CN108132703A - 一种多功能按键电路及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能按键电路及其实现方法，电路包括：按键、施密特触发器、两个D触发器、单片机。方法包括：S1上电开机；S2使能电子开关；S3锁定电子开关；S4监控所述按键的动作；S5使电子开关失能。本发明的优点为通过在按键电路内引入单片机和电子开关，用单片机对按键功能进行编程、控制电子开关的使能端，使得单个按键可以扩展更多的功能和用来完全切断大功率元件的电源。可以通过软件控制关机。电路结构简单容易实现。

Description

一种多功能按键电路及其实现方法

技术领域

本发明涉及电路控制领域，具体涉及一种多功能按键电路及其实现方法，可用于定位装置的控制。

背景技术

目前，市场上的定位产品数不胜数，且随着模、数电子技术的飞速发展，两种技术的结合弥补了这类产品功能上的缺失，人们对定位装置的功能的要求也越来越多。然而市场上的定位器一般都带有一个或者多个功能按键，且这些按键主要有两种分类，一种是轻触开关，另一种是拨动开关。这两种开关各有优缺点。轻触开关的优点是，点击后可以弹起，而且无需直接接触，缺点是导通状态不是稳态。拨动开关的优点是，导通和断开都是稳态，但是需要直接接触，而且在有其他材料隔离的情况下不易操作。

概括来说，现有定位装置存在着如下技术问题：1)要么是通过单个功能按键实现单个功能，要么是多个功能需要多个功能按键单独控制，也就是说，存在着单个按键的功能单一，不具备可编程功能的问题；2)大功耗元件(GPRS模块、GPS模块)的电源无法通过点触按键彻底关闭。

因此一种更加可靠并且能通过单独按键控制多种功能的按键电路正在被市场所需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明针对上述技术问题1)，根据电路结构，在定位装置所有元件正常工作后，单片机执行程序将电子开关锁定，此时除关机动作外，按键状态发生变化对后端电路的供电情况没有任何影响，但是单片机仍可以检测按键的动作，通过对按键动作进行判断，执行相应的操作。

针对上述技术问题2)，根据电路结构，定位装置中所有器件正常工作后，单片机通过执行程序将电子开关的使能引脚置为低电平，使得电子开关失能，以此实现完全切断大功率元件的电源。

本发明是通过以下技术方案来实现的。通过在按键电路内引入单片机和电子开关，用单片机对按键功能进行编程、控制电子开关的使能端，使得单个按键可以扩展更多的功能和用来完全切断大功耗元件的电源。

具体的，根据本发明的一个方面，发明了一种多功能按键电路，包括：

按键、施密特触发器、第一D触发器、第二D触发器、或门、电子开关、单片机，其中，所述按键与所述施密特触发器的输入端相连接，所述施密特触发器的输出端与第一D触发器的时钟端CLK相连，所述第一D触发器和所述第二D触发器的输出端连接到所述或门的两个输入端，所述或门的输出端连接到所述电子开关的使能输入端，所述电子开关的输出端与所述单片机和所述定位装置电路相连。

优选的,所述按键采用轻触开关。

优选的,所述D触发器具有反向输出功能，因此可将反向输出端接到输入端形成T＝1的T触发器。

优选的,所述单片机可以采用单独的MCU，或定位装置内自带的控制模块，或二者结合使用。

具体的，根据本发明的另一个方面，一种多功能按键电路的实现方法，包括：

S1上电开机；

S2使能电子开关；

S3锁定电子开关；

S4监控所述按键的动作；

进一步的，所述步骤S4之后还包括步骤S5：使得电子开关失能。

更进一步的，所述步骤S5具体包括以下两种方法之一：第一种办法是所述单片机(6)识别了所述按键发生的正确的关机动作，所述单片机(6)向第一D触发器(2)的第二端口(Port2)输出高电平，此时所述第一D触发器(2)输出为低电平，所述单片机向第二D触发器(3)第三端口(Port3)输出高电平，此时所述第二D触发器(3)输出为低电平，所述或门输出低电平，使所述电子开关(5)失能，将其后端电路电源切断；第二种方法是所述单片机(6)收到来自定位设备的关机指令，跳过对所述轻触开关动作的识别过程，所述单片机(6)向第一D触发器(2)的第二端口(Port2)输出高电平，此时所述第一D触发器(2)输出为低电平，所述单片机向第二D触发器(3)第三端口(Port3)输出高电平，此时所述第二D触发器(3)输出为低电平，所述或门输出低电平，使所述电子开关(5)失能，将其后端电路电源切断。

