CN114337635A - 一种具有校准功能的红外触摸按键及其电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有校准功能的红外触摸按键及其电路，本发明通过在红外触摸按键电路中增加电压调整电路来调整红外对管发射管的电压，消除了元器件个体差异、光线、水珠、表面磨损、水渍、油渍等环境变化的影响，保证了触摸灵敏度合适的条件下稳定工作；实现触摸按键在复杂条件下全生命周期内的稳定可靠运行。

Description

一种具有校准功能的红外触摸按键及其电路

技术领域

本发明属于人机交互技术领域，尤其涉及红外感应技术领域，具体涉及一种具有校准功能的红外触摸按键及其电路。

背景技术

在浴室、卫生间和厨房等场合使用使用按键时，必然会涉及按键的防水、防油等问题，目前普遍使用的方式是电容式触摸按键，虽然电容式触摸按键可以做到防水功能，但是如果按键表面有水珠、油渍等情况，会引起按键的误操作甚至不能正常使用。

为了解决电容式触摸存在因水珠导致的误操作的问题，现有技术采用红外式触摸按键，理论上可以解决水珠附着的影响并且抗电磁干扰，但是由于红外元件的工艺特性，导致红外元器件批次一致性比较差，批量生产的红外触摸按键会出现部分按键触摸不响应(不灵敏)或者感应距离较远引起的误触发(过于灵敏)情况；同时随着使用时间或者使用环境的改变也会存在红外接收强度的变化，导致按键的失效或者误触发(比如按键表面磨损或者附着水渍和油渍反射了部分红外光线)。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种具有校准功能的红外触摸按键及其电路，解决现有红外触摸按键因元件一致性较差而存在不响应或误触发的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种具有校准功能的红外触摸按键电路，包括红外对管、主控电路和电压调整电路；所述红外对管中的红外发射管通过电压调整电路接于电源端子之间；所述主控电路通过采样电路连接红外对管中红外接收管的一端；所述主控电路还控制连接电压调整电路以实现红外发射管供电电压的改变。

本发明的红外触摸按键电路，能够通过调整红外对管中红外发射管两端的电压，调整红外发射管的红外发射光强度，能够在红外发射管一致性较差的情况下，调整使得红外发射光强度达到最佳灵敏度时的红外发射光强度。对于红外发射光强度的检测，可以在无触发(没有触摸该按键)的条件下，通过按键的控制电路检测红外对管中接收管的初始采样值(即无按键触摸时接收管的采样值)，使对红外接收管的初始采样值达到设定的标准范围内。设定的标准范围可以通过标定出的灵敏度良好的红外触摸按键的接收管初始采样值来确定。

进一步的，通过如下方法实现红外触摸按键电路的校准：在无人触发对应红外触摸按键时，主控电路通过电压调整电路控制红外发射管两端的供电电压，使通过采样电路采集到的红外接收管的电压维持在设定值；当通过采样电路采集到的红外接收管的电压大于设定值时，降低红外发射管两端的供电电压，当通过采样电路采集到的红外接收管的电压小于设定值时，升高红外发射管两端的供电电压。

本发明的红外触摸按键电路，能够根据请求，例如按键触发主控单元，或者定时(每隔设定时间)，主动触发按键校准。校准具体为，在无触发(没有触摸该按键)的条件下，调整红外对管中红外发射管两端的电压，使对红外接收管的采样接收信号(也即无触摸产生反射时的接收值，即初始值)达到设定的标准范围内。可实现对应的红外触摸按键在密封防水的同时，针对批次一致性或使用环境的变化条件下，能够实现自动校准功能，始终保持最佳的按键灵敏度。

进一步的，所述电压调整电路包括三极管，所述三极管的集电极和发射极串联在红外发射管与电源端子的供电回路之中，所述主控电路控制连接三极管的基极；所述主控电路通过调节输入三极管基极PWM信号的占空比来控制红外发射管两端的供电电压。

