CN107547078A

CN107547078A - 一种智能反馈开关

Info

Publication number: CN107547078A
Application number: CN201610525527.5A
Authority: CN
Inventors: 杨杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-06-25
Filing date: 2016-06-25
Publication date: 2018-01-05

Abstract

本发明涉及一种智能反馈按键开关，包括：贴合在基座上端的压电晶体，覆盖在压电晶体上的柔性材料，安装在基座下端的芯片，固定电路板的盖板，以及提供电源的电源模块，其中芯片包含检测模块，控制模块、驱动模块。该智能反馈按键开关通过物质沿其一定方向对压电晶体施加压力产生电荷，然后通过检测模块进行检测放大，再由可编程的控制模块将检测放大处理后的电荷信号进行分析处理，智能判断指令，对压电晶体反向施加电场，产生机械振动达到反馈，同时控制模块分析确定的指令通过驱动执行指令。该智能反馈按键开关利用压电效应原理，其结构简单，元器件少，成本低，可靠性强，反馈灵敏度可调节，通过压电效应原理可靠的实现智能反馈控制的目的。

Description

一种智能反馈开关

技术领域

本发明涉及一种智能反馈开关，特别是涉及各类按键开关、键盘等按键技术。

背景技术

目前，比较常见的按键开关包括机械式、电容式、电感式按键开关，机械式开关虽然工艺简单、维修方便、但手感一般、噪声大、易磨损、间隙大，大部分廉价的机械按键采用铜片弹簧作为弹性材料，铜片易折易失去弹性。电容式开关的原理是通过按键改变电极间的距离产生电容量的变化，暂时形成震荡脉冲允许通过的条件。理论上这种开关是无触点非接触式的，磨损率极小甚至可以忽略不计，也没有接触不良的隐患，具有噪音小，容易控制手感，可以制造出高质量的键盘，但工艺比机械结构复杂。完全密封采用轻触薄膜按键，只适用于特殊场合。电感式开关只能检测金属，它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场的接近开关时，使物体内部产生涡流，这个涡流反作用到开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。这种开关所能检测的物体必须是导电体，具有局限性。

以上三种方式各有优缺点，但是它们共同的缺点是反馈灵敏性差、功能单一。

发明内容

本发明提供一种智能反馈开关，解决现有技术开关不能及时反馈、功能单一的问题，它是一种利用压电效应中的正、逆压电原理将产生的振动变成电流信号，通过电气装置分析处理，并对压电晶体反向施加电场，产生振动反馈，同时执行指令的开关，此开关可以通过振动频率的大小、振动幅值的大小、和/或按压时间的长短对开关进行智能设置，使单个开关具备多种功能，其结构简单、可靠性高、可用于各种日常智能按键设备中。

本发明的一种智能反馈开关可以通过压电晶体的受力，产生电位差，经过电气装置的分析处理，有效地控制开关的命令，同时给压电晶体反向施加电场，产生机械振动，及时通过振动反馈给用户指令已接受，并执行指令。

本发明也可以通过压电晶体把声音的振动转变为电流的变化。声波一碰到压电晶体，就会使薄片两端电极上产生电荷，其大小、幅值、频率随着声音的变化而变化，再通过可编程电气装置有效地控制，来智能地判断需要的指令，最后利用压电陶瓷的逆压电效应使压电陶瓷受到电场的作用产生振动的声波，反馈给用户指令收到，同时执行指令。

以上智能开关可以通过振动幅值的大小、振动频率的大小和/或按压时间的长短，对开关按压时的手势、力度、习惯进行采集，通过智能自主学习软件来判断操作者的习惯和爱好，进而进入大数据分析系统，可以进行身份的识别、行为预测或智能预判功能，也可以对单个开关附加多个功能，例如：手机持续按一秒为解锁功能，一个开关通过不同的振动幅值、频率、按压设置不同的指令。

普通的按键开关由于结构或成本的限制，应用领域有所受限，而此智能反馈开关通过压电晶体的正、逆压电效应和电路的控制，使得造价成本降低，可靠性高，通过材质的选择，此智能反馈开关可制作成薄厚若一张纸的开关，方便携带，也可将其设计为穿戴键盘。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种智能反馈开关，包括基座，压电晶体，柔性材料，芯片，电源模块，盖板，其中压电晶体贴合在基座上端，柔性材料覆盖在压电晶体上以传递压力使得压电晶体产生电荷，芯片及提供电源的电源模块安装在基座下端，为压电晶体提供电场，产生振动反馈，盖板固定芯片和电源模块，其中芯片包含检测模块，控制模块、驱动模块。