进一步的，所述步骤S2包括：当首次按下所述轻触开关时，所述施密特触发器(1)发出一个正向方波，所述第一D触发器(2)输出为高电平，所述或门(4)输出为高电平，所述电子开关(5)使能，后端的所述单片机(6)、所述定位装置电路(7)通电。

进一步的，所述步骤S3包括：所述单片机(6)执行程序向所述第二D触发器(3)的第三端口(port3)发送一个正向脉冲，使得所述第二D触发器(3)输出为高电平，将所述电子开关(4)锁定。

进一步的，所述步骤S4包括：所述单片机将所述电子开关锁定后，仍然可以读取所述按键的动作；所述施密特触发器(1)根据所述按键按下的时长输出相应宽度的高电平脉冲；单片机根据一系列所述高电平脉冲做出不同的反应。

本发明的优点在于：(1)按键功能可编程，使得单个按键可以扩展更多的功能；(2)可以完全切断大功耗元件的电源；(3)软件关机；(4)结构简单容易实现。

附图说明

通过阅读下文具体实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出具体实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为根据本发明的多功能按键电路的原理图。

图2为根据本发明的多功能按键电路的电路图。

图3为根据本发明的多功能按键电路的实现方法的示意流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明是一种用于定位装置的多功能按键电路及其实现方法。通过本发明使得可以用轻触开关完全切断大功耗元件电源并且通过单独按键实现多种功能的控制，满足了市场对定位装置按键功能多样化的需求。发明结构简单容易实现。

本发明的多功能按键电路系统；

图1为根据本发明的多功能按键电路的原理图，其中，1为施密特触发器，2、3为具有反向输出功能的边沿D触发器，可将反向输出端接到输入端形成T触发器，增加了编程的灵活性，4为或门，5为电子开关，6为单片机，7为定位装置电路，第一D触发器2的CLK端口作为第一端口Port1，为按键状态输出端口，也作为单片机调整第一D触发器2的端口。第一D触发器2的CLR端口作为第二端口Port2，为第一D触发器2的输出清除端口，高电平清除输出，第二D触发器3的CLK端口作为第三端口Port3，为第二D触发器3的CLK输入端口，第二D触发器3的输出端口Q作为第四端口Port4，为第二D触发器3的输出端口，单片机可以读取这个端口的电平状态判断电子开关是否被锁定。电子开关5与单片机6、定位装置电路7之间的连接线为电源线。

更具体的，按键安装于施密特触发器的输入端，通过按键的按下抬起操作输出任意宽度的正向方波，施密特触发器用于去除轻触开关的噪声，第一、第二D触发器2、3的输出端具有记忆功能，可对信号进行锁存，第一D触发器2的时钟CLK端与施密特触发器的输出端相连，第一、第二D触发器2、3的输出端分别接入或门4的输入端，使二者输出信号以“或”的逻辑关系输出，电子开关5，电流过大时用于切断电路进行保护，其使能端与或门的输出端相连，即通过或门的输出来控制正常工作下电子开关的导通与断开，通过采用电子开关，使得本发明的按键电路可以用来完全切断大功耗电器元件的电源。

图2为根据本发明的多功能按键电路的电路图，具体的展示了各个模块间的连接关系，以及各模块引脚的接法。

本发明的多功能按键电路系统的实现方法；

根据本发明一种多功能按键电路的实现方法，包括，上电后，只有第一D触发器2、第二D触发器3、或门4接通电源，上述触发器输出都是低电平，因此电子开关是失能的。电子开关后部接通的电路的电源完全断开。首次按下按键后，电子开关使能，其后面的电路与电源导通。此时，单片机开始执行程序，而后电子开关被单片机锁定，使得一般操作无法关闭电源。单片机将电子开关锁定后，仍然可以读取按键的动作。按键后端的施密特触发器根据按键按下的时长输出相应宽度的高电平脉冲；单片机根据一系列所述高电平脉冲做出不同的反应。

