CN101833040B - 一种基于arm的键盘电阻检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对成品计算机键盘的接触电阻进行检测的基于ARM的键盘电阻检测系统及方法，将待测键盘连接阵列开关，阵列开关分别连接恒流源、电压比较器、放大器和ARM芯片；阵列开关的每一列开关由KI开关和KV开关组成，KI开关与恒流源相连接，KV开关分别连接放大器和电压比较器，通过阵列开关对待测键盘进行恒流扫描，电压比较器对恒流源的输出进行判断；采用四线法电阻测试方法检测按键接触电阻两端电压，由软件部分创建一个虚拟键盘。本发明提高了键盘的扫描速度和测试信息的处理速度，不仅能检测出断键、串键，还能通过检测每个按键的接触电阻来判断键盘的质量和键盘制作工艺疏漏，检测的电阻值精度达到0.5％，具有良好的可扩展性和通用性。

Description

一种基于ARM的键盘电阻检测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种检测成品计算机键盘的测试系统，对成品计算机键盘的接触电阻进行检测。

背景技术

随着计算机应用的普及，键盘在加工过程中由于原料质量、印刷导线或触点接触性能不佳等原因会导致使用寿命过短和质量不合格，快速高效的键盘检测技术可以判断键盘制作工艺的疏漏，大大降低键盘出厂的不合格率。

目前的键盘测试系统只能通过电脑程序检测成品键盘的断键、串键问题，而无法检测出键盘的按键质量隐患，且测试程序的测试通用性差，无法测试其它类型的键盘。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种快速扫描和精确测量键盘按键阻值的基于ARM的键盘电阻检测系统。

本发明的另一目的是提供其检测方法，通过电阻值的大小判断键盘的串键、断键、键短路、接触不良等问题，有效检测出键盘触点的接触质量。

本发明基于ARM的键盘电阻检测系统采用的技术方案是：由硬件部分和软件部分组成，硬件部分包括待测键盘和ARM芯片，ARM芯片的输出经USB接口连接PC机，待测键盘连接阵列开关，阵列开关分别连接恒流源、电压比较器、放大器和ARM芯片；放大器通过A/D转换器连接ARM芯片，电压比较器连接ARM芯片；基准电压源分别连接恒流源、电压比较器、A/D转换器以及电源，PC机提供的电源经USB接口连接电源；所述阵列开关的每一列开关由KI开关和KV开关组成，K工开关与恒流源相连接，KV开关分别连接放大器和电压比较器，

本发明基于ARM的键盘电阻检测方法是包括如下步骤：先是恒流源提供恒定电流给阵列开关，ARM芯片控制阵列开关将电流注入待测键盘中要测试的按键，通过阵列开关对待测键盘进行恒流扫描，电压比较器对恒流源的输出进行判断，若输出为开环则待测键盘有按键按下；按键的电压差通过放大器放大信号后由A/D转换器转换后发送给ARM芯片进行运算处理，ARM芯片检测到有按键按下后启动A/D转换器；接着采用四线法电阻测试方法检测按键接触电阻两端电压，由ARM芯片运算后得出电阻值并将该电阻值和键坐标值进行编码后通过USB接口将信息发送至PC机；最后由软件部分创建一个虚拟键盘，该虚拟键盘接收到所述信息并提取该信息中包含的键坐标值的行列位置，通过映射得到虚拟键盘的位置信息；虚拟键盘将待测键盘的每个按键测试结果显示，根据按键的电阻值大小和键名是否一致判断按键是否合格。

本发明的有益效果是：

1、采用处理速度快、低功耗的的ARM芯片，提高了键盘的扫描速度和测试信息的处理速度，使键盘扫描速度大于20次/s，测试速度为2000次/s；不仅能检测出断键、串键，还能通过检测每个按键的接触电阻来判断键盘的质量和判断键盘制作工艺疏漏，检测的阻值精度达到0.5％，电阻采样速度在0.5ms以内，测试范围为1～1000Ω，系统功耗小于100mW。

