CN102104374A - 按键装置及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种按键装置，包括按键动作检测单元和控制单元，按键动作检测单元可以通过光脉冲信号对位于按键区域的人手或者物体进行检测，控制单元用于根据对人手或者物体的检测判断是否处于按键被按下状态。本发明还提供一种按键系统。本发明按键装置及其系统实现了免接触式按键，工作稳定可靠，外形美观新颖。
Description
技术领域
本发明属于电子领域，特别涉及一种利用光脉冲进行按键动作检测的按键装置及其系统。
背景技术
随着电子技术的发展，各种各样的电子产品已经在人们的日常生活中得到了越来越广泛的应用。常见的电子产品，如手机、笔记本电脑、液晶显示器、电话机等，都包括按键部分，使用者通过按键动作对电子产品进行操作控制。通常来说，按键可分为机械式开关按键和电容式触摸感应按键两种，上述两种按键在使用时都需要手指或其他物体接触按键本身来进行操作，并且当按键使用较长时间后容易出现按键故障。
发明内容
为了解决现有技术的上述问题，有必要提供一种不需要接触便可实现按键动作的按键装置。
还有必要提供采用上述按键装置的系统。
一种按键装置，包括按键动作检测单元和控制单元，按键动作检测单元可以通过光脉冲信号对位于按键区域的人手或者物体进行检测，控制单元用于根据对人手或者物体的检测判断是否处于按键被按下状态。
本发明按键装置中，所述按键动作检测单元包括发光单元和光传感器，所述发光单元和光传感器分别连接到所述控制电路，所述发光单元用于在控制单元控制下发射光线，所述光传感器用于接收发光单元发射的光线并发送对应的电信号给控制单元，控制单元根据接收的光传感器的电信号判断发光单元和光传感器之间光线是否被阻隔。
本发明按键装置中，所述控制单元包括滤波/脉冲整形电路、微控制器和驱动电路，所述光传感器连接到所述滤波/脉冲整形电路，所述滤波/脉冲整形电路连接到所述微控制器，所述发光单元连接到所述驱动电路，所述驱动电路连接到所述微控制器。
本发明按键装置中，还包括第一透光部、第二透光部和外壳，所述第一透光部和第二透光部设置在所述外壳上，所述第一透光部邻近所述发光单元设置，所述第二透光部邻近所述光传感器设置，且所述第一透光部正对所述第二透光部设置，所述外壳为不透光材料制成，其覆盖上述发光单元、控制单元和光传感器，所述外壳具有凹陷结构，所述第一透光部和第二透光部设置在凹陷的侧面且正对设置，所述发光单元发射的光线依次通过所述第一透光部、第二透光部后被所述光传感器接收，所述凹陷用于作为按键区域，用户通过将手指放在所述凹陷处或通过在所述凹陷处放置其他物体的方式来完成按键操作。
本发明按键装置中，还包括第一透光部、第二透光部和外壳，外壳大致为平板状，第一透光部和第二透光部间隔一设定距离设置在该外壳上，且第一透光部邻近发光单元设置，第二透光部邻近光传感器设置，该外壳为不透光材料制成，该外壳收容上述按键动作检测单元和控制单元，该外壳具有向按键装置内部延伸的遮光板，该遮光板设置在发光单元和光传感器之间，用于遮挡发光单元和光传感器之间的直接光线通路并使得发光单元发出的光线只可以通过第一透光部、第二透光部后到达光传感器，该第一透光部和第二透光部之间邻近该外壳的区域为按键检测区域。
本发明按键装置中，所述控制单元的微控制器输出经编码的脉冲信号到所述驱动电路，所述驱动电路将来自所述微控制器的脉冲信号放大后驱动所述发光单元，使发光单元发出脉冲光，所述发光单元发出的光线经所述外壳上的第一透光部和第二透光部后到达光传感器，所述光传感器把接收到的光信号转换为电信号输出到滤波/脉冲整形电路，滤波/脉冲整形电路将接收的电信号放大并滤除干扰后输出相应的脉冲信号给微控制器。
本发明按键装置中，微控制器接收来自滤波/脉冲整形电路的脉冲信号后将其和发送到驱动电路的脉冲信号进行比较，判断是否与发送给驱动电路的脉冲编码一致。
本发明按键装置中，当微控制器比较得到的结果是滤波/脉冲整形电路传来的脉冲信号与发送给驱动电路的脉冲信号编码一致时，发光单元和光传感器之间的光路通道没有阻隔，即按键没有被按下；当微控制器检测滤波/脉冲整形电路传来的脉冲信号编码和输出到驱动电路的脉冲信号编码不一致时，发光单元和光传感器之间有遮挡物，即此时按键处于被按下状态。
