键，压力感应式按键，电容感应式按键。其 中，电容感应式按键因要求被触压的按键与其他导电元件具有可靠的绝缘性以避免错误触 发，因此一般的电容感应式按键的按键结构中会尽量避免使用金属材质。这样造成了大多 数的电容感应式按键结构机械强度低，不结实，不耐磨损，易于损坏，不便于养护等一系列 问题。这些在一些耐久性使用的电器领域表现的尤其明显。例如大型电器的其他部分功能 仍然完好，而按键部分却已损坏。
[0005] 亟需提供一种能够解决上述问题的电容感应式按键面板及按键识别方法。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种一体式电容感应式金属按键面板及其按键识别方法， 使得按键的机械强度得以改善，提高了按键的耐磨性和使用寿命。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了 一种一体式电容感应式按键，包 括第一金属基板（101)，第二导体基板（102)，复数个电容感测电路（105)，按键识别控制 电路（106);所述第一金属基板（101)上设置有复数个按键字符区（107)，所述复数个按键 字符区（107)内分别设置有面积不等的镂空图案（104);所述第二导体基板（102)上对应 设置有复数个按键感测部（120);所述复数个按键字符区（107)与所述复数个按键感测部 (120)对应设置并形成复数个电容的两个电极；所述复数个电容感测电路（105)分别与所 述复数个按键字符区（107)和所述复数个按键感测部（120)电连接并感测所述复数个按键 字符区（107)与所述复数个按键感测部（120)形成的复数个电容；所述复数个电容感测电 路（105)与按键识别控制电路（106)电连接。
[0008] 本发明的实施方式还提供了一种应用于上述的一体式电容感应式按键面板的按 键识别方法，按压所述电容感应式按键面板上的每一个按键，利用所述复数个电容感测电 路分别对所述的复数个按键字符区与所述复数个按键感测部所形成的电容值取样，形成复 数个电容值矩阵阵列；并根据对应于每个按键的最大电容值值和最小电容值建立电容阈值 范围库；感测第一金属基板的复数个按键字符区与第二导体基板（102)上的复数个按键感 测部（120)之间形成的复数个电容值；将感测到的复数个电容值与所述电容值矩阵阵列和 所述电容阈值范围库进行比较以识别被按下的按键。
[0009] 本发明实施方式相对于现有技术而言，采用一体式电容感应式金属面板，改善了 按键的机械强度，提高了按键的耐磨性和使用寿命。另外，本发明的电容感应式按键面板， 采用一体化金属面板，可以避免灰尘进入；另外，本发明的一体式电容感应式按键面板，可 以大大降低生产和装配成本。利用电容感测，提高了按键的可靠性。且本发明的电容感应 式按键呈现与外在的形态是平板结构，装配简便。另外，本发明提供的按键识别方法，电路 简单，反应灵敏，可靠性高。
[0010] 另外，所述第一金属基板为一体式金属面板。
[0011] 另外，所述第二导体基板为金属基板。另外，第二导体基板可以为电路板，例如印 刷电路板；所述电路板上包括复数个金属焊盘，对应于所述第一金属基板上的按键字符区。 另外，所述第一金属基板上的按键字符区周边设置复数个凸起的加强肋。
[0012] 另外，所述加强肋相对于按键字符区的厚度为0. 2毫米?0. 5毫米。
[0013] 另外，所述一体式电容感应式按键面板包括隔离部，所述隔离部为设置于所述第 一金属基板与所述第二导体基板之间的连续或不连续的隔离层。
[0014] 另外，所述连续的隔离层由透明或半透明的材料制成。
[0015] 另外，进一步包括按键指示灯，所述按键指示灯设置于第二导体基板的背面；所述 第二导体基板与按键指示灯相对应的位置设有透光孔；所述第一金属基板与所述第二导体 基板之间设置有连续的透明或半透明的隔离层或不连续的隔离层。
[0016] 另外，本发明还包括一种按键识别方法，包括步骤：按压所述电容感应式按键面板 上的每一个按键，利用所述复数个电容感测电路分别对所述的复数个按键字符区与所述复 数个按键感测部所形成的电容值取样，形成复数个电容值矩阵阵列；并根据对应于每个按 键的最大电容值和最小电容值建立电容阈值范围库；感测第一金属基板的复数个按键字符 区与第二导体基板上的复数个按键感测部之间形成的复数个电容值；将感测到的复数个电 容值与所述电容值矩阵阵列和所述电容阈值范围库进行比较以以确定按键是否被触发。
[0017] 另外，还可以包括步骤：当判断识别出第N个按键被触发时，启动第N个按键对应 的按键指示灯并将第N键的触发信号传输给信号输入接口，其中，N为自然数。
[0018] 本发明的按键识别方法采用一体式电容感测结构，程序设计方法简单，一次只需 要感测一个电容信号，即可判断出哪一个按键被触发；具有很高的可靠性。硬件电路及感测 判断方法很简单，因此具有很高的可靠度。且信号的灵敏度及区分度都很高。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是根据本发明第一个实施方式的电容感应式按键面板的结构示意图；