2、采用虚拟键盘技术，准确定位每个按键，并在PC端显示被测按键的键值信息和电阻阻值，可动态创建和编辑虚拟键盘，最大扫描键盘容量为12行×18列。可自定义测试规则，在模拟用户实际应用情况下测试，具有非常高的实用价值和参考价值。

3、当测试新型号键盘时，只需按步骤创建而无需再对软件本身进行修改，创建后的键盘数据可以保存入数据库，具有良好的可扩展性和通用性。

附图说明

图1是本发明硬件结构连接图。

图2是图1中采用四线法测电阻的电路连接图。

图3是本发明软件控制图。

图4是虚拟键盘示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明由硬件部分和软件部分组成。其中，硬件部分的待测键盘1连接高速的阵列开关2，阵列开关2分别连接恒流源3、电压比较器5、放大器6和ARM芯片8。放大器6通过A/D转换器7连接ARM芯片8。电压比较器5连接ARM芯片8。基准电压源4提供2.5V的基准电压并且分别连接恒流源3、电压比较器5、A/D转换器7以及电源10。ARM芯片8的输出经USB接口9后连接PC机11，PC机11经USB接口9连接电源10。

阵列开关2使用74系列模拟开关，切换速度在100ns以内。恒流源3使用高速单运放搭建，响应时间可达10μs。恒流源3提供0.5mA的恒定电流给阵列开关2，通过阵列开关2对待测键盘1进行恒流扫描。电压比较器5可对恒流源3的输出进行监视，判断恒流源3的输出是否开环，如果输出开环则表明待测键盘1有按键按下。

A/D转换器7为Δ-∑类型，分辨率为12位，转换速度为100ns。ARM芯片8采用Cortex-M3芯片，其速度快功耗低。当待测键盘1的某一按键按下，电压比较器5通知ARM芯片8启动A/D转换器7采样电压信号，由ARM芯片8直接运算、校准、编码和通讯传输。ARM芯片8检测到有按键按下后启动A/D转换器7，这样可有效节省扫描切换时间，减轻A/D转换器7和ARM芯片8的工作压力，提高了整个待测键盘1的扫描速度。另一方面，待测键盘1上的被测按键的电压差通过放大器6放大信号，再由高速的A/D转换器7进行转换后发送给ARM芯片8进行运算处理，得到按键的电阻值和所在行列值，该电阻值和行列值经过编码后通过USB接口9将扫描信息发送给PC机11的软件部分进行翻译显示。其中，电源10通过USB接口9连接PC机11提供的5V电源，经过电压转换后对整个电路进行供电，因此无需外加电源。

待测键盘1主要是矩阵式结构，矩阵式结构的待测键盘1的按键触点连接在由行、列母线构成的矩阵电路的交叉处，每当一个键按下时，通过该键将相应的行、列母线连通。在进行低电阻测试时，测试线的电阻以及接触电阻会严重影响测试精度和测试稳定性，为了避免受测试线的电阻的影响，本发明采用图2的连接方法，待测键盘1通过接插件直接与阵列开关2相连接，阵列开关2的每一列开关由KI开关和KV开关组成，其中，阵列开关2中的KI开关与恒流源3相连接，阵列开关2中的KV开关分别与放大器6和电压比较器5相连接，放大器6和电压比较器5为并联关系。待测键盘1的K_mn、K_m+1n+1、……为键盘的按键，根据四线法测电阻即著名的凯尔文测试法来测量待测键盘1的每个按键的阻值，端口配置使得电流回路的测试线电阻串联于恒流源3，对恒流源3不产生影响，而电压测试回路的测试线电阻远远小于其输入内阻，因此采样电压压降全部施加在电压测试回路的放大器6输入端，这就是四端测试法即著名的凯尔文测试法。例如：扫描到按键K_mn时，KV_rm、KV_cn、KI_rm、KI_cn闭合，可利用欧姆定律得到按键K_mn的电阻Rx＝(V_rm-V_cn)/I，如果K_mn闭合，则所得电阻值为K_mn的测量值。如果该电阻值在制作要求范围内，则该按键合格，如果不在要求范围内，则该按键不合格。如果该电阻值大于要求范围最大值，并且多次测量的电阻值相差较大说明该键接触不良，多次测量都大于要求范围最大值则说明该键断路；如果该电阻值小于要求范围最小值则说明该键短路。

