CN111432301A - 一种基于压阻式触控的佩戴式音频设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于智能音频设备领域，具体涉及一种基于压阻式触控的佩戴式音频设备。本发明包括设置在佩戴式音频设备外壳上的感应区、安装在感应区对应的外壳内侧的柔性压力传感器；感应区对应的外壳厚度小于外壳的其他部位；柔性压力传感器包括最下层采用柔性材料做成的柔性基底；从下到上依次设置在柔性基底上的电极层和敏感层、覆盖于敏感层及电极层上表面的保护层。柔性压力传感器与信号处理电路模块电连接；信号处理电路模块与控制器通讯连接。本发明利用柔性压力传感器的轻薄柔韧，极大提高了触控敏感度，其将感应区设计为外壳的一部分，即保证了柔性压力传感器对压力的感知，又起到防水防汗的功能。
Description
技术领域
本发明属于智能音频设备领域，具体涉及一种基于压阻式触控的佩戴式音频设备。
背景技术
随着电子产品的普及，佩戴式音频设备越来越普遍现身于人们的生活当中。从最初的有线音频设备，到流行的蓝牙无线音频设备，以及现在刚出现的TWS即真无线立体声音频设备。无线音频设备摆脱了线材的束缚，携带更加方便，体验更加自由惬意。目前主流的无线音频设备的操作方式主要有三种：触控、按键和语音控制。基于触控式操作的佩戴式音频设备因外观设计新颖美观，能防水防汗，触控操作部件不占产品空间而大受消费者欢迎。触控操作主要基于触摸芯片实现，目前基于触摸芯片的触控式操作存在在灵敏度和误触之间难以平衡、功耗高以及易受外部干扰而导致的误动作等问题。按键式操作因需要开孔存在不防水的问题，同时戴在耳朵上按键操作会形成有噪音并挤压耳洞，让耳朵很不舒服。语音控制在嘈杂环境以及不适合发音环境下难以实现操作目的。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中佩戴式音频设备存在的灵敏度和误触之间难以平衡、功耗高以及易受外部干扰而导致的误动作等缺陷，提供一种本发明的触控操作方式既保留了戴式音频设备因设计新颖美观，触控敏感度高，体积小，低功耗，低成本，能防水防汗的基于压阻式触控的佩戴式音频设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于压阻式触控的佩戴式音频设备，其特征在于：包括设置在佩戴式音频设备外壳上的感应区、安装在所述感应区对应的外壳内侧的柔性压力传感器；所述感应区对应的外壳厚度小于所述外壳的其他部位；所述柔性压力传感器包括最下层采用柔性材料做成的柔性基底；从下到上依次设置在柔性基底上的电极层和敏感层、覆盖于敏感层及电极层上表面的保护层。
进一步地，所述外壳内设置有信号处理电路模块、控制器及触控反馈部件；所述柔性压力传感器与所述信号处理电路模块电连接；所述信号处理电路模块与所述控制器通讯连接，所述触控反馈部件与所述控制器通讯连接；
所述信号处理电路模块包括信号采集转换电路和模数转换器，所述采集转换电路采集所述柔性压力传感器发出的压力信号，将压力信号转换成模拟电信号传输给所述模数转换器，所述模数转换器将模拟电信号转化成数字信号输出给所述控制器；
所述控制器，用于将接收到的数字信号与存储的阈值进行比较，发出控制指令；
所述触控反馈部件，用于接收控制器的指令并反馈触感。
进一步地，所述感应区为外壳上的一处凹陷，所述感应区对应的外壳材料为薄塑料软壳。
进一步地，触控反馈部件为微型马达，通过震动来反馈触感。
进一步地，所述柔性基底采用的柔性材料为乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、热塑性聚氨酯弹性体、聚氨酯和聚乙烯中的一种材料或多种材料的混合物。
进一步地，所述电极层为采用微纳米导电材料制成的至少含有2根电极线的阵列电极，所述电极层通过无胶柔性印刷电路板设置于所述柔性基底的表面。
进一步地，所述微纳米导电材料为银、银纳米线、ITO、碳纳米材料、PEDOT:PSS中的一种材料或多种材料的混合物。
进一步地，敏感层是在电极层上利用静电纺丝技术制备厚度为100纳米-100微米的多孔碳纳米纤维薄膜。
更进一步地，所述保护层是利用超声雾化喷涂技术在所述敏感层表面通过原位聚合形成厚度在10nm-10um之间的超薄柔性封装保护膜。
本发明的一种基于压阻式触控的佩戴式音频设备的有益效果是：
