CN106817117A

CN106817117A - 一种用于键位隔空反应的方法、装置及键盘

Info

Publication number: CN106817117A
Application number: CN201710031167.8A
Authority: CN
Inventors: 郭利民
Original assignee: Shenzhen City V Maosi Technology Development Co Ltd
Current assignee: Shenzhen City V Maosi Technology Development Co Ltd
Priority date: 2017-01-17
Filing date: 2017-01-17
Publication date: 2017-06-09

Abstract

本发明提出了一种用于键位隔空反应的方法，包括：S1. 获取与键位对应设置的光敏元件组件的光环境变化信号，并通过A/D转换成数字量的隔空信号数据；S2.判断所述的隔空信号数据是否超过预设的临界值，若是，进入步骤S3，若否，进入步骤S4;S3. 反馈所述的键位具有隔空按键动作并作出响应；S4. 确认所述的键位不具有隔空按键动作。本发明还公开了用于键位隔空反应的装置以及键盘。实施本发明的用于键位隔空反应的方法，装置以及键盘能实现非接触的情况下实现触摸。

Description

一种用于键位隔空反应的方法、装置及键盘

技术领域

本发明涉及键位领域，特别涉及一种用于键位隔空反应的方法、装置及键盘。

背景技术

键（Key）就是一种开关，一般有两种状态，一种是它的常态，也就是本来状态，另一种是选择状态，就是在外界影响下离开常态后的一个不稳定的状态，当外界影响终止时，又回到常态。

键盘是键的集合，作为一种常用的输入设备，键盘的键种类不同而不同，目前的键盘有多种，例如目前广泛使用的机械式键盘、薄膜式键盘、电容式键盘等等，都是是通过检测装置检测键的状态是按压或者松开方式输入的，当用手指或者其它方式向下按压某个键时，采集该键状态的电路产生反映该键状态的信号，当松开时，该键复位，采集该键状态的电路将采集到该键复位的信息，使用该键盘的主机通过接收到采集键状态的电路所产生的信号确认是否该键盘中键是否被选择。无论哪种按键，其操作都需要与健体本身的接触。这限制了其某些场合的接触，例如：

医院、机场、车站等人流大、传染性强场合的仪器设备；

煤气灶、电磁炉等表面油污严重的家用电器；

高电压的危险设备。

还有众多应用场合，有强烈的卫生、健康、安全需求，传统按键都无法满足。

发明内容

为了解决以上的问题，本发明一种用于键位隔空反应的方法、装置及键盘，本发明按键可以在非接触情况下实现触摸。

本发明公开了一种用于键位隔空反应的方法，包括：

获取与键位对应设置的光敏元件组件的光环境变化信号，并通过A/D转换成数字量的隔空信号数据；

S2.判断所述的隔空信号数据是否超过预设的临界值，若是，进入步骤S3，若否，进入步骤S4;

S3. 反馈所述的键位具有隔空按键动作并作出响应；

S4. 确认所述的键位不具有隔空按键动作。

进一步地，包括：

步骤S1具体是：获取与每个键位对应设置的光敏元件组件的光环境变化信号，并通过A/D转换成数字量的隔空信号数据；

步骤S2具体包括以下步骤：

S21.判断是全部的键位还是部分的健位的每个隔空信号数据超过预设的临界值，若是全部的键位的每个隔空信号数据超过预设的临界值，则进入步骤S4, 若是部分的健位的每个隔空信号数据超过预设的临界值，则进入步骤S22;

S22.将所述的部分的健位的每个隔空信号数据相互比较，选择变化最大的数值的键位，进入步骤S3。

进一步地，所述的步骤S1前还包括以下的步骤：

A1.获取外部环境的光照度参数；

A2.判断所述的光照度参数是否低于预设的光照度参数临界值，若是，进入步骤A3，若否，进入步骤S1；

A3.启动照明装置后进入步骤S1。

进一步地，所述的步骤S1，具体是：

S1.获取与键位对应设置的光敏元件组件的光环境变化信号，所述的光环境变化信号引起了电信号的变化，所述的是电信号经过放大及除噪处理后，从模拟量的电信号转化为数字量的隔空信号数据。

本发明公开了一种用于键位隔空反应的装置，包括：

光环境变化信号获取单元，获取与键位对应设置的光敏元件组件的光环境变化信号，并通过A/D转换成数字量的隔空信号数据；

电压临界值判断单元，判断所述的隔空信号数据是否超过预设的临界值，若是，进入按键动作响应单元,若否，进入确认单元;

