CN104599884B - 一种弹力曲线可变的磁悬浮键盘及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹力曲线可变的磁悬浮键盘及其工作方法，磁悬浮按键包括固定外壳和活动结构，活动结构包括键帽、键轴、悬浮强力磁铁、铜箔，与悬浮强力磁铁相对位置上设有固定强力磁铁，固定强力磁铁上设有两片铁片，两片铁片之间设有缝隙；工作方法包括：A、微控制器初始化，获取弹力曲线；B、循环执行步骤(2)—步骤(4)，其中，(2)实时获取磁悬浮按键被压下距离s’；(3)实时控制磁悬浮按键弹力；(4)获取按键状态。本发明铁片的设置保证了磁悬浮按键压下时固有的斥力不会过大，还与铜箔构成三导体电容器，以检测磁悬浮按键被压下距离；根据用户需求调整来产生不同手感；克服了依靠机械触点容易产生接触不良的现象。

Description

一种弹力曲线可变的磁悬浮键盘及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种弹力曲线可变的磁悬浮键盘及其工作方法，属于电学的技术领域。

背景技术

键盘是常用的电脑外设产品之一，目前公知的键盘主要分为机械式键盘、电容式键盘和薄膜式键盘，这类键盘一旦生产就不能改变其手感，机械键盘由于内置弹簧，其弹力几乎与压下距离成正比；电容式键盘以无弹性平面为主；而薄膜式键盘内含橡胶垫，弹力与距离成非线性关系。实际生活中，人们在不同的应用时，如游戏、打字、办公，对键盘手感的需求不同，不同人的偏好也不相同，以上类别键盘难以满足广泛需求。另一方面，机械式键盘和薄膜式键盘都以触点的机械接触方式工作，有时用户压力不足或者触点有灰垢容易造成接触不良。

近期Darfon等公司设计了磁悬浮键盘，旨在降低键盘厚度，但依然不具有按键随按压距离动态改变受力的功能，即弹力曲线不能根据用户调整。

中国专利文献CN203218156U公开了一种磁悬浮键盘，包括底盘和按键，还包括与底盘连接并与按键对应的电磁铁，所述底盘上接有罩盖，罩盖上设有能容纳电磁铁的键腔，该键腔顶部设有键孔；所述按键呈帽状，其下端与键腔内壁滑动相接，上端穿出键孔，按键可沿键腔上下运动，按键下端头受键孔壁限制，使其不会从键孔脱出；按键顶部设有永磁体，电磁铁通电后，永磁体受磁力作用带动按键悬浮于电磁铁上部，电磁铁外设有按键感应线圈。但是，该专利主要定义了磁悬浮键盘的基本结构，不具有更改弹力曲线及克服接触不良现象的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种弹力曲线可变的磁悬浮键盘；

本发明还公开了上述磁悬浮键盘的工作方法；

本发明的技术方案为：

一种弹力曲线可变的磁悬浮键盘，包括底盘和设置在所述底盘上的磁悬浮按键，所述键盘根据实时获取磁悬浮按键被压下距离改变磁悬浮按键弹力。

根据本发明优选的，所述磁悬浮按键包括上方设有开口的固定外壳和设置在所述开口处的活动结构，所述活动结构包括键帽、键轴、悬浮强力磁铁、铜箔，所述键帽、所述键轴、所述悬浮强力磁铁依次连接，所述悬浮强力磁铁下方设有铜箔，所述键轴穿过所述开口，所述键轴下端进入所述固定外壳内，所述键轴上端位于所述固定外壳外部，所述悬浮强力磁铁受所述开口限制，使其不会从所述开口脱出；所述固定外壳内部底面与所述悬浮强力磁铁相对位置上设有固定强力磁铁，所述固定强力磁铁与所述悬浮强力磁铁极性相同，所述固定外壳内部底面还设有一个固定线圈，固定线圈上分别设有电极引线a、电极引线b，电极引线a、电极引线b穿过固定外壳引到固定外壳外部，所述固定强力磁铁上设有两片铁片，两片铁片之间设有缝隙，两片铁片分别设有电极引线c、电极引线d，电极引线c、电极引线d穿过固定外壳引到固定外壳外部；

所述磁悬浮按键的控制电路包括微控制器、驱动电路、驱动电路输出、信号输出线路、信号输入线路及分压电阻，所述微控制器通过信号线连接所述驱动电路，所述驱动电路输出连接所述电极引线a及所述电极引线b，所述微控制器通过所述信号输出线路连接电极引线c，所述微控制器通过信号输入线路连接所述电极引线d，所述信号输入线路连接所述分压电阻的一端，所述分压电阻的另一端接地，所述微控制器包括模数转换器ADC。

