CN101101526A - 触摸感应键盘功能的构件 - Google Patents

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肖琴
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Abstract

一种具有触摸感应键盘功能的构件，主要用于实现电子产品(如笔记本电脑、打印机、手机、消费电子，甚至更多)的触摸人机界面的工具。特点是增设触摸检测单元组U1和与之成线路联结的感物控制单元U2，由物体检测单元组U1将检测物体的结果信号组S送给控制单元U2，再由U2产生触摸物体的结果信号S2 (可以是位置或者数字)给其它使用单元U3。本发明构件不仅电路简单，成本低廉，易于实现，此外，除了这种传统的按键功能外，如果使用单元U3加入适当的软件处理还可以实现个性化实足的“感应手指书写”，较之传统单一的人机界面更加时尚，在个性化产品中优势明显。

Description

触摸感应键盘功能的构件
技术领域
本发明涉及一种人机界面构件，特别涉及手机上一种具有触摸感应键盘功能的人机界面构件。
背景技术
手机越来越追求时尚美观，不仅尺寸也做得越来越小和越来越薄，而且客户对于手机的性能价格比要求也越来越高。这样，手机的人机界面，比如按键等，也要求越来越时尚，越来越轻巧，越来越薄。
传统的手机上的按键组会采用5*5的行列矩阵。每个按键有2个极性，一般为PCB板上的2块铜片，分别连接在键盘组的一行和一列，需要一个有弹性的金属接触物负责导通键盘的行和列来判断按键事件发生。如图1所示。
为了让用户明白按下的为那个按键，其最上面会附上一层比较厚的rubber，如图2所示。然后再组装到手机机壳里面。
但这种传统的按键不仅功能单一而且一般比较厚，组装也比较繁琐。为此，人们期望设计出超薄以及更加个性化的手机键盘。
现在的手机按钮设计中，触摸感应式技术应用越来越多，例如，电容性，电阻性薄膜和场效应等，但电阻性薄膜和场效应最终的性能对比却显现出不足。电阻性薄膜测量的是覆盖在显示屏上的两个电阻性薄板之间的电压变，电阻性薄膜不仅价格昂贵，而且容易磨损，使用寿命不长。
而场效应则是检测电场的变化，这种变化会在存在导电元件时发生。目前，场效应实现方案的造价非常昂贵，因为它需要一个系统控制器，而且每个开关都将增设一个IC。由于每个IC传感器都必须与附近的传感器隔离开，因此，场效应设计欠缺灵活性，存在一定的局限性，实际上不可能实现具有任何有效分辨率指标的滑块和触摸板。场效应实现方案在制造过程中常常需要进行成本高昂的开关校准。  而本方案中电容性触摸感测的灵活性要高得多，而且成本也低得多。其基本原理是：导电元件的接入使电容性开关上的充电电压发生改变。(最简单的电容性开关只包括两个相邻的导电板)。这种实测的电容变化量可被用来提供许多高度灵活的输入配置，例如从按钮、滑块和触摸板到面向安全应用的邻近探测器等。
发明内容
本发明的目的是在手机中加入自动触摸感测处理装置，来提供一款时尚，高性价比的具有高灵敏度的触摸感应式键盘功能的手机构件，以便克服传统手机键盘按钮功能单一、厚度太厚、组装麻烦的缺点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
根据本发明的一种具有触摸感应式键盘的手机构件，其包括由多个检测单元C1，C2。。。Cn组成的检测单元组U1，每个检测单元Cx可以根据触摸物的不同大小，距离检测单元的不同，输出一个对应的模拟电容信号Sx。检测单元组中的一个检测单元Cx，在实际应用中可为PCB(印刷电路板)或者FPC(柔性电路板)板上一块铜箔，实现了触摸检测的功能。对于这块铜箔和印刷电路板没有任何限制要求，只要手机外形设计允许，可以依据用户需要，将PCB板做成任何形状，而铜箔也可以是任何形状(圆的，方的，不规则的等等)，任何大小(一般不要小于手指的最小接触面积2mm2)，放在PCB板上任何地方，充分体现个性化需要。其工作原理就是利用铜箔跟PCB板地平面之间的电容变化来判断手指的触摸。检测单元C1，C2…Cn可组成一组检测单元组U1，输出给U2的为一组电容量S1，S2…Sn。
检测控制单元U2，实现了手机键盘触摸检测和触摸定位功能。该单元U2主要分4个功能模块(F1、F2、F3、F4)，F1为一个可调节的直流电流源，F2为一个带复位开关的比较器和F3为一个PWM发生器，F4为一个受F3控制的一个计数器。当检测单元Cx没有物体触摸靠近时，Cx的充放电时间一定，也就是Sx一定，  F3(PWM)的通断时间也一定，计数器F4的计数值N一定，但当检测单元Cx有手指靠近时，其输出信号值Sx变化，直接会影响F4的计数结果值N1，通过比较这个变化(N1-N)，判断是否为手指触摸事件发生。同时可以通过改变不同的电流值和PWM的占空比来调整检测单元的灵敏度，适应不同的检测单元需要，所以这里的检测单元可以是任何形状，任何大小。U2中还包括一个模拟多路复用总线和多个GPIO口。根据检测单元Cx和控制单元U2的GPIO口的不同连接方式，可以判断确定按键发生的具体位置。
本发明的积极进步效果在于：在个性化手机设计中能够更快，更小巧，更灵活，性价比更高的实现触摸感应式按键功能，特别是在超薄以及个性化手机设计中更为重要。
附图说明
图1为传统手机键盘示意图。
图2为传统手机按钮示意图。
图3为本发明中实现检测单元组U1的一个检测单元C1示意图-C1。
图4为本实施例中的控制单元的示意图-U2。
图5为本实例中整个的检测控制的示意图。
具体实施方式
下面结合图3-图5给出本发明较佳实施例(以最简单的手机键盘为例)，用以详细说明本发明的技术方案，以使本技术领域的技术人员更易于理解本发明的结构特征和功能特点，而不是用来限定本发明创造的范围。
图3是检测单元组中的一个感测(也称检测)单元C1，在实际应用中可为PCB版或者FPC板上一块铜箔，实现了触摸检测的功能。对于这块铜箔和印刷电路板没有任何限制要求，只要手机外形设计允许，可以依据用户需要，将PCB板做成任何形状，而铜箔也可以是任何形状(圆的，方的，不规则的等等)，任何大小(一般不要小于手指的最小接触面积2mm2)，放在PCB板上任何地方，充分体现个性化需要。其工作原理就是利用铜箔跟PCB板地平面之间的电容变化来判断手指的触摸。其输出量为模拟电容信号。C1，C2…Cn触摸感应单元可组成一组触摸感应按键组(也称检测单元组)U1。
图4是检测控制单元U2，实现了手机键盘触摸检测和触摸定位功能。该单元U2为CY8C2XXXX型芯片，主要分4个功能模块(F1、F2、F3、F4)，F1为一个可调节的直流电流源，F2为一个带复位开关的比较器和F3为一个PWM发生器，F4为一个受F3控制的一个计数器。当C1不变时，C1的充放电时间一定，PWM的通断时间也一定，计数器的计数值一定，但当C1的信号值变化时会直接影响F4的结果值，通过比较这个变化，判断是否为手指触摸事件发生。同时可以通过改变不同的电流值和PWM的占空比来调整检测单元的灵敏度，适应不同的检测单元需要，所以这里的检测单元可以是任何形状，任何大小。
图5是整个的架构，具体地实现了触摸键盘检测控制功能。根据U1和U2的不同GPIO口连线方式可以确定触摸事件发生的具体单元和位置。
将这个检测构件装入手机整机机壳中，只要轻轻触摸一下手机机壳中对应的按键(数字或者功能键)(当然这个机壳的按键部分必须要对应着检测单元，一个按键对应一个检测单元)就会在屏幕中显示出来，也即U3为一块LCD显示屏。如果使用单元U3处理能力更强大些，例如，为一个MCU，加入适当的软件，还可以完成“触摸手写”的功能。

