CN201352784Y - 整体式压电触摸按键 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公布了一种整体式压电触摸按键，其特征在于包括压电按键组和主电路，其中压电按键组由上至下依次为顶部保护膜、压电模块、FPC和底部保护膜，主电路由电阻网络、微处理器和滤波电路依次串联组成；所述压电模块的正极接顶部保护膜的下表面，压电模块的负极接FPC的上表面，FPC的下表面接底部保护膜的上表面，FPC的输出端接电阻网络的输入端。本实用新型防水，防湿气，防腐，具有很强的抗干扰性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种触摸按键，尤其涉及一种整体式压电触摸按键。
背景技术
压电陶瓷在外力的作用下可产生电荷这一现象被发现几十年了。目前已知的压电材料有几十种。早期发现的压电材料主要是石英和电气石等一些单晶材料，后来发现了罗息盐等类铁电体以及一些生物体也具有压电性，不过这些早期的压电材料由于压电及工艺性能较差，很难满足工业应用的要求，限制了压电技术的发展。在1942-1945年期间，美国、前苏联及日本的科学家发现铁酸制(BaTiO 3)是铁电体，极化后具有压电性能。铁酸坝陶瓷的发现促进压电材料的发展，它不但使压电材料从一些单晶体材料发展到压电陶瓷等多晶体材料，而且在压电性能上也有了大幅度提高。后来人们发现了锆铁酸铅PbZrO3-Pb TiO3(PZT)圆溶体系统有非常强及稳定的压电性能。到目前，PZT系陶瓷儿乎己完全取代了BaTiO3系陶瓷。本项目所采用的压电发电材料即是PZT。
由于以往压电材料的机电转换效率较低、电子器件所需功耗较大，压电发电功率不能满足使用要求。随着人们对压电材料的深入研究，压电材料的发电能力得到了很大的提高，另一方面，人们不断推出具有超低功耗的电子元件、集成芯片，也掌握了超低功耗电路系统的设计方法。两者的结合让压电发电装置作为低功耗电子产品的能量来源成为可能。
现有的按键，不防水，按键表面弧度不能任意变化，成本高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷提出一种整体式压电触摸按键。
本实用新型整体式压电触摸按键，其特征在于包括压电按键组和主电路，其中压电按键组由上至下依次为顶部保护膜、压电模块、FPC和底部保护膜，主电路由电阻网络、微处理器和滤波电路依次串联组成；所述压电模块的正极接顶部保护膜的下表面，压电模块的负极接FPC的上表面，FPC的下表面接底部保护膜的上表面，FPC的输出端接电阻网络的输入端。
本实用新型可以防水，防湿气，防腐，更有很强的抗干扰性。这样对于一些高阻感应材料如ITO配合使用时，方案的可靠性更高。本项目的发明，可使得按键的外观设计更有创新空间，能改变传统设计外观的木纳，繁杂，使得按键外观可以有弯曲，折叠等等各种形状供设计人员参考。给人以更新颖独特，简单大方的印象；同时使用也更加具有人性化，除了控制上简单，维护更简单，清洁起来也更容易。由于压电陶瓷触摸按键不需要机械结构，相比传统的机械按键和薄膜按键有着不可比拟的优势。按键的基本性能如行程，操作力和机械寿命主要是由按键的类型和材料决定的。使用压电陶瓷触摸按键，无需机械结构，按键表面只是一层薄薄的特殊材料做成的压电陶瓷，非常耐用，操作也只需要轻轻触碰。基本使用寿命在1000W次以上。
附图说明
图1：本实用新型整体结构图；
图2：本实用新型压电按键组结构图；
图3：本实用新型软件流程图。
具体实施方式
如图1和图2所示。本实用新型整体式压电触摸按键，其特征在于包括压电按键组和主电路，其中压电按键组由上至下依次为顶部保护膜、压电模块、FPC和底部保护膜，主电路由电阻网络、微处理器和滤波电路依次串联组成；所述压电模块的正极接顶部保护膜的下表面，压电模块的负极接FPC的上表面，FPC的下表面接底部保护膜的上表面，FPC的输出端接电阻网络的输入端。