电压控制电路采用开关元件PWM占空比控制实现，方案成熟可靠，调整精度高。

进一步的，所述采样电路包括分压电阻，所述分压电阻与红外接收管串联于电源端子之间；所述分压电阻与红外接收管之间与主控电路相连以输出采样值。

进一步的，所述设定值为500mV。

接收管采样值的初始值在500mV时，红外触摸按键能够达到最佳灵敏度。即初始值为500mV时，触摸后初始值的变化程度能够被有效识别为一次按键触发。

本发明的一种具有校准功能的红外触摸按键，包括透明的按键触发区、红外对管、主控电路和电压调整电路，所述按键触发区正面用于触摸以触发按键；所述红外对管设置于按键触发区背面；所述红外对管中的红外发射管通过电压调整电路接于电源端子之间；所述主控电路通过采样电路连接红外对管中红外接收管的一端；所述主控电路还控制连接电压调整电路以实现红外发射管供电电压的改变。

进一步的，通过如下方法实现红外触摸按键的校准：在无人触发对应红外触摸按键时，主控电路通过电压调整电路控制红外发射管两端的供电电压，使通过采样电路采集到的红外接收管的电压维持在设定值；当通过采样电路采集到的红外接收管的电压大于设定值时，降低红外发射管两端的供电电压，当通过采样电路采集到的红外接收管的电压小于设定值时，升高红外发射管两端的供电电压。

本发明的红外触摸按键，能够根据请求，例如按键触发主控单元，或者定时(每隔设定时间)，主动触发按键校准。校准具体为，在无触发(没有触摸该按键)及按键触发区表面清洁的条件下，调整红外对管中红外发射管两端的电压，使对红外接收管的采样接收信号(也即无触摸反射时的接收值)达到设定的标准范围内。可实现对应的红外触摸按键在密封防水的同时，针对批次一致性或使用环境的变化条件下，能够实现自动校准功能，始终保持最佳的按键灵敏度，也能够消除触摸表面磨损或污损导致红外触摸按键易发生误触发的问题。

进一步的，所述电压调整电路包括三极管，所述三极管的集电极和发射极串联在红外发射管与电源端子的供电回路之中，所述主控电路控制连接三极管的基极；所述主控电路通过调节输入三极管基极PWM信号的占空比来控制红外发射管两端的供电电压。

进一步的，所述采样电路包括分压电阻，所述分压电阻与红外接收管串联于电源端子之间；所述分压电阻与红外接收管之间与主控电路相连以输出采样值。

进一步的，所述设定值为500mV。

附图说明

图1是应用了红外触摸按键的面板示意图；

图2是本发明红外触摸按键的电路原理示意图；

图3是本发明红外触摸按键电路的电压调整电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

按键实施例：

本发明的一种具有校准功能的红外触摸按键，具体应用例如图1所示，包括密封壳体1、壳体1表面的功能显示屏2、粘贴于密封壳体1表面的贴膜3、透光孔4以及安装于透光孔4后面的红外对管5。密封壳体1采用透明材料，同时覆盖于透光孔4上，以保护包括按键电路在内的内部结构，同时实现防尘防水功能；不透光的贴膜3覆盖于壳体表面，防止自然光造成的对红外对管5的干扰，影响从透光孔处反射回来的红外光的检测；透光孔4由不透光的贴膜3上的孔洞形成。

当有物体遮挡透光孔4(比如手指触摸)时，按键电路中的主控电路可执行按键响应指令，实现按键的触摸触发操作。

本发明的按键能够根据物体遮挡物状态，自动调整红外对管5的发射强度，达到红外按键最佳灵敏度。

按键电路如图2所示，还包括电压调整电路和红外对管U1，MCU主控电路通过AD采集红外接收管的信号，经过计算输出电压调整指令，通过两端的电压调整红外发射管的强度，来实现自动校准功能。