如图3，为了提高测试系统的直观性，该系统的测试软件12部分通过创建出一个虚拟键盘来直观的模拟出实际待测键盘1的所有信息和测试结果。每个虚拟键盘也和实际键盘一样，有同样多的键，每个键的排列和大小相同，键名也一样。图3中的虚拟键盘编辑14部分主要用于虚拟键盘的创建，其中包括虚拟键编辑17和测试规则制定18。用户打开虚拟键盘创建画面，用户可以添加和删除虚拟按键，每个按键包括行列坐标信息、名称信息、尺寸信息和位置信息，这些信息均和实际键盘情况一致。当一个虚拟键盘创建完成后，用户还需添加测试规则，包括键的测试顺序和测试次数等。设置完成后，在PC机12上，软件显示画面显示出一个虚拟出来的键盘图案。为了提高测试系统的灵活性和测试效率，所有虚拟键盘的信息都将存入虚拟键盘数据库15中，以供以后创建新虚拟键盘和对已有虚拟键盘修改时使用。在测试时，测试软件12的通讯部分13通过USB接口9接收来自待测键盘1的扫描数据，这些数据中包括电阻值信息、行列矩阵信息。由键盘测试16部分将硬件上传的每个按键信息和数据库里的虚拟按键位置进行映射，最终将扫描数据翻译成相对应的键值信息和电阻阻值显示在虚拟键盘上，通过跟虚拟键盘数据库15存储的合格数据比对，显示测试结果20。每个实际待测键盘1按键的测试结果将在虚拟键盘画面直观的显示出来，如图4。

本发明通过对待测键盘1进行四线法电阻测试方法以实现较高的测试精度，首先由ARM芯片8通过对阵列开关2的控制来实现对待测键盘1的恒流扫描，将电流轮流注入要测试的按键，其中电流回路中的开关电阻(即阵列开关2中的开关电阻)串联在回路中，不会对恒流产生影响。另一方面，待测键盘1中的按键接触电阻在恒流源的激励下两端的电压降通过阵列开关2与电压放大器6和比较器5相并联连接，此时由于放大器6和比较器5的输入阻抗比较大，因此阵列开关2中的开关的电阻不会对电压采样产生影响。在这个测试过程中，电流回路和电压回路是独立的，电流回路有2根线，电压回路也有2根线，这就实现了四线法电阻测试方法。一旦电压比较器5电平发生变化，ARM芯片8就会启动A/D转换器7，然后通过运算得出电阻值并将键坐标值和该电阻值进行编码通过USB接口9发送至PC机11。其中，电源通过USB接口9获得，无需再提供额外的电源。在PC机11端利用虚拟键盘技术将待测键盘1的每个键测试结果显示，根据按键的阻值大小和键名是否一致可以判断按键是否合格。另外，本发明所采用的虚拟键盘技术可以动态创建和编辑虚拟键盘，并可以自定义测试规则。当测试新型号产品时无需再对软件本身进行修改，只需按步骤创建就行了。创建后的虚拟键盘数据可以保存入数据库，以备后期同类型键盘检测使用。软件部分利用数据库存储功能，通过虚拟键盘数据库15先将部分型号的合格的键盘参数保存。并利用虚拟键编辑17和测试规则制定18进行虚拟键盘的创建和编辑，动态添加和删除一定型号的虚拟键盘。模拟用户实际使用情况进行测试。能根据键名显示是否与按键一致、测量电阻值是否超过正常值、测量电阻值是否为零以及多次按键测试是否阻值不一致直接判断串键、断键、键短路、接触不良等问题。

