基于压电效应的按键输入装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及按键控制领域，特别是涉及一种基于压电效应的按键输入装置和方法。
【背景技术】
[0002]现有的按键输入装置有两种形式，一种是通过机械触点控制按键输入，另一种是触摸控制按键输入。
[0003]采用机械触点控制按键输入，通常采用传统的机械结构的具有触点式通断的传动开关装置实现，比如微动开关。其具有电路简单、有机械手感和电磁兼容(EMC)方面的抗扰能力强的优点。但机械触点控制按键输入有以下缺点:有寿命限制；触点易受湿度环境的影响而氧化导致接触不良以致按键功能出错或失效；按键盘表面的面板不能防尘、防水、防各类油污的侵入；机械按键的手感受限于选用的按键和结构的设计；在开关中会有电火花产生的隐患。因具有上述缺点，容易导致按键输入不准确的问题。
[0004]采用触摸控制按键输入，通常采用电容触摸按键，用电容式触摸按键板和单片机，通过使用单片机精确计算触摸点的位置。因触摸实现按键控制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，因采用电容变化检测方式实现按键，所以触摸的反应时间快，触摸力度也非常小。但电容式触摸屏必需要有电容变化的物体或人体触摸才能触发按键响应，按键面板表面虽可防尘、防水、防各类油污的侵入，但可能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，在电磁兼容(EMC)的抗扰能力综合性能上明显要差于机械按键，且附在按键盘上的面板只能是绝缘性的材料，不能采用金属材质的面板。因具有上述缺点，容易导致按键输入不准确的问题。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要提供一种有精确输入的基于效应的按键输入装置和方法。
[0006]一种基于压电效应的按键输入装置，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；
[0007]压电材料在外力按压按键时产生第一电压；
[0008]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；
[0009]微控制器在判定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。
[0010]在其中一种实施方式中，微控制器包括:
[0011]第一判断模块，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；第一阈值小于或等于第二阈值；
[0012]处理模块，用于在第一判断模块的判定结果为是时，判定矩形波信号为有效矩形波信号；
[0013]输出模块，用于输出与有效矩形波信号对应按键的键值。
[0014]在其中一种实施方式中，微控制器还包括第二判断模块和第三判断模块，
[0015]第二判断模块，用于判断在预定时间内是否有连续的有效矩形波信号；
[0016]第三判断模块，用于在第二判断模块的判定结果为是时，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；
[0017]输出模块，还用于在第三判断模块的判定结果为是时，输出与连续有效矩形波信号对应按键的键值。
[0018]在其中一种实施方式中，输出模块，还用于在第三判断模块的判定结果为否时，输出前一个有效矩形波信号对应按键的键值。
[0019]在其中一种实施方式中，电压比较器的输出端连接上拉电阻，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，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。
[0020]在其中一种实施方式中，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，第一电容的另一端和第一电阻的另一端接地。
[0021]在其中一种实施方式中，还包括参考电压设定电路，电压比较器的第二输入端连接参考电压设定电路，参考电压设定电路包括第二电阻、第三电阻和第二电容，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，第二电阻的另一端连接电源，第三电阻和第二电容的另一端接地。
[0022]一种基于压电效应的按键输入方法，包括:
[0023]压电材料在外力按压按键时产生第一电压；
[0024]将第一电压与参考电压进行比较并根据比较结果输出矩形波信号；
[0025]判断矩形波信号是否为有效矩形波信号；
[0026]若是，则输出与有效矩形波信号对应按键的键值。
[0027]在其中一种实施方式中，判断矩形波信号是否为有效矩形波信号的步骤为:
[0028]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；
[0029]若是，则判定为有效矩形波信号。
[0030]在其中一种实施方式中，在判定为有效矩形波信号的步骤之后，还包括:
[0031]判断在预定时间内是否有连续的有效矩形波信号；
[0032]若是，则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；
[0033]若是，则输出与连续有效矩形波信号对应按键的键值。
[0034]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。
【附图说明】
[0035]图1为一种基于压电效应的按键输入装置的模块图；
[0036]图2为压电陶瓷片安装示意图；
[0037]图3A为的压电陶瓷片的左视图；
[0038]图3B为压电陶瓷片的后视图；
[0039]图4为另一种基于压电效应的按键输入装置的模块图；
[0040]图5为另一种基于压电效应的按键输入装置的模块图；
[0041]图6为一种电压比较器输出的矩形波的波形图；
[0042]图7为电压信号输入电压比较器之前的波形图；
[0043]图8为与图7对应的电压比较器输出矩形波的波形图；
[0044]图9为一种基于压电效应的按键输入方法的流程图；
[0045]图10为另一种基于压电效应的按键输入方法的流程图；
[0046]图11为另一种基于压电效应的按键输入方法的流程图。
【具体实施方式】
[0047]请参阅图1，一种基于压电效应的按键输入装置，包括按键100、电压比较器200和微控制器300，按键100下设置有压电材料，电压比较器200的第一输入端与压电材料连接，第二输入端输入参考电压，输出端与微控制器300的输入端连接。
[0048]压电材料在外力按压按键100时产生第一电压。电压比较器200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300在判定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。
[0049]压电效应是指某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态。
[0050]压电材料具有压电效应的特性，在外界压力的作用下产生电压。通过按压按键表面，将施加在按键表面的按压力度，通过按键面板的形变将力传给压电材料，由压电材料将该压力转换为波形不规则的弱电压矩形波信号，产生第一电压。
[0051]在本实施方式中，压电材料采用压电陶瓷片，在其它实施方式中，也可以采用其它能产生压电效应的压电材料。
[0052]请参阅图2的压电陶瓷片安装示意图、图3A和图3B所示的压电陶瓷片结构示意图，按键100采用金属面板，按键100下设置有压电陶瓷片101，压电陶瓷片101具有正极1011和负极1012，负极为黄铜基片，其正极为陶瓷银层，压电陶瓷片101的负极接地，正极和负极上分别有引线焊接点位置1013。
[0053]电压比较器200具有第一输入端和第二输入端，其中第一输入端与压电材料连接，用于输入第一电压，