按键动作响应单元，用于反馈所述的键位具有隔空按键动作并作出响应；

确认单元，用于确认所述的键位不具有隔空按键动作。

进一步地，包括：

光环境变化信号获取单元具体用于：获取与每个键位对应设置的光敏元件组件的光环境变化信号，并通过A/D转换成数字量的隔空信号数据；

电压临界值判断单元具体包括以下单元：

键位判断单元，用于判断是全部的键位还是部分的健位的每个隔空信号数据超过预设的临界值，若是全部的键位的每个隔空信号数据超过预设的临界值，则进入所述的确认单元, 若是部分的健位的每个隔空信号数据超过预设的临界值，则进入比较单元;

比较单元，用于将所述的部分的健位的每个隔空信号数据相互比较，选择变化最大的数值的键位，进入所述的按键动作响应单元。

进一步地，所述的光环境变化信号获取单元前还包括以下的步骤：

光照度参数获取单元，用于获取外部环境的光照度参数；

光照度参数临界值判断单元，用于判断所述的光照度参数是否低于预设的光照度参数临界值，若是，进入启动单元，若否，进入所述的光环境变化信号获取单元；

启动单元，用于启动照明装置后进入所述的光环境变化信号获取单元。

进一步地，所述的光环境变化信号获取单元具体用于：获取与键位对应设置的光敏元件组件的光环境变化信号，所述的光环境变化信号引起了电信号的变化，所述的是电信号经过放大及除噪处理后，从模拟量的电信号转化为数字量的隔空信号数据。

本发明公开了一种用于键位隔空反应的键盘，包括多个键位及与所述的多个键位一一对应设置的光敏元件组件，与所述的多个键位及光敏元件组件均相连接的控制器，所述的控制器具有上述的装置。

进一步地，所述的光敏元件组件包括光敏二极管及与所述的光敏二极管相连的分压电阻。

实施本发明的一种用于键位隔空反应的方法、装置及系统，具有以下有益的技术效果：

区别于现有技术中薄膜按键、机械按键、电容按键需要直接接触键位，本发明的技术方案的键体采用的是光敏元件，当手指或者其他物体隔空接触在按键位置时，将遮挡住此处的外部光线，利用光敏元件，对外部光环境的变化进行检测，进而判断该位置是否有按键触摸的动作，实现“隔空”接触键位，人手无需接触面板，卫生、健康、操作灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的第一实施例用于键位隔空反应的方法流程图；

图1a为本发明的信号采集电路模块的第一实施例模块图；

图1b为本发明的信号采集电路模块的第二实施例模块图；

图2为本发明的第二实施例用于键位隔空反应的方法流程图；

图3为本发明的第三实施例用于键位隔空反应的方法流程图；

图4是本发明的第一实施例用于键位隔空反应的装置方框图；

图5是本发明的第二实施例用于键位隔空反应的装置方框图；

图6是本发明的第三实施例用于键位隔空反应的装置方框图；

图7是本发明的实施例用于键位隔空反应的键盘模块图；

图8是本发明键位隔空的原理图；

图9是本发明的实施例用于键位隔空反应的键盘结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明的方法的第一实施例，一种用于键位隔空反应的方法，包括：

S1. 获取与键位对应设置的光敏元件组件的光环境变化信号，并通过A/D转换成数字量的隔空信号数据；

键位用于在外界影响下产生选择信号和撤除外界影响后自动恢复常态信号；光敏元件，随外界光辐射的变化其内部电阻/电流发生明显改变；光环境变化信号是通过电压检测装置并输入至信号采集电路模块采集到的。所述的光环境变化信号经过放大及除噪处理后，从模拟量的光环境变化信号转化为数字量的光环境变化信号。

如图1a所示，信号采集电路模块集成于CPU中，主要包括：信号调节装置（OP），用于对电压信号进行放大、缩小、滤波等操作；模数转换装置（ADC），用于完成电压信号模拟到数字的转换；模拟开关装置（SW），在对多路模拟信号进行监控时，用于将这些模拟信号轮流切换到同一个模数转换装置输入；光敏元件为光敏二极管1，所述的信号采集电路包括与所述的光敏二极管1串联的分压电阻2，所述的光敏二极管1与分压电阻2之间还设有反映光敏二极管1电阻变化的信号采集点3；信号采集点3与将信号采集点3的电压数字化的模数转换装置（ADC）连接；在信号采集点3连接到模数转换装置（ADC）之前还连接将信号采集点3电压放大的信号调节装置（OP）；在信号采集点3连接到信号调节装置（OP）之前还连接有模拟开关装置（SW）。信号采集电路装置中正电压从光敏二极管1的阴极到阳极经分压电阻2接地。

