CN113156347A - 一种霍尔传感器和霍尔键盘 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种霍尔传感器，该霍尔传感器可以将磁场强度转换成对应的电压或电流信号。该霍尔传感器具有空闲状态和输出状态，当处于空闲状态时，霍尔传感器的模拟量输出引脚处于高阻状态，当处于输出状态时，霍尔传感器的模拟量输出引脚输出对应磁场强度的电流或电压信号。多个霍尔传感器可以并联使用，将模拟量输出引脚连接在一起，并联的多个霍尔传感器中，同一时刻只有一个霍尔传感器处于输出状态，其余的霍尔传感器均处于空闲状态。并且该霍尔传感器还集成了发光二极管驱动。以上特征可以该霍尔传感器应用到键盘领域，开发出高效低成本的能够检测按键行程的霍尔键盘。

Description

一种霍尔传感器和霍尔键盘

技术领域

本发明专利涉及一种传感器，主要涉及一种霍尔传感器。

背景技术

目前的键盘实现方式主要分为机械键盘、光学信号键盘和薄膜键盘。其中，机械键盘通过金属触点的通断感应按键状态；光学信号键盘通过检测光路是否被阻挡感应按键状态；薄膜键盘通过金属触点和导电材料的连接和断开来检测按键状态。上述原理的键盘都只能检测按键的按下和抬起两种状态，不能检测按键的行程。

由于磁场强度随着霍尔传感器和磁场源的距离的不同而不同，因此基于霍尔传感器的键盘可以实现按键行程检测，用户可以根据自己的习惯调节按键手感、定制按键触发行程阈值。

目前的霍尔键盘方案，都是基于通用的霍尔感应芯片，这些通用霍尔感应芯片的最初设计理念只考虑了少量并行应用，然而键盘中应用的时候需要在有限的空间中布局一百多颗通用霍尔感应芯片，使用这些通用霍尔感应芯片实现霍尔键盘布局和互连十分复杂。为了实现灯效还需要在指定位置布局一百多颗LED灯，这更加重了霍尔键盘中器件布局和互联的难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种霍尔传感器，利用该霍尔传感器可以开发出具有可配置触发行程的霍尔键盘，并且利用该霍尔传感器可以解决RGB灯线路布局复杂并且成本高的问题。

本发明提供了一种霍尔传感器，该霍尔传感器可以将磁场强度转换成对应的电压或电流信号，从而表征磁场源距离霍尔传感器的距离，本发明的霍尔传感器具有空闲状态和输出状态，当处于空闲状态时，霍尔传感器的模拟量输出引脚处于高阻状态，当处于输出状态时，霍尔传感器的模拟量输出引脚输出对应磁场强度的电流或电压信号，本发明的霍尔传感器还集成发光二极管驱动电路。

优选的，该霍尔传感器可以将磁场强度转换成对应的电压值或电流值输出。

优选的，可以控制霍尔传感器的工作状态，当处于输出状态时，霍尔传感器的模拟量输出端口输出磁场强度对应的电压或电流，当处于空闲状态时，霍尔传感器的模拟量输出端口处于高阻状态。

优选的，多个霍尔传感器可以并联使用，并联的霍尔传感器的模拟量输出引脚连接在一起，一个并联网络中同一时刻最多只有一颗霍尔传感器处于输出状态。

优选的，该霍尔传感器集成了发光二极管驱动电路，能够驱动一个或多个发光二极管，或者不驱动发光二极管。

本发明还提供了一种霍尔键盘，包含主控制器，一个或多个集成磁场源的按键，以及和按键一一对应的本发明提供的霍尔传感器。

优选的，本发明的霍尔键盘可将整个键盘的按键和霍尔传感器布置在一个并联网络中，也可以布置在多个并联网络中，每个并联网络中同一时刻最多只有一个霍尔传感器处于输出状态，其余的霍尔传感器处于空闲状态。

优选的，本发明的霍尔键盘中每个霍尔传感器可以驱动一个或多个发光二极管，也可以不驱动发光二极管。

综上所述，本发明的霍尔传感器可以将磁场强度转换成对应的电压或电流信号，并且多个霍尔传感器可以并联使用，具有可靠性高，方便扩展使用的特点，并且集成LED驱动，能够高效可靠的应用到霍尔键盘上面。本发明的霍尔键盘开发简单可靠性高，能够检测按键行程，用户可以根据自己的习惯调节按键手感、定制按键触发行程阈值。本发明的霍尔键盘使用的霍尔传感器集成LED驱动，这使得布局布线非常容易，能够采用单面板实现全键盘布局布线，具有成本低、可靠性高的特点。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面附图结合实施例的描述而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1示出了本发明霍尔传感器的引脚示意图；