按键电路具体在下面的电路实施例中详细介绍。

电路实施例：

本发明的一种具有校准功能的红外触摸按键电路如图2所示，包括红外对管U1，红外对管U1的红外发射二极管的阳极(2管脚)通过电压调整电路连接电源正极端子VCC，红外发射二极管的阴极(1管脚)接地；红外对管U1的红外接收管(采用三极管)的发射级(4管脚)接地，红外接收管的集电级(3管脚)连接AD采样电路，采样电路包括接于采样点到电源正极端子VCC之间的分压电阻。MCU主控电路通过采样电路连接采样点(三极管的集电极3管脚)，还控制连接电压调整电路，调整以实现红外发射二极管两端的电压，进而调整红外发射二极管的发光强度。

电压调整电路的电路原理如图3所示，电压调整电路控制端的控制口用于与MCU主控单元通信连接。电压调整电路中包括一个三极管Q1，其中发射极和集电极串联进红外发射二极管的供电回路中，本实施例具体的串联在红外发射二极管阴极与地之间。MCU主控电路通过调整PWM控制信号的占空比，来控制三极管Q1的导通占空比，从而控制红外对管U1上红外发射二极管上的电压，达到控制红外发射二极管发射红外信号强度的目的。作为其他实施例，电压调整电路还可以采用其他形式，本发明不做限定。

红外对管5的红外发射部分(红外发射管)，发射红外光线，透过透明的密封壳体1，从透光孔4射出，当有人体的手指或者其他物体遮挡在透光孔4位置时，发射的红外光通过手指或者物体反射部分光线，红外对管5的接收部分(红外接收管)接收到红外光，MCU控制电路通过AD采集电压信号，解析接收光强度，如果达到设定的接收光触发门限，就判定为按键响应。

如果当红外对管5由于元器件的批次一致性不同，在一定的供电电压下，若红外发射强度较高，或者接收灵敏度较高时,这时当人体的手指或者其他物体还未触摸到透光孔4即红外按键的表面，就有可能引起按键被触发。此时通过本发明的红外触摸按键电路的校准功能，降低发射管电压，从而减低发射管红外发射强度，可以调整按键触发触摸的距离(即灵敏度)，避免按键误触发的发生。相同的，当红外发射强度较低，或者接收管接收灵敏度降低，或者按键表面磨损、异物附着时(磨损和异物吸收了部分红外光，导致反射的红外光减少；若异物增加了红外光的反射，则应属于上述易误触的情况)，接收管接收到的反射过来的红外光会变少，导致触摸不灵敏甚至按键失效。此时通过本发明的红外触摸按键电路的校准功能，增大发射管电压，从而增强发射管发射强度，使触摸时接收管接收到的红外光与灵敏度适当的按键相同。

校准过程可以为，通过实验标定最佳灵敏度时，无触摸下接收管接收的红外光强度(由AD采样得到的初始值来体现)。标定过程中通过MCU主控电路调节电压调整电路，改变发射管两端的电压，改变发射管产生的亮度，使无触摸时红外光强度达到标定的无触摸下接收管接收的红外光强度。

具体可以为，MCU主控电路接收到校准指令后(应当确保红外触摸按键表面清洁且无人触摸时，发出校准指令)，实时检测对接收管进行采样的AD采样值，若采样值低于设定值(例如500mV)，则MCU主控电路控制增加发射管两端电压，直到接收管的AD采样值(即初始值)达到500mV；若采样值高于设定值(例如500mV)，则MCU主控电路控制降低发射管两端电压，直到接收管的AD采样值达到500mV。初始值达到设定值时，完成校准，保持对红外触摸按键中发射管的供电为完成校准的电压值，也即保持MCU主控电路完成校准时的输出PWM的占空比，直到下一次校正。本领域技术人员应当明了，由于调整及对接收管的AD采样难以做到完全精确，因此在满足一定误差要求的前提下，AD采样值达到标定的初始值前后的一定范围内，也即认为AD采样值达到了标定的初始值。