两片铁片之间设有缝隙，进行电信号隔离，使所述两片铁片与所述铜箔构成三导体电容器，用于检测磁悬浮按键按压距离。

此处设计的优势在于，磁悬浮按键未接通电源时，所述固定强力磁铁与所述悬浮强力磁铁极性相同，处于相斥状态，因此，所述活动结构处于自然悬浮状态；两片铁片被所述固定强力磁铁磁化，具有强磁力作用，此时，若用户按下磁悬浮按键，所述悬浮强力磁铁下移接近两片铁片，两片铁片同时被所述悬浮强力磁铁与所述固定强力磁铁的合磁场磁化，由于磁化方向相反，两片铁片显示出弱磁性，所述固定强力磁铁与所述悬浮强力磁铁的斥力作用减弱，使用户按下磁悬浮按键时产生的斥力不会过强。

根据本发明优选的，所述铁片的形状为半圆形。

根据本发明优选的，所述微控制器内置所述模数转换器ADC。

根据本发明优选的，所述微控制器外置所述模数转换器ADC，所述模数转换器ADC连接所述信号输入线路。

上述磁悬浮键盘的工作方法，具体步骤包括：

A、所述微控制器初始化，获取弹力曲线

所述磁悬浮按键的控制电路接通电源，所述微控制器程序初始化，所述驱动电路初始化，所述微控制器获取弹力曲线的离散值并将其加载到弹力曲线数组F[s]中,获取弹力曲线，所述弹力曲线的离散值表示磁悬浮按键被压下距离s时所述驱动电路应当输出到固定线圈的电流；

所述固定线圈产生磁场，与所述悬浮强力磁铁发生相互作用，改变所述磁悬浮按键弹力，因此，磁悬浮按键被压下距离s时所述驱动电路应当输出到固定线圈的电流与磁悬浮按键在被压下距离s时磁悬浮按键弹力是一一对应的，改变所述弹力曲线数组F[s]中的数据，就改变了磁悬浮按键在被压下过程中体现的用户手感。

B、循环执行步骤(2)—步骤(4)，具体步骤包括：

(2)实时获取磁悬浮按键被压下距离s’

所述微控制器程序初始化后，所述微控制器通过数字波形生成算法DDS生成信号波形并经过所述信号输出线路输出持续的信号波形，持续的信号波形传送至连接所述电极引线c的铁片，连接所述电极引线d的铁片将通过三导体电容器耦合得到的信号与所述分压电阻进行分压，并经过所述信号输入线路输入到所述微控制器，所述微控制器通过所述模数转换器ADC实时获得所述感应信号强度，并通过换算表格获取磁悬浮按键被压下距离s’，所述换算表格表示磁悬浮按键被压下距离与输入到所述微控制器的感应信号强度的对应关系表；其中，两片铁片与所述铜箔构成所述三导体电容器；

两片铁片与所述铜箔构成三导体电容器，磁悬浮按键被压下距离与所述三导体电容器的电容量呈对应关系，则磁悬浮按键被压下距离与输入到所述微控制器的感应信号强度呈一一对应关系，磁悬浮按键被压下距离与输入到所述微控制器的感应信号强度的对应关系由按键生产后测量得到并保存到换算表格中。

(3)实时控制磁悬浮按键弹力

所述微控制器获取磁悬浮按键被压下距离s’后，通过所述弹力曲线数组F[s]获得磁悬浮按键被压下距离s’时所述驱动电路应当输出到固定线圈的电流，所述驱动电路应当输出到固定线圈的电流通过所述驱动电路输出送到所述固定线圈中实时改变磁悬浮按键弹力；

(4)获取按键状态

所述微控制器通过实时获取磁悬浮按键被压下距离s’判断按键状态，所述微控制器将磁悬浮按键被压下距离s’与预先设定的阈值dth进行比较，如果s’>dth，则判断按键被按下，通知上层应用程序，根据按键功能执行相应操作，否则，判断按键未被按下，不通知上层应用程序。

此处设计的优势在于，所述微控制器将磁悬浮按键被压下距离s’与预先设定的阈值dth进行比较，判决按键是否被按下，克服了依靠机械触点容易产生接触不良的现象，并且预先设定的阈值dth可由用户根据使用情况及喜好更改，增加了使用灵活性，更能符合用户习惯。