[0020] 图2是本发明第一实施方式中的第一金属基板和第二导体基板的平面示意图；
[0021] 图3是本发明第一个实施方式的一体式电容感应式按键面板的按键字符区和镂 空图案的平面示意图；
[0022] 图4A是本发明第一个实施方式的一体式电容感应式按键面板的第一金属基板的 平面结构示意图；
[0023] 图4B是本发明第一个实施方式的一体式电容感应式按键面板的第一金属基板的 侧面剖视图；
[0024] 图5是本发明第二个实施方式的一体式电容感应式按键面板的结构示意图；
[0025] 图6是本发明第三个实施方式的一体式电容感应式按键面板的按键识别方法的 流程图；
[0026] 图7是本发明第四个实施方式的一体式电容感应式按键面板的按键识别方法的 流程图。
【具体实施方式】
[0027] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实 施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中， 为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基 于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方 案。
[0028] 本发明的第一实施方式涉及一种一体式电容感应式按键面板，其结构如图1所 不。本实施方式的一体式电容感应式按键面板包括第一金属基板101，第二导体基板102， 复数个电容感测电路105,按键识别控制电路106 ;所述第一金属基板101上设置有复数个 按键字符区107,所述复数个按键字符区107内分别设置有面积不等的镂空图案104 ;所述 第二导体基板102上对应设置有复数个按键感测部120 ;所述复数个按键字符区107与所 述复数个按键感测部120形成复数个电容的两个电极；所述复数个电容感测电路105分别 与所述复数个按键字符区107和所述复数个按键感测部120电连接并感测所述复数个按键 字符区107与复数个个按键感测部120形成的复数个电容；所述复数个电容感测电路105 与按键识别控制电路106电连接。
[0029] 图2示出了本发明的本实施方式中的第一金属基板和第二导体基板的平面示意 图。需要说明的是，所述第一金属基板101上设置有复数个按键字符区107,如图中所示的 数字123456789所在的区域，所述复数个按键字符区107内分别设置镂空图案104。对具 体的楼图图案的形状则无任何要求。如图2所示的框图中的黑色数字区域。可以看出，第 一金属基板101所对应的按键字符区107上被镂空成数字的图案，当这些不同的按键字符 107被按下时，会使第一金属基板101产生形变。第二导体基板102上包括复数个按键感 测部120。第一金属基板101上的复数个按键字符区107与第二导体基板102上的复数个 按键感测区120所形成了复数个电容。当其中一个按键被按下时，所述复数个电容感测电 路105对每一个按键字符区107与其相对应的按键感测部120所形成的电容进行感测，并 记录下来。如图1或图2所示，在本实施例中共有12个按键，当按键"1"被按下时，所述的 复数个电容感测电路105会感测到12个按键相对应的电容值矩阵阵列1。当按键"2"被按 下时，所述的复数个电容感测电路105会感测到12个按键相对应的电容值矩阵阵列2。对 比电容值矩阵阵列1与电容值矩阵阵列2可以识别被按下的按键字符。
[0030] 另外需要说明的是，本实施方式采用的第一金属基板101是一个整体，这与前案 技术或其他设计中采用分散的按键在结构上是根本不同的。本发明采用的第一金属基板 101作为一个整体，在制造及装配时，都比较容易，而且可以防止灰尘油污的进入，便于按键 面板的养护，提高了按键面板的使用寿命；另外，金属基板作为一个整体，其机械性能要由 于分散开来的多个按键组合式结构。这提高了按键面板的使用寿命。
[0031] 另外，优选地，本实施方式的一体式电容感应式按键面板中的所述第一金属基板 101为一体式金属面板。
[0032] 另外，本实施方式的一体式电容感应式按键面板中第二导体基板102也可以为电 路板，例如印刷电路板；所述电路板上包括复数个金属焊盘，对应于所述第一金属基板101 上的按键字符区107。需要说明的时，第二导体基板102可以采用其他材质的导体，只要满 足两个电极相对从而与第一金属基板101形成电容的结构即可。