在优选实施方式中，按键的动作及实现的功能包括：

按键动作为关机动作：短高电平+长高电平+短高电平，实现功能：解锁电子开关，并关机。

按键动作为呼救动作：长高电平，实现功能：发送呼救信息。

在优选实施方式中，单片机不仅可以添加预设动作以及相应的反应，也可以设定对非预设动作做出反应，例如：

按键动作为报警动作：按键动作不在单片机程序逻辑中，单片机反应：识别为恶意操作，向监护人发出报警信息。

当定位装置所有元件正常工作后，单片机执行程序将电子开关锁定，此时除关机动作外，按键动作对后端电路的供电情况无法产生影响，但是单片机可以通过port1检测按键的状态，根据相应的动作，执行对应的操作。单片机、定位装置电路，是主要的控制模块或电路，通过对按键的动作识别，发出相应的命令，实现不同的功能，二者均通过电子开关与按键电路连接。

可选地，可以使用单片机6对按键的状态进行监控；优选地，去掉单片机6，使用定位装置电路中的处理器对按键的状态进行监控。

实施例一：本发明的多功能按键电路系统的实现方法(正常关机)

图3为根据本发明的多功能按键电路的实现方法的示意流程图，具体过程如下：

步骤一：上电后，施密特触发器1、第一、第二D触发器2、3的输出端都为低电平。

优选地，此时或门4的输出为低电平，电子开关5失能，此时电子开关5后端连接的器件都与电源是断开的，包括单片机6与定位装置电路。

步骤二：关机状态下，首次按下按键，施密特触发器1向第一D触发器2发送正向脉冲，第一D触发器2输出为高电平，或门4输出高电平，电子开关使能，电子开关后端的单片机和定位装置电路接通。

优选地，施密特触发器1发出一个一定宽度的正向方波，此时第一D触发器2的输出为高电平，或门4的输出为高电平，电子开关5使能，后端的单片机6、定位装置电路7接通电源。

步骤三：单片机6或者定位装置向第二D触发器3发送第一个正向脉冲，使得第二D触发器3输出高电平，电子开关被锁定。

优选地，电源接通后单片机首先执行程序，通过端口port3向第二D触发器3发送一个正向脉冲，致使第二D触发器3输出为高电平，从而使或门的输出始终为高电平，这就将电子开关4的导通状态进行了锁定，单片机通过Port4检测锁定是否成功，锁定未成功时，单片机会通过再次给Port3一个高电平进行锁定。此时除关机动作外，按键状态的变化对后端电路的供电情况无法产生影响。

步骤四：单片机6或者定位装置电路不断检测port1的动作，如果动作有相应的反应(按键动作是在单片机程序逻辑中定义的已知动作)，进入步骤五，如果动作没有相应的反应(按键动作是在单片机程序逻辑中定义的除上述已知动作之外的动作)，进入步骤六。

步骤五：单片机6接收到处理未知动作的指令，并且按键动作为未知动作(在单片机程序逻辑中定义的除上述已知动作之外的动作)，则单片机识别该操作并给出相应反应。

优选地，单片机识别为恶意操作，向监护人发出报警信息。

步骤六：单片机6程序中有相关动作，按键动作正确，则单片机识别该操作并给出相应反应。

在一种优选实施方式中，按键动作为长高电平，单片机识别为呼救动作，发送呼救信息。

在另一种优选实施方式中，按键动作为短高电平+长高电平+短高电平，单片机识别为关机动作，解锁电子开关，并关机。具体地，单片机或者定位装置电路判断按键关机动作正确后，单片机或者定位装置电路通过port3向第二D触发器3发送一个正向脉冲，第二D触发器3输出为低电平。单片机或者定位装置电路通过port2向第一D触发器2发出清零电平，第一D触发器2输出为低电平。或门的输出为低电平，电子开关失能，后端设备断电，设备关机。

实施例二本发明的多功能按键电路系统的实现方法(强制关机)

步骤一：上电后，施密特触发器1、第一、第二D触发器2、3的输出端都为低电平。

优选地，此时或门4的输出为低电平，电子开关5失能，此时电子开关5

后端连接的器件都与电源是断开的，包括单片机6与定位装置电路。

步骤二：关机状态下，首次按下按键，施密特触发器1向第一D触发器2发送正向脉冲，第一D触发器2输出为高电平，或门4输出高电平，电子开关使能，电子开关后端的单片机和定位装置电路接通。