图2示出了本发明霍尔传感器的状态机跳变图；

图3示出了本发明霍尔传感器的状态波形图；

图4示出了本发明霍尔键盘的原理图；

附图标记：

100，100_1，100_2，100_3，100_4——霍尔传感器；

101，101_1，101_2，101_3，101_4——霍尔传感器电源引脚；

102，102_1，102_2，102_3，102_4——霍尔传感器地引脚；

103，103_1，103_2，103_3，103_4——霍尔传感器PWM输入引脚；

104，104_1，104_2，104_3，104_4——霍尔传感器PWM输出引脚；

105，105_1，105_2，105_3，105_4——霍尔传感器模拟量输出引脚；

106，106_1，106_2，106_3，106_4——霍尔传感器发光二极管驱动引脚；

200——主控制器；

201——主控制器PWM1输出引脚；

202——主控制器PWM2输出引脚；

203——主控制器模拟量输入引脚1；

204——主控制器模拟量输入引脚2；

210——系统地；

211——系统电源；

300——霍尔键盘原理图。

具体实施方式

为了让本发明的上述目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

现在将参照详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所实用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

实施例一：

图1示出了本发明霍尔传感器实施例一的引脚示意图。

如图1所示，霍尔传感器100具有以下引脚：电源引脚VDD——101，地引脚VSS——102，数据输入引脚PWM_I——103，数据输出引脚PWM_O——104，模拟量输出引脚OUT——105，发光二极管驱动引脚LED1——106。其中，VDD引脚101的作用是为霍尔传感器提供电源电压；VSS引脚102为霍尔传感器提供地电压；PWM_I引脚103为霍尔传感器提供发光二极管控制信号，PWM_I引脚103的信号缓冲后通过PWM_O引脚104输出；OUT引脚105是表征磁场强度的模拟量输出端口；LED1引脚106是发光二极管的驱动引脚。

图2示出了本实施例一的状态机跳变图。实施例一的霍尔传感器100一共有两种状态——空闲状态和输出状态。霍尔传感器100默认处于空闲状态，当PWM_I引脚103检测到输入信号的上升跳变沿之后，霍尔传感器100从空闲状态转换至输出状态；霍尔传感器100进入输出状态后，延时P1后返回空闲状态，等待下一次PWM_I引脚的上升跳变沿到来。

图3示出了实施例一的状态波形图。图3中第一列波形是PWM_I引脚103的输入信号波形图，第二列是OUT引脚105的状态转化波形图，第三列是LED1引脚106的状态转换波形图，第四列是实施例一的霍尔传感器的状态跳变波形。在t1时刻，PWM_I引脚开始输入脉宽调制数据，此时霍尔传感器100从空闲状态进入输出状态，与此同时，OUT引脚105和LED1引脚106也从输出高阻状态切换到输出有效状态；延时P2后，到达t2时刻，PWM_I输入信号输入完毕，保持低电平状态，此时霍尔传感器100仍然处于输出状态，OUT引脚105和LED1引脚106仍然处于输出有效状态；再延时P3后，到达t3时刻，此时从t1时刻开始计算，霍尔传感器100已经有P1时间处于输出状态，满足了图2中从输出状态跳变至空闲状态的条件，所以在t3时刻跳变至空闲状态，与此同时，OUT引脚105和LED1引脚106从输出有效状态切换至输出高阻状态；t4时刻，PWM_I引脚103再次获得有效的输入信号，霍尔传感器再次从空闲状态切换至输出状态，重新进入以上描述的工作过程。

在另一实施例中，可以只有一个或n个发光二极管驱动引脚，也可以没有发光二极管驱动引脚。

在另一实施例中，可以取消PWM_O引脚104。

实施例二：

图4示出了本发明的霍尔键盘示意图，图中以四个实施例一中的霍尔传感器——100_1、100_2、100_3、100_4和一个主控制器200为例说明本发明的霍尔键盘的工作原理。

如图4所示，霍尔键盘300包含四个霍尔传感器100_1、100_2、100_3、100_4，一个主控制器200。四个霍尔传感器100_1、100_2、100_3、100_4的VDD引脚101_1、101_2、101_3、101_4连接到系统电源VDD 211；四个霍尔传感器100_1、100_2、100_3、100_4的VSS引脚102_1、102_2、102_3、102_4连接到系统地VSS 210；主控制器的PWM1引脚201连接到霍尔传感器100_1的PWM_I引脚103_1，霍尔传感器100_1的PWM_O引脚104_1连接到霍尔传感器100_2的PWM_I引脚103_2，霍尔传感器100_2的PWM_O引脚悬空；主控制器的PWM2引脚202连接到霍尔传感器100_3的PWM_I引脚103_3，霍尔传感器100_3的PWM_O引脚104_3连接到霍尔传感器100_4的PWM_I引脚103_4，霍尔传感器100_4的PWM_O引脚悬空；霍尔传感器100_1的OUT引脚105_1和霍尔传感器100_3的OUT引脚105_3连接在一起，并连接到主控制器的模拟量输入引脚IN1 203；霍尔传感器100_2的OUT引脚105_2和霍尔传感器100_4的OUT引脚105_4连接在一起，并连接到主控制器的模拟量输入引脚IN2 204；四个霍尔传感器100_1、100_2、100_3、100_4的四个LED1引脚106_1、106_2、106_3、106_4分别各自连接到一个发光二极管的负极，发光二极管的正极连接到系统电源VDD 211。