本实用新型的设计方法采用交叉式的方式。这样可以减少按键之间的相互影响，穿透覆盖层的能力较差。因为覆盖层较薄，所以需要按键之间有良好的隔离。压片陶瓷的尺寸，采用和拇指大小对应的尺寸。以达到最好的灵敏度，实现良好的传感。在PCB板布线上，接地面和按键在于印制板的同一侧采用0.5mm间隙尺寸，可以很好使电场穿透覆盖层。在走线的布置上，PCB上连接PAD跟IC引脚的铜线越短越好。走线的宽度会增加系统中铜覆盖的面接，从而提高传感器的电容值，同时也会增加与其他元件的耦合机会。本项目采用的走线宽度为0.2mm.在走线的位置上尽可能的减少与其他元器件的互感。没有接近或并行于高频通信线路，以达到减少干扰的目的。
本实用新型则将压电发电技术与业界以低功耗著称的MSP430系列单片机一起，研发出了新一代的压电陶瓷触摸按键。本实用新型的实现彻底颠覆了传统按键的设计方法。大大的延长了按键的使用寿命，使按键无限寿命成为可能。可广泛应用于消费类电子产品，例如LCDTV/Monitor，DPF，小家电，家庭音箱，教育类、玩具类、PC周边类、手持通讯类等产品。MSP430系列单片机实现触摸方式有两种方式：1：RC(阻容)方式；2：RO(松弛振荡)方式。本项目采用的是RC(阻容)方式。RC方式实现按键的检测使用P1.XP2.X端口。在软件上，重点是基准电容的检测。实现压电陶瓷触摸按键时，检测电容充放电时间的精度将受到外界环境的影响，如：系统供电电源，定时器计时的频率高低及外部50/60HZ主频干扰，以上诸多因素都可能在一定程度上影响测量结果。对于此种影响，我们可以采用软件滤波算法，或者采用对多个测量取平均，来处理测量结果。
如图3所示。软件的设计包含3个部分：感应按键的基准电压检测，单个按键更功能的实现，多路按键的复用。
1：基准电压检测
基准电压为按键未被触时的电压状态，即PCB板上“焊盘”的感应电压。在检测感应电压的触摸或滑动按键功能之前，基准电压的检测是软件算法中非常重要的一个关键步骤，因为我们需要根据基准电压的大小设定一个按键阈值，判断有无按键按下。同时，电源电压的稳定性、PCB材质、周围环境如温度、湿度等因素都会影响基准电压的检测，所以在实现电压式触摸感应按键时需“动态”检测该基准电压值，否则当外界环境改变而影响基准电压时，设定的按键阈值相应会有偏差，从而引起按键的误操作。
本项目采用的是一种“动态”检测基准电压值和根据基准电压值变化调整按键阈值的方法，每一个按键均需要单独使用这种方法进行检测，流程图中的变量“BASE”基准值并不是反应实际“焊盘”按键的感应电压值的增加或减小，而是软件算法中的调整变量。
完成一次检测后，首先确定是否检测到有效按键按下，本项目采用设定一个“最小检测阈值”，只有当检测结果的变化值达到这个“最小检测阈值”时，确认为一次有效按键，而“最小检测阈值”比实现一个简单的ON/OFF时在程序中实际所设定的基准阈值会小很多。当没有触摸按键时，空按键寄生电压放电时间单位为10；当手指触摸按键时，按键电压放电时间最小为20，则可以将“最小检测阈值”设置为中间值15。
当检测到没有按键按下时，调整“BASE”值，由检测到基准电压值大小的改变情况决定如何调整“BASE”值，当检测到按键基准电压减小时，“BASE”值相应地自动减小。当按键按下时，所检测到的电压值肯定增大，所以当程序检测到按键基准电压变小时，那么实际的基准电压肯定是变小了，此时可以将“BASE”值与新检测到的结果做平均运算，同时将得到的平均值作为新的“BASE”值，作为下一次的判断标准。