优选地，基座用来放置压电晶体、芯片、和电源模块，其材料是塑制品或者已做好绝缘处理的钢制品；极化后的压电晶体在受到某些物质沿其一定方向施加压力或外界声波的情况下产生电荷，压力和声波的大小影响产生的电荷的大小；检测模块在压电晶体受到施加压力或外界声波情况下，对产生的电荷进行检测放大；可编程的控制模块将检测放大处理后的电荷信号进行分析处理，对压电晶体施加电场，产生机械振动或声波反馈用户指令已处理，同时智能地判断信号指令；驱动模块驱动执行控制模块分析确定的信号指令。

优选地，压电陶瓷材料可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应是完成智能反馈的关键所在。

优选地，压电晶体包括单个压电晶体，智能反馈开关构成单个智能反馈开关执行结构。

优选地，压电晶体包括多个压电晶体，智能反馈开关构成多个智能反馈开关执行结构。

优选地，压电晶体是具备压电正、逆电原理的材料，例如石英晶体或压电陶瓷。

优选地，检测模块、驱动模块、控制模块为分立模块，或者一起集成到芯片上。

优选地，柔性材料的接缝处用高强度防水剂密封，保证整个智能反馈开关内部防水。

优选地，柔性材料与下端压电晶体的形状制作为矩形、菱形、圆形、椭圆形或多边形。

优选地，柔性材料可以弯曲、折叠也可以平摊开。

本发明还包括一种智能反馈开关阵列，由多个上述智能反馈开关并列构成。

压电晶体经成型极化后通过按压产生振动或外界波振动，通过检测电路检测到信号，经过可编程的控制模块对压电晶体施加电场达到信息反馈，同时将指令发送给驱动模块执行指令。利用结构设计、安装调试，确保将，可以通过压力或声音大小、振动频率的快慢、和/或按压时长控制按键功能，也可以通过以上动作，智能判断、识别操作者的习惯，进行预判断，达到人性化控制。此开关可以单独使用在如手机按键、照明开关上，也可以组合使用在各类键盘、门禁上。

与机械式、电容式、电感式按键开关相比较，本发明的有益效果包括：1)，结构简单，元器件少，成本低；2)可靠性强，反馈灵敏度可调节，轻盈便携可穿戴；3)，不受磁场干扰。

附图说明

图1是根据本发明的智能反馈开关所用的压电晶体的正压电效应原理图；

图2是根据本发明的智能反馈开关所用的压电晶体的逆压电效应原理图；

图3是根据本发明的智能反馈开关第一实施例的结构侧视图；

图4是根据本发明的智能反馈开关第一实施例的电气控制的原理图；

图5是根据本发明的智能反馈开关第二实施例的结构侧视图；

图6是根据本发明的智能反馈开关第二实施例的电气控制第一方式的原理图；

图7是根据本发明的智能反馈开关第二实施例的电气控制第二方式的原理图；

图8是根据本发明的智能反馈开关第二实施例的电气控制第三方式的原理图。

附图标记：

第一实施例：1基座、2压电晶体、3柔性材料、4芯片、5盖板、6电源；

第二实施例：7基座、8压电晶体、9柔性材料、10芯片、11盖板、12电源；

具体实施方式

本发明所用压电晶体，面积可以小到只有数平方毫米，厚度也可以小到只有零点几毫米。

本发明所用的压电晶片既可以是压力产生电信号，也可以是声音的振动转变为电流的变化。声波一碰到压电薄片，就会使薄片两端电极上产生电荷，其长短、幅值、频率随着声音的变化而变化。这种压电晶片上电荷的变化，再通过电气装置控制，反向对压电晶体施加电场，产生声波振动，达到反馈用户，同时执行分析的指令，也能产生声控智能反馈开关。

本发明中描述的智能反馈开关，使用于诸如家庭照明开关、电脑键盘、隔离仪器设备按键开关、汽车操作盘、野战军装备键盘、智能手机、电视、机顶盒、平板电脑、鼠标、数码相机、冰箱、遥控器等。

此外，在各种实施方式中，表面柔性材料可包括阻挡光通过的不透明部分和允许光通过的半透明或透明部分。

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1所示为本发明的智能反馈开关所用压电晶体的正压电原理图，压电晶体通过外界压力振动或声音振动产生电荷。

图2所示为本发明的智能反馈开关所用压电晶体的逆压电原理图，压电晶体通过外加电场产生内应力的伸缩或声音大小的振动。

图3所示为本发明的智能反馈开关第一实施例的结构侧视图，此结构包括基座1，柔性材料3，压电晶体2，盖板5，包括检测模块、控制模块、驱动模块的芯片4、以及电源6。

图4所示为本发明的智能反馈开关第一实施例的电气控制的原理图，极化的压电晶体2经过外界压力或声波产生一个微弱信号，经过检测模块检测放大，传送给控制模块，控制模块中设置了可编程的电路，对其信号分析，分析后的结果传送给驱动模块，同时对压电晶体施加电场，最终达到反馈信息、执行命令的目的。