本发明按键装置中，所述发光单元包括发光二极管，其在所述驱动电路驱动下通过发光二极管发光，所述第一透光部采用透镜或者其他具有聚光功能部件构成，所述第二透光部采用只让发光单元发出的光对应波长的光线通过的材料制成。
一种按键系统，其特征在于：包括多个邻近设置的按键装置，每一按键装置包括发光单元、控制单元和光传感器，所述发光单元和光传感器正对设置，所述发光单元和光传感器分别连接到所述控制电路，所述发光单元用于在控制单元控制下发射光线，所述光传感器用于接收发光单元发射的光线并发送对应的电信号给控制单元，控制单元根据接收的光传感器的电信号判断发光单元和光传感器之间光线是否被阻隔，相邻按键装置之间使用不同波长的光且使用不同的脉冲编码。
相较于现有技术，本发明按键装置及其系统包括发光单元、控制单元和光传感器，通过使用光脉冲信号作为按键检测信号，实现了免接触式按键，工作稳定可靠。另外，由于发光单元发射的光线波长、颜色可以根据需要设定，从而可以使用各种颜色的光源，使按键装置本身非常美观、绚丽，其外形美观新颖。
附图说明
图1是本发明按键装置第一实施方式的方框示意图。
图2是本发明按键装置第二实施方式的方框示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明实施方式作进一步说明。
请参阅图1，是本发明按键装置第一实施方式的方框示意图。该按键装置包括按键动作检测单元(未标示)和控制单元20。按键动作检测单元可以通过光脉冲信号对位于按键区域的人手或者物体进行检测，控制单元20用于根据对人手或者物体的检测判断是否处于按键被按下状态。按键动作检测单元包括发光单元10和光传感器30。发光单元10和光传感器30分别连接到所述控制电路20。发光单元10用于在控制单元20控制下发射光线，光传感器30用于接收发光单元10发射的光线并发送对应的电信号给控制单元20。控制单元20根据接收的光传感器30的电信号判断发光单元10和光传感器30之间光线是否被阻隔。
如图1所示，控制单元20包括滤波/脉冲整形电路230、微控制器220和驱动电路210。光传感器50连接到滤波/脉冲整形电路230。滤波/脉冲整形电路230连接到微控制器220。发光单元10连接到驱动电路210。驱动电路210连接到微控制器220。
该按键装置还包括第一透光部40、第二透光部50和外壳60。第一透光部40和第二透光部50设置在外壳60上。第一透光部40邻近发光单元10设置，第二透光部50邻近光传感器30设置，且第一透光部40正对第二透光部。外壳60为不透光材料制成，其覆盖上述发光单元10、控制单元20和光传感器30。外壳60具有凹陷70。第一透光部40和第二透光部50大致设置在凹陷70的侧面且正对设置。发光单元10发射的光线可以依次通过第一透光部40、第二透光部50后被光传感器30接收。凹陷70作为按键区域，用户可以通过将手指放在凹陷70处或在凹陷70处放置其他物体的方式来实现按键操作。由于外壳70不透光，因此发光单元10发射的光线只会通过第一透光部40、第二透光部50后才能被光传感器30接收到。
该按键装置工作原理叙述如下：控制单元20的微控制器220输出经编码的脉冲信号到驱动电路210，驱动电路210将来自微控制器220的脉冲信号放大后驱动发光单元10，使发光单元10发出脉冲光。发光单元10发出的光线经外壳60上的第一透光部40和第二透光部50到达光传感器30。光传感器30把接收到的光信号转换为电信号输出到滤波/脉冲整形电路230。滤波/脉冲整形电路230将接收的电信号放大并滤除干扰后输出相应的脉冲信号给微控制器220。微控制器220接收来自滤波/脉冲整形电路230的脉冲信号后将其和发送到驱动电路210的脉冲信号进行比较，判断是否与发送给驱动电路210的脉冲编码一致。
如果微控制器220比较得到的结果是滤波/脉冲整形电路230传来的脉冲信号与发送给驱动电路210的脉冲信号编码一致，则可以判定发光单元10和光传感器30之间的光路通道没有阻隔，即按键没有被按下。