本发明的检测流程是：硬件部分对待测键盘1进行行列电流扫描，一旦扫描到有键按下，便将该键的扫描结果通过USB接口9发送给PC机11，PC机11上的虚拟键盘软件接收到该信息，提取信息中包含的行列位置，通过和虚拟键盘的信息进行映射，得到虚拟键盘的位置信息。例如：当按下被测键盘的“A”键时，虚拟键盘中的“A”键也显示按下，并会显示具体的电阻值和判断结果，如果超出电阻范围，“A”键显示按下，颜色变红，合格时颜色变绿。根据预先设置好的测试规则，必须按照预定的测试规则进行测试，例如：空格键比较常用，需检测5次以上才能对下一按键进行测试，以及按键的测试顺序等等。当整个待测键盘1测试完成后，软件会判断整个待测键盘1是否合格以及每个按键的电阻为多少，虚拟键盘会相应的直观的显示出来。

Claims (4)

1.一种基于ARM的键盘电阻检测系统，由硬件部分和软件部分组成，硬件部分包括待测键盘(1)和ARM芯片(8)，ARM芯片(8)的输出经USB接口(9)连接PC机(11)，其特征是：待测键盘(1)连接阵列开关(2)，阵列开关(2)分别连接恒流源(3)、电压比较器(5)、放大器(6)和ARM芯片(8)；放大器(6)通过A/D转换器(7)连接ARM芯片(8)，电压比较器(5)连接ARM芯片(8)；基准电压源(4)分别连接恒流源(3)、电压比较器(5)、A/D转换器(7)以及电源10，PC机(11)提供的电源经USB接口(9)连接电源10；所述阵列开关(2)的每一列开关由KI开关和KV开关组成，KI开关与恒流源(3)相连接，KV开关分别连接放大器(6)和电压比较器(5)。

2.一种基于ARM的键盘电阻检测方法，其特征是包括如下步骤：

1)恒流源(3)提供恒定电流给阵列开关(2)，ARM芯片(8)控制阵列开关(2)将电流注入待测键盘(1)中要测试的按键，通过阵列开关(2)对待测键盘(1)进行恒流扫描，电压比较器(5)对恒流源(3)的输出进行判断，若输出为开环则待测键盘(1)有按键按下；按键的电压差通过放大器(6)放大信号后由A/D转换器(7)转换后发送给ARM芯片(8)进行运算处理，ARM芯片(8)检测到有按键按下后启动A/D转换器(7)；

2)采用四线法电阻测试方法检测按键接触电阻两端电压，由ARM芯片(8))运算后得出电阻值并将该电阻值和键坐标值进行编码后通过USB接口(9)将信息发送至PC机(11)；

3)由软件部分创建一个虚拟键盘，该虚拟键盘接收到所述信息并提取该信息中包含的键坐标值的行列位置，通过映射得到虚拟键盘的位置信息；

4)虚拟键盘将待测键盘(1)的每个按键测试结果显示，根据按键的电阻值大小和键名是否一致判断按键是否合格。

3.根据权利要求2所述的一种基于ARM的键盘电阻检测方法，其特征是：步骤3)所述创建虚拟键盘包括虚拟键编辑和测试规则制定，创建后的虚拟键盘信息存入于虚拟键盘数据库中，通过虚拟键编辑添加和删除虚拟按键、创建新虚拟键盘和对已有虚拟键盘修改。

4.根据权利要求2所述的一种基于ARM的键盘电阻检测方法，其特征是：步骤4)判断按键是否合格的方法包括：若电阻值大于要求范围最大值且多次测量的电阻值相差较大则判断该按键接触不良，若电阻值多次测量都大于要求范围最大值则判断该按键断路，若电阻值小于要求范围最小值则判断该按键短路。

Images