图5所示为本发明的智能反馈开关第二实施例的结构侧视图，此结构包括基座7，柔性材料9，N块压电晶体8，盖板11，包括检测模块、控制模块、驱动模块的芯片10、以及电源12。

图6所示为本发明的智能反馈开关第二实施例的电气控制第一方式的原理图，极化后的N块压电晶体8经过外界压力或声音振动产生一个微弱信号，经过检测模块检测放大，传送给控制模块，控制模块中设置了可编程的电路，对其信号分析，分析后的结果传送给驱动模块，同时对压电晶体施加电场，最终达到反馈信息、执行命令的目的。此原理图中检测模块、控制模块、驱动模块为分立模块。

图7所示为本发明的智能反馈开关第二实施例的电气控制第二方式的原理图，极化后的N块压电晶体8经过外界压力或声音振动产生一个微弱信号，经过芯片中的检测放大，信号分析，分析后的结果传送给驱动模块，同时对压电晶体施加电场，最终达到反馈信息、执行命令的目的。此原理图中检测模块、控制模块、驱动模块为一起集成到芯片10上。

图8所示为本发明的智能反馈开关第二实施例的电气控制第三方式的原理图，其将图5或图6的电气控制扩展为Z₁、Z₂......Z_N个智能反馈开关界面，对应于N₁、N₂......N_i个芯片10，最终达到控制多个智能反馈开关的目的。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改变，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种智能反馈开关，包括基座，压电晶体，柔性材料，芯片，电源模块，盖板，其中所述压电晶体贴合在基座上端，所述柔性材料覆盖在所述压电晶体上以传递压力使得所述压电晶体产生电荷，所述芯片及提供电源的电源模块安装在基座下端，为压电晶体施加电场，产生振动，所述盖板固定所述芯片和电源模块，其中所述芯片包含检测模块，控制模块、驱动模块。

2.根据权利要求1所述的智能反馈开关，其中

所述基座用来放置压电晶体、芯片、和电源模块，其材料是塑制品或者已做好绝缘处理的钢制品；极化后的所述压电晶体在受到某些物质沿其一定方向施加压力或外界声波的情况下产生电荷，压力和声波的大小影响产生的电荷的大小；所述检测模块在所述压电晶体受到施加压力或外界声波情况下，对产生的电荷进行检测放大；可编程的所述控制模块将检测放大处理后的电荷信号进行分析处理，智能地判断信号动作，同时对压电晶体施加电场，产生振动或声波反馈信息；所述驱动模块执行处理所述控制模块分析确定的指令。

3.根据权利要求1所述的智能反馈开关，其中

所述压电陶瓷材料因机械变形产生电场或者因电场作用产生机械变形，这种固有的机电耦合效应是完成智能反馈的关键所在。

4.根据权利要求1所述的智能反馈开关，其中

所述压电晶体包括单个压电晶体，所述智能反馈开关构成单个智能反馈开关执行结构。

5.根据权利要求1所述的智能反馈开关，其中

所述压电晶体包括多个压电晶体，所述智能反馈开关构成多个智能反馈开关执行结构。

6.根据权利要求1所述的智能反馈开关，其中

所述压电晶体是具备正、逆压电效应的材料。

7.根据权利要求5所述的智能反馈开关，其中

所述压电晶体是石英晶体或压电陶瓷。

8.根据权利要求1所述的智能反馈开关，其中

所述检测模块、驱动模块、控制模块为分立模块。

9.根据权利要求1所述的智能反馈开关，其中

所述检测模块、驱动模块、控制模块一起集成到所述芯片上。

10.根据权利要求1所述的智能反馈开关，其中

所述柔性材料的接缝处用高强度防水剂密封，保证整个所述智能反馈开关内部防水。

11.根据权利要求1所述的智能反馈开关，其中

所述柔性材料与下端压电晶体的形状制作为矩形、菱形、圆形、椭圆形或多边形。

12.根据权利要求1-11任意一项所述的智能反馈开关，其中

可以通过振动幅值的大小、频率的大小、和/或按压时间的长短来智能判断并执行所述指令。

13.根据权利要求1-11任意一项所述的智能反馈开关，其中

可以通过振动幅值的大小、振动频率的大小和/或按压时间的长短，对开关按压时的手势、力度、习惯进行采集，通过智能自主学习软件来判断操作者的习惯和爱好，进而进入大数据分析系统，以便进行身份识别、行为预测或智能预判功能。

14.根据权利要求1-11任意一项所述的智能反馈开关，其中

可以对单个开关附加多个功能，包括开关持续按一秒为解锁功能，一个开关通过不同的振动幅值、频率、按压设置不同的指令。

15.一种智能反馈开关阵列，由多个如权利要求5所述的智能反馈开关构成。