1、本发明利用柔性压力传感器的轻薄柔韧，极大提高了触控敏感度，能有效感知触摸力度的大小，达到不同触摸力度实现不同的触摸功能的目的，同时，体积小，结构简单，长期稳定性好，功耗低，能有效的节省电量，为佩戴式音频设备增加使用时间。
2、本发明的佩戴式音频设备外壳上设置有内凹型且硬度较小的感应区，其将感应区设计为外壳的一部分，即保证了柔性压力传感器对压力的感知，又起到防水防汗的功能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例的结构图；
图2是本发明实施例的信号传输流程图；
图3是本发明实施例的柔性压力传感器与感应区安装图；
图4是本发明实施例的信号采集转换电路图；
图5是本发明实施例的模数转换器电路图；
图6是本发明实施例的控制器电路图；
图7是本发明实施例的微型马达控制电路图。
图中:1、感应区，2、柔性压力传感器，3、信号处理电路模块，4、控制器，5、微型马达，6、功能电路，C1、柔性基底，C2、电极层，C3、敏感层，C4、保护层。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1到图7所示的本发明的一种基于压阻式触控的佩戴式音频设备的具体实施例，佩戴式音频设备可以是耳机、音响等，本发明实施例以蓝牙耳机为例，包括设置在佩戴式音频设备外壳上的感应区1、安装在所述感应区1对应的外壳内侧的柔性压力传感器2；所述感应区1对应的外壳厚度小于所述外壳的其他部位；所述柔性压力传感器2包括最下层采用柔性材料做成的柔性基底C1；从下到上依次设置在柔性基底C1上的电极层C2和敏感层C3、覆盖于敏感层C3及电极层C2上表面的保护层C4。外壳内还设置有信号处理电路模块3、控制器4及触控反馈部件；柔性压力传感器2与信号处理电路模块3电连接；信号处理电路模块3与控制器4通讯连接，触控反馈部件与控制器4通讯连接；信号处理电路模块3包括信号采集转换电路和模数转换器，采集转换电路采集柔性压力传感器2发出的压力信号，将压力信号转换成模拟电信号传输给模数转换器，模数转换器将模拟电信号转化成数字信号输出给控制器4；控制器4，用于将接收到的数字信号与存储的阈值进行比较，发出控制指令；触控反馈部件，用于接收控制器4的指令并反馈触感。
本发明实施例中感应区1是佩戴式音频设备外壳上的一处凹陷，柔性压力传感器2粘贴在感应区1对应的外壳内侧，感应区1对应的外壳材料为薄塑料软壳，薄塑料软壳厚度为0.05mm-1.5mm，柔性压力传感器2与感应区1所对应的外壳更易贴合，即保证了柔性压力传感器2对压力的感知，又起到防水防汗的功能。
如图2所示，本实施例中柔性压力传感器2为压阻式超薄柔性压力传感器2，是有带有电极层C2的柔性材料做柔性基底C1，该电极层C2采用微纳米导电材料制成的阵列电极，至少含有2根电极线，电极层C2通过无胶柔性印刷电路板设置于柔性基底C1的表面，在柔性基底C1材料的阵列电极上利用静电纺丝技术制备厚度为100纳米-100微米的多孔碳纳米纤维薄膜作为超薄压阻材料，再利用超声雾化喷涂技术在碳纳米纤维表面通过原位聚合形成厚度在10nm-10um之间的超薄柔性封装保护膜制成的。超声雾化喷涂技术是一种在无接触、无压力、无需印版的条件下能够利用超声波振动能量来实现液体实现连续或间断性的雾化进而实现大面积成膜的技术，该技术其具有喷涂效率高、原材料浪费少、微细雾化颗粒均匀、抗腐蚀性强、精度高、成膜厚度可控性好等优点。
原位聚合即在位分散聚合,它是使粒子与有机高分子材料共同构建并在一定的条件下就地聚合。本申请中原位聚合法是使通过超声雾化喷涂的有机高分子溶液与多孔碳纳米纤维薄膜材料在加热条件下，在碳纳米纤维表面就地共建聚合形成厚度可控的超薄柔性封装保护膜。
本实施例中柔性材料为乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、热塑性聚氨酯弹性体、聚氨酯和聚乙烯中的一种材料或多种材料的混合。微纳米导电材料为银、银纳米线、ITO、碳纳米材料、PEDOT:PSS中的一种材料或多种材料的混合。本发明压阻式超薄柔性压力传感器2轻薄柔韧，极大提高了触控敏感度。同时，体积小，结构简单，长期稳定性好，功耗低，能有效的节省电量，为佩戴式音频设备增加使用时间。本发明使用柔性压力传感器2适用曲面，更易贴合曲面既不影响音频设备的灵敏度又能保证音频设备的美观和防水防汗功能。