优选地，施密特触发器1发出一个一定宽度的正向方波，此时第一D触发器2的输出为高电平，或门4的输出为高电平，电子开关5使能，后端的单片机6、定位装置电路7接通电源。

步骤三：单片机6或者定位装置向第二D触发器3发送第一个正向脉冲，使得第二D触发器3输出高电平，电子开关被锁定。

优选地，电源接通后单片机首先执行程序，通过端口port3向第二D触发器3发送一个正向脉冲，致使第二D触发器3输出为高电平，从而使或门的输出始终为高电平，这就将电子开关4的导通状态进行了锁定，单片机通过Port4检测锁定是否成功，锁定未成功时，单片机会通过再次给Port3置高电平进行锁定。此时除关机动作外，按键状态的变化对后端电路的供电情况无法产生影响。

步骤四：单片机6被外部指令或者内部程序要求关闭设备。优选地，单片机6收到来自定位设备的关机指令，跳过了对按键动作的识别过程，直接将第一、第二D触发器2、3的输出清零，使得电子开关5失能，实现关机。

在上述实施例一二中，

可选地，电子开关可由具有使能端的线性稳压器LDO代替，LDO是一种低压差线性稳压器，其特点是调压压差低,可以使电池更长时间为系统供电且自身损耗低抗噪能力强。

可选地，或门可以通过一个与门和一个反相器相连代替。

可选地，电子开关还可以由DCDC代替。

可选地，按键采用轻触开关，更优选地，轻触开关可由单稳态开关代替。

可选地，单片机采用MCU。

以上，仅为本发明示例性的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多功能按键电路，其特征在于，该多功能按键电路包括：按键、施密特触发器(1)、第一D触发器(2)、第二D触发器(3)、或门(4)、电子开关(5)、单片机(6)，其中，所述按键与所述施密特触发器的输入端相连接，所述施密特触发器的输出端与第一D触发器的时钟端(CLK)相连，所述第一D触发器和所述第二D触发器的输出端连接到所述或门的两个输入端，所述或门的输出端连接到所述电子开关的使能输入端，所述电子开关的输出端与所述单片机和所述定位装置电路相连。

2.根据权利要求1所述的多功能按键电路，其特征在于：

所述按键采用轻触开关。

3.根据权利要求1所述的多功能按键电路，其特征在于：

所述D触发器具有反向输出功能，因此可将反向输出端接到输入端形成T＝1的T触发器。

4.根据权利要求1所述的多功能按键电路，其特征在于：

所述单片机可以采用单独的MCU，或定位装置内自带的控制模块，或二者结合使用。

5.一种如权利要求1-4任意一项多功能按键电路的实现方法，其特征在于，包括：

S1上电开机；

S2使能电子开关；

S3锁定电子开关；

S4监控所述按键的动作。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S4之后还包括步骤S5：使得电子开关失能。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下两种方法之一：第一种办法是所述单片机(6)识别了所述按键发生的正确的关机动作，所述单片机(6)向第一D触发器(2)的第二端口(Port2)输出高电平，此时所述第一D触发器(2)输出为低电平，所述单片机向第二D触发器(3)第三端口(Port3)输出高电平，此时所述第二D触发器(3)输出为低电平，所述或门输出低电平，使所述电子开关(5)失能，将其后端电路电源切断；第二种方法是所述单片机(6)收到来自定位设备的关机指令，跳过对所述轻触开关动作的识别过程，所述单片机(6)将所述第一D触发器(2)、所述第二D触发器(3)的输出清零，使得所述电子开关(5)失能。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：当首次按下所述轻触开关时，所述施密特触发器(1)发出一个正向方波，所述第一D触发器(2)输出为高电平，所述或门(4)输出为高电平，所述电子开关(5)使能，后端的所述单片机(6)、所述定位装置电路(7)通电。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：所述单片机(6)执行程序向所述第二D触发器(3)的第三端口(port3)发送一个正向脉冲，使得所述第二D触发器(3)输出为高电平，将所述电子开关(4)锁定。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：所述单片机将所述电子开关锁定后，仍然可以读取所述按键的动作；所述施密特触发器(1)根据所述按键按下的时长输出相应宽度的高电平脉冲；单片机根据一系列所述高电平脉冲做出不同的反应。