或如图1b所示，所述信号采集电路装置中正电压从通过分压电阻2接入到光敏二极管1的阴极，光敏二极管1的阳极接地。

S2.判断隔空信号数据是否超过预设的临界值，若是，进入步骤S3，若否，进入步骤S4;

信号处理装置判断光敏元件电压是否改变，是，则执行下一步的判断，否则判断为无按键触摸动作；

下一步的判断可以是：信号处理装置判断电压变化程度是否达到标准，是，则执行步骤S3，否则判断为无按键触摸动作；

S3. 反馈键位具有隔空按键动作并作出响应；

S4. 确认键位不具有隔空按键动作。

隔空按键的原理在于：一种采用光敏元件的键及使用该键的键盘，键体采用的是一个光敏元件，当手指或者其他物体“隔空”接触在按键位置时，将遮挡住此处的外部光线，或者发出红外光，也就是此处的光环境发生了变化。利用光敏元件，对外部光环境的变化进行检测，进而判断该位置是否有按键触摸的动作。

键所处光环境的变化，会引起光敏元件电阻或者电流的变化，利用一种信号采集电路，采集光敏器件的变化情况，进而判断此处是否有按键触摸动作。

本发明的有益效果是：

使用的是普通、低成本的光敏器件作为光传感器，产品价格低廉，适合市场普遍推广。硬件设计和生产工艺简单，简单几个电子元器件即可，无需额外的光发射装置。相对于薄膜按键、机械按键、电容按键灯，本专利可以在表面有水的环境中使用，克服了油污对按键的腐蚀以致损坏防水、防油污、寿命长。

请参阅图2，本发明的方法的第二实施例，一种用于键位隔空反应的方法，包括：部分步骤与方法的第一实施例相同，不同之处在于：

步骤S2具体包括以下步骤：

S21. 判断是全部的键位还是部分的健位的每个隔空信号数据超过预设的临界值，若是全部的键位的每个隔空信号数据超过预设的临界值，则进入步骤S4, 若是部分的健位的每个隔空信号数据没有超过预设的临界值，则进入步骤S4, 若是部分的健位的每个光环境变化信号超过预设的临界值，则进入步骤S22;

实现方式可为：信号处理装置判断是否为多个光敏元件电压发生变化，是，则执行下面的第一步，否则判断为此按键处有触摸动作；

第一步，信号处理装置判断是否为全部光敏元件电压发生变化，是，则判断为无按键触摸动作，否则，执行下面的第二步；

第二步，比较装置将多个光敏元件的变化电压做个比较，选出变化最大的，信号处理装置判断为此按键处有触摸动作。

请参阅图3，本发明的方法的第三实施例，一种用于键位隔空反应的方法，包括：部分步骤与方法的第一实施例相同，不同之处在于：

所述的步骤S1前还包括以下的步骤：

A1.获取外部环境的光照度参数；

A3.启动照明装置后进入步骤S1。

实施例三的技术方案是为了解决当光照度参数不达标时，比如：外部环境为黑暗环境时，光敏元件不能正常工作的技术问题，则需要启动照明装置。

下面介绍实现以上的各方法的装置，装置没有记载的技术内容，请参阅以上的方法中的记载。

请参阅图4，一种用于键位隔空反应的装置1，包括：

光环境变化信号获取单元10，用于获取与键位对应设置的光敏元件组件的光环境变化信号，并通过A/D转换成数字量的隔空信号数据；

电压临界值判断单元20，用于判断所述的隔空信号数据是否超过预设的临界值，若是，进入按键动作响应单元30，若否，进入确认单元40;

按键动作响应单元30，用于反馈所述的键位具有隔空按键动作并作出响应；

确认单元40，用于确认所述的键位不具有隔空按键动作。

请参阅图5，一种用于键位隔空反应的装置1，部分单元与图4中相同，不同之处在于，包括：

光环境变化信号获取单元10具体用于：获取与每个键位对应设置的每个光敏元件组件的每个光环境变化信号，并通过A/D转换成数字量的隔空信号数据；

电压临界值判断单元20具体包括以下单元：

键位判断单元201，用于判断是全部的键位还是部分的健位的每个隔空信号数据超过预设的临界值，若是全部的键位的每个隔空信号数据超过预设的临界值，则进入所述的确认单元40, 若是部分的健位的每个隔空信号数据超过预设的临界值，则进入比较单元202;