本实施例中还设置触控反馈部件，为了让使用者体验感更好，触控反馈部件为微型马达5，当压阻式超薄柔性压力传感器2感知到触控操作时，控制器4发指令给微型马达5，使其通过振动来反馈触感。
在音频设备的外壳上进行触控操作时，因为感应区1为外壳上的一个凹陷，所以人手容易定位置操作，基于碳纳米材料的柔性压力传感器2对微弱压力极为敏感，能有效感知触摸力度的大小，且柔性压力传感器2的电极层C2为有多个电极阵列的阵列电极，每个电极阵列都能采集压力数据，从而实现能同时或短时间内采集多点压力数据的技术效果。柔性压力传感器2将感知的压力信号输出给信号处理电路模块3，结合图4到图7，经过采集转换电路转换为模拟信号传输给模数转换器，模数转换器将模拟信号进一步转化成数字信号输出给控制器4，控制器4根据收到的信号判断压力大小和手部按压的时间间隔，发出指令给功能电路6，即可以根据人手触摸的力度和触摸的时间间隔实现不同的触摸功能。比如轻触并上下滑动时实现调节音量大小，中度压力单击播放/暂停/来电接听，中度双击下一曲/来电拒接，中度长按器则关机。本发明实施例中柔性压力传感器2在工作时功耗典型值为1-100uA，其工作电压：2.0-5.5V，不工作时功耗为零，能有效节省电量，为佩戴式音频设备增加使用时间。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种基于压阻式触控的佩戴式音频设备，其特征在于：包括设置在佩戴式音频设备外壳上的感应区(1)、安装在所述感应区(1)对应的外壳内侧的柔性压力传感器(2)；所述感应区(1)对应的外壳厚度小于所述外壳的其他部位；所述柔性压力传感器(2)包括最下层采用柔性材料做成的柔性基底(C1)；从下到上依次设置在柔性基底(C1)上的电极层(C2)和敏感层(C3)、覆盖于敏感层(C3)及电极层(C2)上表面的保护层(C4)。
2.一种基于压阻式触控的佩戴式音频设备，其特征在于：所述外壳内设置有信号处理电路模块(3)、控制器(4)及触控反馈部件；所述柔性压力传感器(2)与所述信号处理电路模块(3)电连接；所述信号处理电路模块(3)与所述控制器(4)通讯连接，所述触控反馈部件与所述控制器(4)通讯连接；
所述信号处理电路模块(3)包括信号采集转换电路和模数转换器，所述采集转换电路采集所述柔性压力传感器(2)发出的压力信号，将压力信号转换成模拟电信号传输给所述模数转换器，所述模数转换器将模拟电信号转化成数字信号输出给所述控制器(4)；
所述控制器(4)，用于将接收到的数字信号与存储的阈值进行比较，发出控制指令；
所述触控反馈部件，用于接收控制器(4)的指令并反馈触感。
3.根据权利要求1所述的一种基于压阻式触控的佩戴式音频设备，其特征在于：所述感应区(1)为佩戴式音频设备外壳上的一处凹陷，所述感应区(1)对应的外壳材料为薄塑料软壳。
4.根据权利要求2所述的一种基于压阻式触控的佩戴式音频设备，其特征在于：触控反馈部件为微型马达(5)，通过震动来反馈触感。
5.根据权利要求1所述的一种基于压阻式触控的佩戴式音频设备，其特征在于：所述柔性基底(C1)采用的柔性材料为乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、热塑性聚氨酯弹性体、聚氨酯和聚乙烯中的一种材料或多种材料的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种基于压阻式触控的佩戴式音频设备，其特征在于：所述电极层(C2)为采用微纳米导电材料制成的至少含有2根电极线的阵列电极，所述电极层(C2)通过无胶柔性印刷电路板设置于所述柔性基底(C1)的表面。
7.根据权利要求6所述的一种基于压阻式触控的佩戴式音频设备，其特征在于：所述微纳米导电材料为银、银纳米线、ITO、碳纳米材料、PEDOT:PSS中的一种材料或多种材料的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种基于压阻式触控的佩戴式音频设备，其特征在于：敏感层(C3)是在电极层(C2)上利用静电纺丝技术制备厚度为100纳米-100微米的多孔碳纳米纤维薄膜。
9.根据权利要求1所述的一种基于压阻式触控的佩戴式音频设备，其特征在于：所述保护层(C4)是利用超声雾化喷涂技术在所述敏感层(C3)表面通过原位聚合形成厚度在10nm-10um之间的超薄柔性封装保护膜。
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