根据本发明优选的，所述微控制器获取弹力曲线的离散值，具体是指所述微控制器通过下列方式之一获取弹力曲线的离散值：a、用户通过键盘直接输入弹力曲线的离散值；b、用户绘制曲线经过抽取获得弹力曲线的离散值；c、厂家预先存储弹力曲线的离散值。

本发明的有益效果为：

1、本发明所述铁片的设置一方面保证磁悬浮按键压下时固有的斥力不会过大，另一方面与铜箔构成三导体电容器，配合非接触信号测量以检测磁悬浮按键被压下距离；

2、本发明改变所述弹力曲线数组F[s]中的数据，进一步改变磁悬浮按键在被压下距离s时磁悬浮按键弹力，根据用户需求调整来产生不同手感；

3、本发明通过比较所述微控制器将磁悬浮按键被压下距离s’与预先设定的阈值dth，判决按键是否被按下，克服了依靠机械触点容易产生接触不良的现象。

附图说明

图1是本发明所述磁悬浮按键的纵向剖面结构图；

图2是本发明所述磁悬浮按键的横向剖面俯视图；

图3是本发明所述磁悬浮按键的控制电路结构图；

其中，1、键轴，2、键帽，3、悬浮强力磁铁，4、铜箔，5、固定外壳，6、固定线圈，7、铁片，8、固定强力磁铁，9、电极引线a，10、电极引线c，11、电极引线d，12、电极引线b，13、微控制器，14、驱动电路，15、驱动电路输出，16、信号输出线路，17、信号输入线路，18、分压电阻。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步限定，但不限于此。

实施例1

一种弹力曲线可变的磁悬浮键盘，包括底盘和设置在所述底盘上的磁悬浮按键，所述键盘根据实时获取磁悬浮按键被压下距离改变磁悬浮按键弹力。

根据本发明优选的，所述磁悬浮按键包括上方设有开口的固定外壳5和设置在所述开口处的活动结构，所述活动结构包括键帽2、键轴1、悬浮强力磁铁3、铜箔4，所述键帽2、所述键轴1、所述悬浮强力磁铁3依次连接，所述悬浮强力磁铁3下方设有铜箔4，所述键轴1穿过所述开口，所述键轴1下端进入所述固定外壳5内，所述键轴1上端位于所述固定外壳5外部，所述悬浮强力磁铁3受所述开口限制，使其不会从所述开口脱出；所述固定外壳5内部底面与所述悬浮强力磁铁3相对位置上设有固定强力磁铁8，所述固定强力磁铁8与所述悬浮强力磁铁3极性相同，所述固定外壳5内部底面还设有一个固定线圈6，固定线圈6上分别设有电极引线a9、电极引线b12，电极引线a9、电极引线b12穿过固定外壳5引到固定外壳5外部，所述固定强力磁铁8上设有两片铁片7，两片铁片7之间设有缝隙，两片铁片7分别设有电极引线c10、电极引线d11，电极引线c10、电极引线d11穿过固定外壳5引到固定外壳5外部；

所述磁悬浮按键的控制电路包括微控制器13、驱动电路14、驱动电路输出15、信号输出线路16、信号输入线路17及分压电阻18，所述微控制器13通过信号线连接所述驱动电路14，所述驱动电路14输出连接所述电极引线a9及所述电极引线b12，所述微控制器13通过所述信号输出线路16连接电极引线c10，所述微控制器13通过信号输入线路17连接所述电极引线d11，所述信号输入线路17连接所述分压电阻18的一端，所述分压电阻18的另一端接地，所述微控制器13包括模数转换器ADC。

两片铁片7之间设有缝隙，进行电信号隔离，使所述两片铁片7与所述铜箔4构成三导体电容器，用于检测磁悬浮按键按压距离。

此处设计的优势在于，磁悬浮按键未接通电源时，所述固定强力磁铁8与所述悬浮强力磁铁3极性相同，处于相斥状态，因此，所述活动结构处于自然悬浮状态；两片铁片7被所述固定强力磁铁8磁化，具有强磁力作用，此时，若用户按下磁悬浮按键，所述悬浮强力磁铁3下移接近两片铁片7，两片铁片7同时被所述悬浮强力磁铁3与所述固定强力磁铁8的合磁场磁化，由于磁化方向相反，两片铁片7显示出弱磁性，所述固定强力磁铁8与所述悬浮强力磁铁3的斥力作用减弱，使用户按下磁悬浮按键时产生的斥力不会过强。