在图4的实施例中，四个霍尔传感器按照OUT引脚的连接关系被分成了两组，其中，100_1和100_3是第一组，他们的OUT引脚105_1和105_3连接在一起并连接到主控制的IN1引脚203； 100_2和100_4是第二组，他们的OUT引脚105_2和105_4连接在一起并连接到主控制的IN1引脚203。主控制器200的每个PWM输出引脚只驱动一组内的一个霍尔传感器，例如，在图4中，PWM1 201只驱动第一组内的100_1和第二组内的100_2，PWM2 202只驱动第一组内的100_3和第二组内的100_4。结合图2的状态图和图3的状态波形图，当主控器200的PWM1引脚201有脉宽调制信号输出的时候，霍尔传感器101_1和100_2进入输出状态，此时他们的LED1引脚106_1和106_2处于输出有效状态， PWM_I引脚103_1和103_2的高低电平控制发光二极管的通断，此时他们的OUT引脚105_1和105_2也处于输出有效状态，磁场强度对应的电压或电流信号输入到主控制器200的模拟量输入引脚IN1 203和IN2 204，由于此时主控制的PWM2引脚202维持低电平，所以霍尔传感器100_3和100_4处于空闲状态，他们的OUT引脚105_3和105_4处于高阻状态，所以此时主控制器模拟量输入引脚IN1 203和IN2 204完全受霍尔传感器100_1的OUT引脚105_1和100_2的OUT引脚105_2控制，当主控制器200的PWM1端口201第一个上升沿发出P2时间后，PWM1端口201维持低电平，再经过P3时间后，霍尔传感器100_1和100_2从输出状态返回空闲状态，并释放了对主控制器IN1端口和IN2端口的控制，此时主控制器200便可以通过PWM2端口202对主霍尔传感器100_3和100_4进行控制，控制过程和状态切换和上述过程类似。主控制器200通过PWM1端口201和PWM2端口202，便可以对四个霍尔传感器的LED驱动和输出进行控制。

实施例二通过一个主控制器和四个霍尔传感器对本发明的霍尔键盘的原理进行了阐述，在实际的应用中，可以将M个霍尔传感器分成N组进行控制。

在另一实施例中，霍尔传感器的PWM_I端口可以全部连接到主控制器，而不是连接到前一级霍尔传感器的PWM_O引脚。

在另一实施例中，每个霍尔传感器可以驱动多个发光二极管，也可以不驱动发光二极管。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种霍尔传感器，其特征在于：所述霍尔传感器可以将磁场强度转换成对应的电压或电流信号，从而表征磁场源距离霍尔传感器的距离，本发明的霍尔传感器具有空闲状态和输出状态，当处于空闲状态时，霍尔传感器的模拟量输出引脚处于高阻状态，当处于输出状态时，霍尔传感器的模拟量输出引脚输出对应磁场强度的电流或电压信号，本发明的霍尔传感器还集成发光二极管驱动电路。

2.如权利要求1所述的霍尔传感器，其特征在于：可以将磁场强度转换成对应的电压值或电流值输出。

3.如权利要求1所述的霍尔传感器，其特征在于：可以控制霍尔传感器的工作状态，当处于输出状态时，霍尔传感器的模拟量输出端口输出磁场强度对应的电压或电流，当处于空闲状态时，霍尔传感器的模拟量输出端口处于高阻状态。

4.如权利要求1所述的霍尔传感器，其特征在于：多个霍尔传感器可以并联使用，并联的霍尔传感器的模拟量输出引脚连接在一起，一个并联网络中同一时刻最多只有一颗霍尔传感器处于输出状态。

5.如权利要求1所述的霍尔传感器，其特征在于：集成了发光二极管驱动电路，能够驱动一个或多个发光二极管，或者不驱动发光二极管。

6.一种霍尔键盘，其特征在于：包含主控制器，一个或多个集成磁场源的按键，以及和按键一一对应的权利要求1~5任一项所述的霍尔传感器。

7.如权利要求6所述的霍尔键盘，其特征在于：可将整个键盘的按键和霍尔传感器布置在一个并联网络中，也可以布置在多个并联网络中，每个并联网络中同一时刻最多只有一个霍尔传感器处于输出状态，其余的霍尔传感器处于空闲状态。

8.如权利要求6所述的霍尔键盘，其特征在于：每个霍尔传感器可以驱动一个或多个发光二极管，也可以不驱动发光二极管。

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