比较单元202，用于将所述的部分的健位的每个隔空信号数据信号相互比较，选择变化最大的数值的键位，进入所述的按键动作响应单元30。

请参阅图6，一种用于键位隔空反应的装置1，部分单元与图4或图5中相同，不同之处在于，包括：

光环境变化信号获取单元10前还包括以下的步骤：

光照度参数获取单元5，用于获取外部环境的光照度参数；

光照度参数临界值判断单元6，用于判断所述的光照度参数是否低于预设的光照度参数临界值，若是，进入启动单元7，若否，进入光环境变化信号获取单元10；

启动单元7，用于启动照明装置后进入光环境变化信号获取单元10。

其中，以上光环境变化信号获取单元10具体用于：获取与键位对应设置的光敏元件组件的光环境变化信号；所述的光环境变化信号经过放大及除噪处理后，从模拟量的光环境变化信号转化为数字量的隔空信号数据。

请参阅图7、一种用于键位隔空反应的键盘100，包括多个键位200及与所述的多个键位200一一对应设置的光敏元件组件300，与多个键位200及光敏元件组件300均相连接的控制器400，控制器400具有上述的装置1。

光敏元件组件300包括光敏二极管及与所述的光敏二极管相连的分压电阻。

下面进行更进一步的说明：

目前键一般包括有键体，该键体本身有两种不同的状态，一种常态，如机械式按键的常态是没有任何外力加到它上面的状态，表示没有被选择，另外一种就是选择状态，此时通过手指或者其它方式按压该键，使它接触到下面的开关，使开关两端连接，信号采集电路采集到这个状态输出一个该键处于选择的状态信号，当松开该键时，该键在自身的弹簧或者其它复位装置的作用下脱离下面的开关，断开开关两端的连接，信号采集电路采集到这个状态，向主机发出该键没有被选择的信号，实现对键本身的功能。

信号处理装置，用于处理数字信号，根据数字信号来判断该健体是否有按键触摸动作。

键盘电路还设有对键进行照明的发光二极管作为照明装置。

如图8所示，隔空反应的原理在于，外部电压经过分压电阻R1进入光发射管D1A，光发射管D1A发出光线，遇到遮挡物后反射，反射到光接收管D2B。

光接收管D2B与分压电阻R2之间的共同接点为B点，控制器电路板30上的处理单元MCU 采集光接收管处 B 点的电压。当有遮挡物出现时，遮挡物距离光发射管D1A/光接收管D2B越近，B点电压变化越剧烈；反之，B点电压变化越微弱。具体是变高还是变低，是由外部自然环境光和健位本身发射的光线综合决定。根据 B 点电压的变化，判定遮挡物距离的远近，进而实现隔空触摸。

本发明中对光敏器件1和分压电阻2施加电压VCC。当外部光环境不变时，流过光敏器件1的电流也不会改变，光敏信号采集点B的电压也不会改变。当外部光环境发生变化时，流过光敏器件1的电流会随之发生变化，进而信号采集点B的电压也会发生变化。信号采集和处理电路4对信号采集点B的电压进行采集并处理，根据这点电压的变化情况，判断出光敏元件1处是否有外部物体的触摸动作。

图8中的光敏器件所示为光敏二极管，但根据光敏器件的特性，有光与无光时电阻不同，其它的光敏元件如光敏电阻、光敏三极管等都可以取代光敏二极管，信号采集和处理电路可以是比较器电路、信号放大电路、ADC采集电路或CPU电路。

针对一些灵敏度比较强的光敏器件，无需信号放大，可以直接送入模数转换器ADC进行数据采集和处理。

当光环境发生变化时，例如光照度增强引起光敏二极管1电流增大，光敏二极管1与分压电阻2之间的信号采集点B电压降低，反之光照度减弱则引起D1光敏二极管1电流减小，导致光敏二极管1与分压电阻2之间的信号采集点B电压升高。

外部光环境缓慢变化时，光敏二极管1与分压电阻2之间的信号采集点B的变化也是缓慢的变化。对于这种缓慢的变化，CPU判断为无按键动作。

外部光环境急剧变化时，例如房间的开/关灯动作，虽然此时是光环境急剧变化，但是这种变化同时作用在所有的按键上，此时，CPU也判断为无按键动作。当手指按在某一个光敏按键上时，则只有这个按键处的光环境发生变化，其他按键处的光环境不变。此时，则判断此按键处有触摸动作。当同时遮挡多个光敏按键时，CPU选出其中变化最剧烈的判断为此按键处有触碰动作。

图1a中，光敏二极管1检测键状态的信号采集电路为一个连接在光敏二极管1阳极与地之间的分压电阻2，光敏二极管的阴极接高电压，此时，如果没有外界因素遮蔽照射到光敏二极管1上的光线，则光敏二极管1的阻值不变，流经光敏二极管1与分压电阻2中的电流将不变，则光敏二极管1与分压电阻2之间的信号采集点3输出的电压也将不变，此时表示键处于常态。