实施例2

根据实施例1所述磁悬浮键盘，其区别在于，所述铁片7的形状为半圆形。

实施例3

根据实施例1所述磁悬浮键盘，其区别在于，所述微控制器13内置所述模数转换器ADC。

实施例4

根据实施例1所述磁悬浮键盘，其区别在于，所述微控制器13外置所述模数转换器ADC，所述模数转换器ADC连接所述信号输入线路17。

实施例5

根据实施例1-4任一所述磁悬浮键盘的工作方法，具体步骤包括：

A、所述微控制器13初始化，获取弹力曲线

所述磁悬浮按键的控制电路接通电源，所述微控制器13程序初始化，所述驱动电路14初始化，所述微控制器13获取弹力曲线的离散值并将其加载到弹力曲线数组F[s]中,获取弹力曲线，所述弹力曲线的离散值表示磁悬浮按键被压下距离s时所述驱动电路14应当输出到固定线圈6的电流；

所述固定线圈6产生磁场，与所述悬浮强力磁铁3发生相互作用，改变所述磁悬浮按键弹力，因此，磁悬浮按键被压下距离s时所述驱动电路14应当输出到固定线圈6的电流与磁悬浮按键在被压下距离s时磁悬浮按键弹力是一一对应的，改变所述弹力曲线数组F[s]中的数据，就改变了磁悬浮按键在被压下过程中体现的用户手感。

B、循环执行步骤(2)—步骤(4)，具体步骤包括：

(2)实时获取磁悬浮按键被压下距离s’

所述微控制器13程序初始化后，所述微控制器13通过数字波形生成算法DDS生成信号波形并经过所述信号输出线路16输出持续的信号波形，持续的信号波形传送至连接所述电极引线c10的铁片7，连接所述电极引线d11的铁片7将通过三导体电容器耦合得到的信号与所述分压电阻18进行分压，并经过所述信号输入线路17输入到所述微控制器13，所述微控制器13通过所述模数转换器ADC实时获得所述感应信号强度，并通过换算表格获取磁悬浮按键被压下距离s’，所述换算表格表示磁悬浮按键被压下距离与输入到所述微控制器13的感应信号强度的对应关系表；其中，两片铁片7与所述铜箔4构成所述三导体电容器；

两片铁片7与所述铜箔4构成三导体电容器，磁悬浮按键被压下距离与所述三导体电容器的电容量呈对应关系，则磁悬浮按键被压下距离与输入到所述微控制器13的感应信号强度呈一一对应关系，磁悬浮按键被压下距离与输入到所述微控制器13的感应信号强度的对应关系由按键生产后测量得到并保存到换算表格中。

(3)实时控制磁悬浮按键弹力

所述微控制器13获取磁悬浮按键被压下距离s’后，通过所述弹力曲线数组F[s]获得磁悬浮按键被压下距离s’时所述驱动电路14应当输出到固定线圈6的电流，所述驱动电路14应当输出到固定线圈6的电流通过所述驱动电路14输出送到所述固定线圈6中实时改变磁悬浮按键弹力；

(4)获取按键状态

所述微控制器13通过实时获取磁悬浮按键被压下距离s’判断按键状态，所述微控制器13将磁悬浮按键被压下距离s’与预先设定的阈值dth进行比较，如果s’>dth，则判断按键被按下，通知上层应用程序，根据按键功能执行相应操作，否则，判断按键未被按下，不通知上层应用程序。

此处设计的优势在于，所述微控制器13将磁悬浮按键被压下距离s’与预先设定的阈值dth进行比较，判决按键是否被按下，克服了依靠机械触点容易产生接触不良的现象，并且预先设定的阈值dth可由用户根据使用情况及喜好更改，增加了使用灵活性，更能符合用户习惯。

实施例6

根据实施例5所述磁悬浮键盘的工作方法，所述微控制器13获取弹力曲线的离散值，具体是指所述微控制器13通过下列方式之一获取弹力曲线的离散值：a、用户通过键盘直接输入弹力曲线的离散值；b、用户绘制曲线经过抽取获得弹力曲线的离散值；c、厂家预先存储弹力曲线的离散值。

Claims (6)