当使用者将手指放到如图1中所示位置时，发光单元10和光传感器20之间的光通道被阻隔，光传感器30无法收到发光单元10发来的光脉冲信号。此时，微控制器220检测滤波/脉冲整形电路230传来的脉冲信号编码和输出到驱动电路210的脉冲信号编码不一致，从而可以确定发光单元10和光传感器30之间有遮挡物，即此时按键处于被按下状态。
在本实施方式中，发光单元10包括发光二极管，其在驱动电路210驱动下通过发光二极管发光。为使从第一透光部40投射的光线尽可能只照射到第二透光部50，第一透光部40可以采用透镜或者其他具有聚光功能部件。
请参阅图2，是本发明按键装置第二实施方式的方框示意图。该按键装置包括按键动作检测单元和控制电路21。按键动作检测单元用于通过光脉冲信号对位于按键区域的人手或者物体进行检测，控制单元21用于根据对人手或者物体的检测判断是否处于按键被按下状态。按键动作检测单元包括发光单元11和光传感器31。
发光单元11和光传感器31分别连接到所述控制电路21。发光单元11用于在控制单元21控制下发射光线，光传感器31用于接收发光单元11发射的光线并发送对应的电信号给控制单元21。控制单元21根据接收的光传感器31的电信号判断发光单元11和光传感器31之间光线是否被阻隔。
该按键装置还包括第一透光部41、第二透光部51和外壳61。外壳61大致为平板状，第一透光部41和第二透光部51间隔一设定距离设置在该外壳上，且第一透光部41邻近发光单元11设置，第二透光部51邻近光传感器31设置。该外壳61为不透光材料制成。该外壳61收容上述按键动作检测单元和控制单元21。在本实施方式中，该外壳61具有向按键装置内部延伸的遮光板611，该遮光板611设置在发光单元11和光传感器31之间，用于遮挡发光单元11和光传感器31之间的直接光线通路，于是发光单元11发出的光线只可以通过第一透光部41、第二透光部51后到达光传感器31。该第一透光部41和第二透光部51之间邻近该外壳61的区域为按键检测区域。
控制单元21的微控制器221输出经编码的脉冲信号到驱动电路211，驱动电路211将来自微控制器221的脉冲信号放大后驱动发光单元11，使发光单元11发出脉冲光。发光单元11发出的光线从外壳61上的第一透光部41射出。
当使用者将手指放到如图2中所示位置时，发光单元11发出的光线被人手指反射后通过第二透光部51被光传感器31接收。光传感器31将接收到的光信号转换为电信号输出到滤波/脉冲整形电路231。微控制器221检测滤波/脉冲整形电路231传来的脉冲信号编码和输出到驱动电路211的脉冲信号编码是一致的，从而可以确定发光单元11和光传感器31之间有遮挡物，即此时按键处于被按下状态。
如果微控制器221比较得到的结果是滤波/脉冲整形电路231传来的脉冲信号与发送给驱动电路211的脉冲信号编码不一致，则可以判定发光单元11和光传感器31之间没有按键动作，即按键没有被按下。
另外，在本发明按键装置的变更实施方式中，为了提高抗环境光干扰的能力，第二透光部50、51可以分别采用只让发光单元10、11发出的光对应波长的光线通过的材料制成，从而降低环境光的影响。光传感器30、31可采用光敏二极管实现，也可以用光敏三极管、光敏电阻等其他器件实现。
本发明按键系统包括多个上述按键装置，当多个按键装置邻近设置时，相邻按键装置使用不同波长的光且/或使用不同的脉冲编码，从而避免相邻按键装置之间的相互干扰，避免发生按键误操作。另外，多个按键装置之间可以共用一个具有多个凹陷的外壳，每一凹陷对应一个按键装置的按键区域。多个按键装置还可共用一个微控制器。
相较于现有技术，本发明按键装置及其系统包括按键动作检测单元和控制单元，按键动作检测单元包括发光单元和光传感器。本发明按键装置及其系统通过使用光脉冲信号作为按键检测信号，实现了免接触式按键，工作稳定可靠。另外，由于发光单元发射的光线波长、颜色可以根据需要设定，从而可以使用各种颜色的光源，使按键装置本身非常美观、绚丽，其外形美观、新颖。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种按键装置，其特征在于：包括按键动作检测单元和控制单元，按键动作检测单元可以通过光脉冲信号对位于按键区域的人手或者物体进行检测，控制单元用于根据对人手或者物体的检测判断是否处于按键被按下状态。