以上介绍的带有自动校准功能的红外触摸按键电路会根据红外对管的实际使用工况，通过反馈，适时的调整红外光的发射强度，从而达到按键始终工作于最佳状态，解决按键不灵敏或者误触发的问题。

综上所述，本发明可实现红外触摸按键的批量一致性，并不受使用环境变化的影响，无需人工干预，能够自动校准按键效果，并具有防水、抗水渍油渍、抗环境光干扰、抗按键表面磨损、寿命长等优点。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有校准功能的红外触摸按键电路，其特征在于，包括红外对管、主控电路和电压调整电路；所述红外对管中的红外发射管通过电压调整电路接于电源端子之间；所述主控电路通过采样电路连接红外对管中红外接收管的一端；所述主控电路还控制连接电压调整电路以实现红外发射管供电电压的改变。

2.根据权利要求1所述的具有校准功能的红外触摸按键电路，其特征在于，通过如下方法实现红外触摸按键电路的校准：在无人触发对应红外触摸按键时，主控电路通过电压调整电路控制红外发射管两端的供电电压，使通过采样电路采集到的红外接收管的电压维持在设定值；当通过采样电路采集到的红外接收管的电压大于设定值时，降低红外发射管两端的供电电压，当通过采样电路采集到的红外接收管的电压小于设定值时，升高红外发射管两端的供电电压。

3.根据权利要求2所述的具有校准功能的红外触摸按键电路，其特征在于，所述电压调整电路包括三极管，所述三极管的集电极和发射极串联在红外发射管与电源端子的供电回路之中，所述主控电路控制连接三极管的基极；所述主控电路通过调节输入三极管基极PWM信号的占空比来控制红外发射管两端的供电电压。

4.根据权利要求3所述的具有校准功能的红外触摸按键电路，其特征在于，所述采样电路包括分压电阻，所述分压电阻与红外接收管串联于电源端子之间；所述分压电阻与红外接收管之间与主控电路相连以输出采样值。

5.根据权利要求4所述的具有校准功能的红外触摸按键电路，其特征在于，所述设定值为500mV。

6.一种具有校准功能的红外触摸按键，其特征在于，包括透明的按键触发区、红外对管、主控电路和电压调整电路，所述按键触发区正面用于触摸以触发按键；所述红外对管设置于按键触发区背面；所述红外对管中的红外发射管通过电压调整电路接于电源端子之间；所述主控电路通过采样电路连接红外对管中红外接收管的一端；所述主控电路还控制连接电压调整电路以实现红外发射管供电电压的改变。

7.根据权利要求6所述的具有校准功能的红外触摸按键，其特征在于，通过如下方法实现红外触摸按键的校准：在无人触发对应红外触摸按键时，主控电路通过电压调整电路控制红外发射管两端的供电电压，使通过采样电路采集到的红外接收管的电压维持在设定值；当通过采样电路采集到的红外接收管的电压大于设定值时，降低红外发射管两端的供电电压，当通过采样电路采集到的红外接收管的电压小于设定值时，升高红外发射管两端的供电电压。

8.根据权利要求7所述的具有校准功能的红外触摸按键，其特征在于，所述电压调整电路包括三极管，所述三极管的集电极和发射极串联在红外发射管与电源端子的供电回路之中，所述主控电路控制连接三极管的基极；所述主控电路通过调节输入三极管基极PWM信号的占空比来控制红外发射管两端的供电电压。

9.根据权利要求8所述的具有校准功能的红外触摸按键，其特征在于，所述采样电路包括分压电阻，所述分压电阻与红外接收管串联于电源端子之间；所述分压电阻与红外接收管之间与主控电路相连以输出采样值。

10.根据权利要求9所述的具有校准功能的红外触摸按键，其特征在于，所述设定值为500mV。

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