CN104579288A - 一种基于压电陶瓷的远程按键控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于压电陶瓷的远程按键控制系统，用以解决市场上某些设备无法提供外接端口，不能实现远程控制的问题。本发明特征为，系统包括外接壳、电路板及按键器，所述的按键器由压电陶瓷实现。本系统的优点为：系统体积小，重量轻，用电功率小，可实现机械按键、薄膜按键的远程控制。
Description
技术领域
本发明为一种按键控制系统，尤其是一种利用压电陶瓷行程来实现远程控制薄膜按键或机械按键等按键的控制系统。
背景技术
生活中有许多仪器需要人为按键操作，这种操作方法限制了人们必须在仪器周围操作，而事实上，许多仪器是需要远程控制的，但由于仪器本身的缺陷，无法提供外接控制端口，故而需要外接一个远程控制设备。
以西门子医用直线加速器治疗床为例，该加速器治疗床放置在放射室中，配有一个薄膜按键控制盒，用于控制治疗床的位置，能控制治疗床的上下、左右、前后六个方向，该控制盒位于加速器治疗床旁边，也就意味着是放在放射治疗室中，其操作场景为放射室。
与直线加速器配合使用的图像引导治疗设备能通过图像得到病人在治疗前一刻的空间坐标信息。其输出为图像或者是空间坐标信息。这个信息显示在控制室的显示终端中，也就意味着其操作场景为控制室。
且这类进口的医疗设备庞大且昂贵，没有提供外接控制端口，于是需要制造一套设备，能够实现在控制室内用电脑远程控制位于放射室的薄膜按键，进一步控制治疗床。
传统的按键控制器由电磁铁或步进电机实现，但电磁铁及步进电机具有体积较大，所耗功率较大的缺点，故而本系统采用压电陶瓷来实现按键功能。普通的压电材料形变量很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一，由于行程受限，人们将压电材料制成各种形状，希望通过累积微小形变的方法增加压电材料行程。
本发明根据螺旋物体可放大形变的原理，采用N型双层螺旋结构，将压电材料的形变量增大，且延展方向过轴心，使得压电材料在通电后不会发生角度变化。
发明内容
为了概括本发明的目的，在这里描述了本发明的某些优点和新颖特征。应了解，无需所有这些方面、优点和特征包含在任一特殊实施例中。
本发明所要解决的问题在于，针对上述现有技术中的不足，提出一种可以实现远程控制按键的按键控制系统，系统包括外接壳、电路板及按键器。
所述的外接壳可由不锈钢、铝板或硬质塑料制成，设计时需注意贴合按键面，易于装拆且不会影响仪器使用。
所述的按键器采用压电陶瓷实现，所述陶瓷包括外层金属电极层A，中间压电陶瓷层及内层金属电极层B，三层紧密结合为一体。所述“金属电极层A”除做电极使用还需作为金属底片，需采用延展性低、有一定厚度的金属片。所述“金属电极层B”只作电极使用，要求延展性很好。所述的新型压电复合材料采用N型双螺旋结构。所述的新型压电复合材料“压电陶瓷层”双螺旋圆心连线需与轴线重合。
通电后，电压通过金属电极使“压电陶瓷层”每块圆盘均发生沿轴向伸长，同时“金属电极层A”形状不变，故靠近A侧的压电陶瓷相对B侧收缩，使整片陶瓷沿轴向螺旋形扩张，有效增加压电陶瓷的行程。
优选的，可通过调节电极间电压的大小来改变按键器的行程大小。
本发明的有益效果是：本发明改变了普通压电陶瓷的形状，设计出一种利用压电陶瓷行程实现按键功能的远程按键控制系统，该系统体积小，重量轻，用电功率小，适用于薄膜按键、机械按键等控制系统。
附图说明
图1是本发明实施例中的按键器未通电时侧视图
图2是本发明实施例中的按键器通电时侧视图
图3是本发明实施例中的电路框图
具体实施方式
本发明所要解决的技术问题在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种可实现远程电脑控制按键的基于压电陶瓷的按键控制系统。本实施例中以薄膜按键为控制对象，以ARM处理器为处理芯片，以串口为通信接口。
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
本系统硬件包括外接壳、电路板及按键器；软件包括上位机和下位机程序。
其中，所述的外接壳可由不锈钢、铝板或硬质塑料制成，设计时需注意贴合按键面，易于装拆且不会影响仪器使用。
所述的按键器由压电陶瓷实现，该按键器包括用于做电极和金属底片的“金属电极层A”；用于做电极的“金属电极层B”；用于提供压电效应的“压电陶瓷层”。
所述“金属电极层A”除做电极使用还需作为金属底片，在通电后保持自身形状不易改变，与“压电陶瓷层”产生形变差，因此需采用延展性略低或有一定厚度的金属片，如黄铜片等。“金属电极层A”与压电陶瓷层需紧密结合。
所述“金属电极层B”只作电极使用，要求延展性很好，可采用银层烧渗或真空镀膜的方式实现。
所述“压电陶瓷层”要求在形变时，形变行程较大，且形变后位置不可发生角度变化，最高点和最低点连线经过轴心，形变方向沿轴线方向，圆心O1、O2需在轴线上。
在不通电时，压电陶瓷层紧缩，侧视图(图1)呈英文字母“N”型，俯视图单螺旋呈蚊香形。
通电后，由于“金属电极层A”不发生形变，故靠近A侧的压电陶瓷相对B侧收缩，使整片陶瓷沿轴向螺旋形沿轴线伸长，同时，螺旋结构也可累积每层螺旋圆盘的微小形变，最终实现在轴向得到较大行程的目的，如图2所示。
所述的电路板需包括一些基础模块，电路框图如图3所示，其中接口可为串口或以太网口，与实施远程控制的电脑相连，同时与ARM处理器电路相连，ARM处理器可根据电脑指令控制按键器电压，进而控制按键。ARM处理器同时与光耦合器件相连，光耦合器件可将输入的电信号转换成光信号，再转换成电信号输。经过这样的转换起到隔离输入输出前后两部分系统的“地”的效果。使用光耦合器件能够增加设备的安全性，防止因为电的不慎耦合造成的漏电，误操作等问题。光耦合器件与可变稳压电路相连，可变稳压电路受ARM处理器控制，用于为按键器提供工作电压，该模块可输出多种电压，用以改变按键器的行程。可变稳压电路与按键器相连。
需要指出，本说明书中的描述仅用于说明性的目的，而不应该理解为对本发明的限制，本发明的保护范围仅取决于权利要求书的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于压电陶瓷的远程按键控制系统，其特征为：系统包括外接壳、电路板及按键器，所述的按键器采用上下两层涂覆金属电极，中间为压电陶瓷的三层复合结构，本陶瓷形状为N型双螺旋结构，两层螺旋中心位置重合，通电后可从轴心位置沿轴线方向往两边延展，所述的按键器与按键紧密相连，系统可实现远程控制按键的功能。
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