[0033] 另外，优选地，如图4A所示，本实施方式的一体式电容感应式按键面板，所述第一 金属基板101上的按键字符区107周边设置复数个凸起的加强肋108。设置在按键字符区 107的周边凸起的加强肋108加强了一体式电容感应式按键面板的机械性能，并在其中一 个按键被按下时其他按键不受影响或减少对另一个按键的影响。优选地，所述加强肋108 相对于按键字符区107的厚度为0. 2毫米?0. 5毫米。这里所谓的相对于按键字符去107 的厚度意指加强肋区域的厚度比按键字符区的厚度高出〇. 2毫米到0. 5毫米。如图4B所 示，从截面图上可以看出，相对于按键字符区107,加强肋108凸出了一段距离。此距离优选 地为0. 2毫米到0. 5毫米。这加强按键字符区107周边的机械强度，当按键字符区107被 按下时，其周边区域的形变量被减小到最小。
[0034] 另外，本实施方式的一体式电容感应式按键面板的所述复数个镂空图案104可以 是任意形状的图案，如图3所示，在按键字符"6"的周边上圆环形的镂空图案，或者在 周边加上镂空图案" = "，以此来调整按键字符区的图案。这样，有利于提高每个按键的识别 度。
[0035] 另外，本实施方式的一体式电容感应式按键面板的所述的复数个镂空图案包括按 键字符和面积补偿图案。应当理解的是，按键字符的面积通常情况下设计空间有限，一般情 况下为了不会为了按键识别的目的而改变其结构。而本发明电容感测是按键面板采用电容 感应，而电容感应又与电极的相对面积密不可分。因此为了更好的感测电容，可以在包含按 键字符的情况下，在按键字符区内增加面积补偿图案，例如如图3所示，所述的面积补偿图 案可以是在按键字符"6"的周边加上圆环形，或者是在向上的符号的旁边加上"="字 符。本【技术领域】的技术人员应当明白，所述的面积补偿图案可以是任何形状的图案。
[0036] 另外，本实施方式的一体式电容感应式按键面板，如图1或图5所示，还可以包括 隔离部103,所述隔离部103为设置于所述第一金属基板101与所述第二导体基板102之间 的连续或不连续的隔离层。图1示出的隔离部103是连续的隔离层，需要指出的是，也可以 设置为不连续的隔离层，例如支撑块。
[0037] 与现有技术相比，本实施方式的电容感应式按键采用一体式金属基板作为按键面 板，提高了按键面吧的机械强度，提高了耐磨性和按键面板使用寿命。另外，本发明的电容 感应式按键采用电容感应原理，结构简单，感测方式稳定可靠。并采用平整的一体化的金属 基板，采用了平整的结构，从而按键与按键之间无间隙，从而避免落入灰尘或油污，便于养 护。
[0038] 本发明的第二实施方式涉及一种一体式电容感应式按键面板。第二实施方式在第 一实施方式基础上做了进一步改进，主要改进之处在于：在本发明第二实施方式中，采用按 键指示灯，可以更清楚地指示按键内容，方便使用者对按键进行识别。
[0039] 具体地说，如图5所示，本发明的一体式电容感应是按键面板包括按键指示灯 109,所述按键指示灯109设置于第二导体基板102的背面；所述第二导体基板102与按键 指示灯相对应的位置设有透光孔110 ;所述第一金属基板101与所述第二导体基板102之 间设置有不连续的绝缘隔离层或连续的透明或半透明的绝缘隔离层。通过本发明的按键指 示灯，可以更清楚地指示按键内容，方便使用者对按键进行识别。
[0040] 另外，所述述连续的隔离层由透明或半透明的材料制成。这里要求所谓的透明或 者半透明材料制成的隔离部103的含义是要求一定的透光性。这样在按键指示灯109亮起 时，光线可以透过透光区到达镂空图案区，照亮按键。
[0041] 本发明第三实施方式涉及一种应用于第一实施方式或第二实施方式的一体式电 容感应式按键面板的按键识别方法。本实施方式的按键识别方法包括步骤601 :按压所述 电容感应式按键面板上的每一个按键，利用所述复数个电容感测电路105分别对所述的复 数个按键字符区107与所述复数个按键感测部120所形成的电容值取样，形成复数个电容 值矩阵阵列；步骤602 :根据对应于每个按键的最大电容值值和最小电容值建立电容阈值 范围库。
[0042] 如图6所示，本实施方式的按键识别方法进一步包括步骤603 :感测第一金属基板 101的复数个按键字符区107与第二导体基板102上的复数个按键感测部120之间形成的 复数个电容值；步骤604 :将感测到的复数个电容值与所述电容值矩阵阵列和所述电容阈 值范围库进行比较以确认按键是否被触发。
[0043] 本发明第四实施方式涉及一种应用于第二实施方式的一体式电容感应式按键面 板的按键识别方法。第四实施方式在第三实施方式基础上做了进一步改进，主要改进之处 在于：在第四实施方式中，按键按下后，启动按键对应的按键指示灯，可以更清楚地指示按 键内容，方便使用者对按键进行识别。
[0044] 本实施方式的按键识别方法还可以包括步骤605 :识别出第N个按键被触发；步骤 606 :启动第N个按键对应的按键指示灯并将第N键的触发信号传输给信号输入接口，其中， N为自然数。
[0045] 本发明的按键识别方法采用一体式电容感测结构，程序设计方法简单，一次只需 要感测一个电容信号，即可判断出哪一个按键被按下；具有很高的可靠性。硬件电路及感测 判断方法很简单，因此具有很高的可靠度。且信号的灵敏度及区分度都很高。