如果有手指或者其它东西遮蔽照射到光敏二极管1上的光线，则流经光敏二极管1与分压电阻2中的电流将发生改变，则光敏二极管1与分压电阻2之间的信号采集点3输出的电压也将发生改变，表示键处于选择状态。当遮蔽光敏二极管1上光线的物体移走后，光敏二极管1与分压电阻2之间的信号采集点3输出的电压也将恢复到遮挡前的状态，恢复常态。

图1b在图1a的基础上，把光敏器件D1和电阻R1调换了一下位置，这种情况下，只是使信号变化的极性发生了变化，CPU判断是否有按键触摸动作，也只要把信号原来的“上升/下降”改为“下降/上升”即可。

为了增加灵敏度在ADC之前对将光敏二极管1与分压电阻2之间的信号采集点3的电压进行放大，增加了一个放大器，图中所示为运算放大器OP，可以理解的是，该放大器也可以是三极管或MOS管。

如图9所示，一种实现隔空反应的键盘，包括多个键位，键位为上述的键位200。

更佳地，光敏元件组件300包括有由光敏器件D1、D2…Dn加上外围电路组成的键体，在每个键上还设置有一个发光二极管L1、L2.....Ln对键上方进行照射，R1、R2.....Rn及RL1、RL2.....RLn为分压电阻，S1、S2.....Sn为电压信号采集点。

这里加入发光二极管L1、L2.....Ln的作用：为其对应的光敏器件提供光源，判断光敏电阻处是否有光的反射，进而判断是否有触摸动作。

多个光敏元件组件组成一个键盘，按键识别电路通过模拟开关轮流检测多个光敏元件组件的状态。

本发明使用的是普通、低成本的光敏器件作为光传感器，产品价格低廉，适合市场普遍推广，硬件设计和生产工艺简单，简单几个电子元器件即可，相对于薄膜按键、机械按键、电容按键等，可以在表面有水的环境中使用，克服了油污对按键的腐蚀以致损坏防水、防油污、寿命长，本方案借助的是外部的自然光、灯光或者内部的LED光，是100nm～2400nm之内所有的光谱，而非仅仅红外光，且无须特别的光发射装置。

本发明提供一种采用光敏元件的键及使用该键的键盘，该键包括在外界影响下产生选择信号和撤除外界影响后自动恢复常态信号的键体，以及检测选择信号和常态信号的信号采集电路。所述的键体为光敏元件，所述的信号采集电路为检测所述的光敏元件电阻/电流变化的电路。本发明的有益效果是：使用的是普通、低成本的光敏器件作为光传感器，产品价格低廉，适合市场普遍推广。本发明的硬件设计和生产工艺简单，简单几个电子元器件即可，无需额外的光发射装置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于键位隔空反应的方法，其特征在于，包括：

S1.获取与键位对应设置的光敏元件组件的光环境变化信号，并通过A/D转换成数字量的隔空信号数据；

S3. 反馈所述的键位具有隔空按键动作并作出响应；

S4. 确认所述的键位不具有隔空按键动作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：

步骤S2具体包括以下步骤：

S21.判断是全部的键位还是部分健位的每个隔空信号数据超过预设的临界值，若是全部的键位的每个隔空信号数据超过预设的临界值，则进入步骤S4, 若是部分的健位的每个隔空信号数据超过预设的临界值，则进入步骤S22;

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的步骤S1前还包括以下的步骤：

A1.获取外部环境的光照度参数；

A3.启动照明装置后进入步骤S1。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的步骤S1，具体是：

5.一种用于键位隔空反应的装置，其特征在于，包括：

确认单元，用于确认所述的键位不具有隔空按键动作。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，包括：

电压临界值判断单元具体包括以下单元：

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述的光环境变化信号获取单元前还包括以下的步骤：

光照度参数获取单元，用于获取外部环境的光照度参数；

8.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述的光环境变化信号获取单元具体用于：获取与键位对应设置的光敏元件组件的光环境变化信号，所述的光环境变化信号引起了电信号的变化，所述的是电信号经过放大及除噪处理后，从模拟量的电信号转化为数字量的隔空信号数据。

9.一种用于键位隔空反应的键盘，包括多个键位及与所述的多个键位一一对应设置的光敏元件组件，与所述的多个键位及光敏元件组件均相连接的控制器，其特征在于，所述的控制器具有权利要求5至8任一项所述的装置。

10.根据权利要求9所述的键盘，其特征在于，所述的光敏元件组件包括光敏二极管及与所述的光敏二极管相连的分压电阻。