1.一种弹力曲线可变的磁悬浮键盘，包括底盘和设置在所述底盘上的磁悬浮按键，其特征在于，所述键盘根据实时获取磁悬浮按键被压下距离改变磁悬浮按键弹力；

所述磁悬浮按键包括上方设有开口的固定外壳和设置在所述开口处的活动结构，所述活动结构包括键帽、键轴、悬浮强力磁铁、铜箔，所述键帽、所述键轴、所述悬浮强力磁铁依次连接，所述悬浮强力磁铁下方设有铜箔，所述键轴穿过所述开口，所述键轴下端进入所述固定外壳内，所述键轴上端位于所述固定外壳外部，所述悬浮强力磁铁受所述开口限制，使其不会从所述开口脱出；所述固定外壳内部底面与所述悬浮强力磁铁相对位置上设有固定强力磁铁，所述固定强力磁铁与所述悬浮强力磁铁极性相同，所述固定外壳内部底面还设有一个固定线圈，固定线圈上分别设有电极引线a、电极引线b，电极引线a、电极引线b穿过固定外壳引到固定外壳外部，所述固定强力磁铁上设有两片铁片，两片铁片之间设有缝隙，一片铁片上设有电极引线c，另一片铁片上设有电极引线d，电极引线c、电极引线d穿过固定外壳引到固定外壳外部；

所述磁悬浮按键的控制电路包括微控制器、驱动电路、驱动电路输出、信号输出线路、信号输入线路及分压电阻，所述微控制器通过信号线连接所述驱动电路，所述驱动电路输出连接所述电极引线a及所述电极引线b，所述微控制器通过所述信号输出线路连接电极引线c，所述微控制器通过信号输入线路连接所述电极引线d，所述信号输入线路连接所述分压电阻的一端，所述分压电阻的另一端接地，所述微控制器包括模数转换器ADC。

2.根据权利要求1所述磁悬浮键盘，其特征在于，所述铁片的形状为半圆形。

3.根据权利要求1所述磁悬浮键盘，其特征在于，所述微控制器内置所述模数转换器ADC。

4.根据权利要求1所述磁悬浮键盘，其特征在于，所述微控制器外置所述模数转换器ADC，所述模数转换器ADC连接所述信号输入线路。

5.根据权利要求1-4任一所述磁悬浮键盘的工作方法，其特征在于，具体步骤包括：

A、所述微控制器初始化，获取弹力曲线

所述磁悬浮按键的控制电路接通电源，所述微控制器程序初始化，所述驱动电路初始化，所述微控制器获取弹力曲线的离散值并将其加载到弹力曲线数组F[s]中,获取弹力曲线，所述弹力曲线的离散值表示磁悬浮按键被压下距离s时所述驱动电路应当输出到固定线圈的电流；

B、循环执行步骤(1)—步骤(3)，具体步骤包括：

(1)实时获取磁悬浮按键被压下距离s’

所述微控制器程序初始化后，所述微控制器通过数字波形生成算法DDS生成信号波形并经过所述信号输出线路输出持续的信号波形，持续的信号波形传送至连接所述电极引线c的铁片，连接所述电极引线d的铁片将通过三导体电容器耦合得到的信号与所述分压电阻进行分压，并经过所述信号输入线路输入到所述微控制器，所述微控制器通过所述模数转换器ADC实时获得所述感应信号强度，并通过换算表格获取磁悬浮按键被压下距离s’，所述换算表格表示磁悬浮按键被压下距离与输入到所述微控制器的感应信号强度的对应关系表；其中，两片铁片与所述铜箔构成所述三导体电容器；

(2)实时控制磁悬浮按键弹力

所述微控制器获取磁悬浮按键被压下距离s’后，通过所述弹力曲线数组F[s]获得磁悬浮按键被压下距离s’时所述驱动电路应当输出到固定线圈的电流，所述驱动电路应当输出到固定线圈的电流通过所述驱动电路输出送到所述固定线圈中实时改变磁悬浮按键弹力；

(3)获取按键状态

所述微控制器通过实时获取磁悬浮按键被压下距离s’判断按键状态，所述微控制器将磁悬浮按键被压下距离s’与预先设定的阈值dth进行比较，如果s’>dth，则判断按键被按下，通知上层应用程序，根据按键功能执行相应操作，否则，判断按键未被按下，不通知上层应用程序。

6.根据权利要求5所述工作方法，其特征在于，所述微控制器获取弹力曲线的离散值，具体是指所述微控制器通过下列方式之一获取弹力曲线的离散值：a、用户通过键盘直接输入弹力曲线的离散值；b、用户绘制曲线经过抽取获得弹力曲线的离散值；c、厂家预先存储弹力曲线的离散值。