[0046] 上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者 对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围 内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法 和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
[0047] 需要说明的是，结合上述描述及附图所呈现的结构是本发明提供的一个基本按键 面板的结构，本【技术领域】的技术人员应当理解，可以在本发明的构思范围内对一些局部的 特征做出各种各样的修改，而不脱离本发明的范围。
[0048] 本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例， 而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
【权利要求】
1. 一体式电容感应式按键面板，其特征在于，包括第一金属基板（101)，第二导体基板 (102)，复数个电容感测电路（105)，按键识别控制电路（106);所述第一金属基板（101)上 设置有复数个按键字符区（107)，所述复数个按键字符区（107)内分别设置有面积不等的 镂空图案（104);所述第二导体基板（102)上对应设置有复数个按键感测部（120);所述复 数个按键字符区（107)与所述复数个按键感测部（120)对应设置并形成复数个电容的两个 电极；所述复数个电容感测电路（105)分别与所述复数个按键字符区（107)和所述复数个 按键感测部（120)电连接并感测所述复数个按键字符区（107)与所述复数个按键感测部 (120)形成的复数个电容；所述复数个电容感测电路（105)与按键识别控制电路（106)电 连接。
2. 根据权利要求1所述的一体式电容感应式按键面板，其特征在于，所述第一金属基 板（101)为一体式金属面板。
3. 根据权利要求1所述的一体式电容感应式按键面板，其特征在于,第二导体基板 (102)为电路板，所述电路板包括复数个与所述复数个按键字符区（107)对应设置的金属 焊盘。
4. 根据权利要求1所述的一体式电容感应式按键面板，其特征在于，所述第一金属基 板（101)上的按键字符区（107)周边设置复数个凸起的加强肋（108)。
5. 根据权利要求4所述的一体式电容感应式按键面板，其特征在于，所述加强肋（108) 相对于按键字符区（107)的厚度为0. 2毫米?0. 5毫米。
6. 根据权利要求1所述的一体式电容感应式按键面板，其特征在于，所述复数个镂空 图案（104)包括按键字符和面积补偿图案。
7. 根据权利要求1?6任一项权利要求所述的一体式电容感应式按键面板，其特征在 于，包括隔离部（103)，所述隔离部（103)为设置于所述第一金属基板（101)与所述第二导 体基板（102)之间的连续或不连续的隔离层。
8. 根据权利要求7所述的一体式电容感应式按键面板，其特征在于，所述连续的隔离 层由透明或半透明的材料制成。
9. 根据权利要求1?6任一项权利要求所述的一体式电容感应式按键面板，其特征在 于，进一步包括按键指示灯（109)，所述按键指示灯（109)设置于第二导体基板（102)的背 面；所述第二导体基板（102)与按键指示灯相对应的位置设有透光孔（110);所述第一金属 基板（101)与所述第二导体基板（102)之间设置有不连续的隔离层或连续的透明或半透明 的绝缘隔离层。
10. -种应用于权利要求1?6或权利要求10所述的一体式电容感应式按键面板的按 键识别方法，其特征在于，包括步骤：按压所述电容感应式按键面板上的每一个按键，利用 所述复数个电容感测电路（105)分别对所述的复数个按键字符区（107)与所述复数个按键 感测部（120)所形成的电容值取样，形成复数个电容值矩阵阵列；并根据对应于每个按键 的最大电容值和最小电容值建立电容阈值范围库；感测第一金属基板（101)的复数个按键 字符区（107)与第二导体基板（102)上的复数个按键感测部（120)之间形成的复数个电容 值；将感测到的复数个电容值与所述电容值矩阵阵列和所述电容阈值范围库进行比较以确 定按键是否被触发。
11. 根据权利要求10所述的按键识别方法，其特征在于，包括步骤：识别出第N个被触 发的按键；启动第N个按键对应的按键指示灯并将第N键的触发信号传输给信号输入接口， 其中，N为自然数。
【文档编号】H03K17/955GK104218935SQ201410401356
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】王武, 孙恩涛, 张宏伟, 龙山 申请人:上海新时达电气股份有限公司