2.如权利要求1所述的按键装置，其特征在于：所述按键动作检测单元包括发光单元和光传感器，所述发光单元和光传感器分别连接到所述控制电路，所述发光单元用于在控制单元控制下发射光线，所述光传感器用于接收发光单元发射的光线并发送对应的电信号给控制单元，控制单元根据接收的光传感器的电信号判断发光单元和光传感器之间光线是否被阻隔。
3.如权利要求2所述的按键装置，其特征在于：所述控制单元包括滤波/脉冲整形电路、微控制器和驱动电路，所述光传感器连接到所述滤波/脉冲整形电路，所述滤波/脉冲整形电路连接到所述微控制器，所述发光单元连接到所述驱动电路，所述驱动电路连接到所述微控制器。
4.如权利要求3所述的按键装置，其特征在于：还包括第一透光部、第二透光部和外壳，所述第一透光部和第二透光部设置在所述外壳上，所述第一透光部邻近所述发光单元设置，所述第二透光部邻近所述光传感器设置，且所述第一透光部正对所述第二透光部设置，所述外壳为不透光材料制成，其覆盖上述发光单元、控制单元和光传感器，所述外壳具有凹陷结构，所述第一透光部和第二透光部设置在凹陷的侧面且正对设置，所述发光单元发射的光线依次通过所述第一透光部、第二透光部后被所述光传感器接收，所述凹陷用于作为按键区域，用户通过将手指放在所述凹陷处或通过在所述凹陷处放置其他物体的方式来完成按键操作。
5.如权利要求3所述的按键装置，其特征在于：还包括第一透光部、第二透光部和外壳，外壳大致为平板状，第一透光部和第二透光部间隔一设定距离设置在该外壳上，且第一透光部邻近发光单元设置，第二透光部邻近光传感器设置，该外壳为不透光材料制成，该外壳收容上述按键动作检测单元和控制单元，该外壳具有向按键装置内部延伸的遮光板，该遮光板设置在发光单元和光传感器之间，用于遮挡发光单元和光传感器之间的直接光线通路并使得发光单元发出的光线只可以通过第一透光部、第二透光部后到达光传感器，该第一透光部和第二透光部之间邻近该外壳的区域为按键检测区域。
6.如权利要求4所述的按键装置，其特征在于：所述控制单元的微控制器输出经编码的脉冲信号到所述驱动电路，所述驱动电路将来自所述微控制器的脉冲信号放大后驱动所述发光单元，使发光单元发出脉冲光，所述发光单元发出的光线经所述外壳上的第一透光部和第二透光部后到达光传感器，所述光传感器把接收到的光信号转换为电信号输出到滤波/脉冲整形电路，滤波/脉冲整形电路将接收的电信号放大并滤除干扰后输出相应的脉冲信号给微控制器。
7.如权利要求6所述的按键装置，其特征在于：微控制器接收来自滤波/脉冲整形电路的脉冲信号后将其和发送到驱动电路的脉冲信号进行比较，判断是否与发送给驱动电路的脉冲编码一致。
8.如权利要求7所述的按键装置，其特征在于：当微控制器比较得到的结果是滤波/脉冲整形电路传来的脉冲信号与发送给驱动电路的脉冲信号编码一致时，发光单元和光传感器之间的光路通道没有阻隔，即按键没有被按下；当微控制器检测滤波/脉冲整形电路传来的脉冲信号编码和输出到驱动电路的脉冲信号编码不一致时，发光单元和光传感器之间有遮挡物，即此时按键处于被按下状态。
9.如权利要求4所述的按键装置，其特征在于：所述发光单元包括发光二极管，其在所述驱动电路驱动下通过发光二极管发光，所述第一透光部采用透镜或者其他具有聚光功能部件构成，所述第二透光部采用只让发光单元发出的光对应波长的光线通过的材料制成。
10.一种按键系统，其特征在于：包括多个邻近设置的按键装置，每一按键装置包括发光单元、控制单元和光传感器，所述发光单元和光传感器正对设置，所述发光单元和光传感器分别连接到所述控制电路，所述发光单元用于在控制单元控制下发射光线，所述光传感器用于接收发光单元发射的光线并发送对应的电信号给控制单元，控制单元根据接收的光传感器的电信号判断发光单元和光传感器之间光线是否被阻隔，相邻按键装置之间使用不同波长的光且/或使用不同的脉冲编码。
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