Claims (6)

1、一种具有触摸感应键盘功能的构件，用于实现包括按键和方向键盘等在内的人机界面，其特征在于，有一个触摸感应检测单元组U1和处理该检测单元结果信号组S的控制单元U2，该控制单元U2根据控制信号组S可以产生得到感应物的结果信号S2。
2、根据权利要求1所述的具有触摸感应键盘功能的构件，其特征在于，所述的触摸感应检测单元组U1由若干个检测单元C1，C2…Cn组成，这些检测单元可根据触摸物的距离，大小，产生不同的结果信号组S1，S2…Sn，其输出信号组S为一组模拟电容量。
3、根据权利要求2所述的具有触摸感应键盘功能的构件，其特征在于，处理检测单元组U1输出信号组S的感物控制单元U2为电容式触摸感应处理芯片，U2可同时完成多个检测单元的控制处理，根据不同的型号支持的检测单元数目也不同，一般为20个，可根据用户需求，自行选择；根据检测单元Cx与U2不同的连线方式和不同的信号Sx，计算判断得出结论信号S2是按键触摸或者触摸物的位置。
4、根据权利要求1或2所述具有触摸感应键盘功能的构件，其特征在于，该感物控制单元U2包括一个可由DAC来调节的电流源、比较器和复位开关的自动连接，以及一个独特的模拟多路复用总线，该模拟多路复用总线使得更多的检测单元Cx都能由一个共用的比较器和电流源来运行。
5、根据权利要求1或2所述的具有触摸感应键盘功能的构件，其特征在于，该感物控制单元U2自带存储器，可通过调整DAC来调节的电流源大小和检测速度以调整检测单元U1的灵敏度，使其具有更多的灵活性和应用性。
6、根据权利要求1或2所述的具有触摸感应键盘功能的构件，其特征在于，还有接受该感物控制单元U2输出的结果信号S2的其他使用单元U3，其可以是一块LCD显示屏，也可以是一个MCU。
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