当检测结果表明基准电压增大时，则须降低检测基准电压的速度，此时基准电压的增加，可能为基准电压真的增大了，或者可能是当手指正在靠近PCB上的感应按键时引起的，此时过快调整“BASE”值，将导致有手指按下时检测不到按键被按下。如果在没有手指触摸时检测到基准电压值增加，那么可以在程序中进行简单的调整，即将“BASE”值进行加1操作。
2：单个按键功能的实现
单个按键的检测即为开关按键的检测，触摸按键的灵敏度和电压的变化值对按键操作的影响相对来说比较小，检测4个感应电压，未触摸的按键被测量出的结果只是一个基准数值，即基准电压的充放电数值，第二个按键由于手指触摸后感应电压压量的增加，所以增加一个最大计数值，每一个按键的灵敏度要根据所设定的按键阈值决定，该阈值在基准电压和触摸的最大计数值之间调整，同时，设定阈值大小时须考虑到外界检测噪音的影响，以提高检测的准确性与按键的可靠性、稳定性。
3：多路按键复用实现
实现多路触摸按键时，经常需要多个触摸按键点，当利用MSP430系列微控制器的I/O口实现触摸按键时，可能I/O口数量不够，此时可以采用多个按键共用一个I/O口来实现。一个I/O口接几个触摸按键，当一个按键按下时，I/O口会检测到几个按键同时被按下的情况，那么这种情况下就需要相邻近几个键的检测值来判断为哪个按键被按下。实际被按下为中间指示的按键，但是两侧的按键也被检测到按下，即只有中间按键的、左右两按键的电压值略增加，此时可以通过软件判断是中间按键被按下。
4：按键码输出方式
采用MSP430系列单片机有多个型号的芯片供选择，可根据具体应用分别采用并口，串口，SPI总线，I2C总线，RS485总线，CAN总线等数字输出方式，也可以采用DA输出模拟信号，直接取代原来采用模拟方式按键输入的场合。
其中串口，SPI总线，I2C总线适合在体积小的嵌入式场合，例如手持设备，移动电话中，具有占用I/O口线少的特点。采用DA输出方式时，可以应用MSP430单片机的PWM模块产生模拟电压，或者电阻网络生成模拟电压，而不必采用带DA模块的芯片，从而减低成本，适用于对成本极端敏感的消费类电子产品中，而电阻网络生成模拟电压具有电磁辐射小的特点，能提高产品的EMC性能。
5：低功耗控制：
传统的按键检测芯片功耗较大，本方案中采用微功耗的MSP430系列单片机，能有效降低按键模块的待机电流，延长了电池的使用寿命，因此特别适合于手持设备，移动电话，绿色家电中。模块在待机时静态电流小于1毫安。
Claims (1)
1.一种整体式压电触摸按键，其特征在于包括压电按键组和主电路，其中压电按键组由上至下依次为顶部保护膜、压电模块、FPC和底部保护膜，主电路由电阻网络、微处理器和滤波电路依次串联组成；所述压电模块的正极接顶部保护膜的下表面，压电模块的负极接FPC的上表面，FPC的下表面接底部保护膜的上表面，FPC的输出端接电阻网络的输入端。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102789337A (zh) * | 2012-07-23 | 2012-11-21 | 深圳芯邦科技股份有限公司 | 一种触摸按键的实现方法及触摸控制装置 |
| CN103780239A (zh) * | 2012-10-25 | 2014-05-07 | 贝辛电子科技（上海）有限公司 | 压电驻极体薄膜按键 |
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2009
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| CN102789337A (zh) * | 2012-07-23 | 2012-11-21 | 深圳芯邦科技股份有限公司 | 一种触摸按键的实现方法及触摸控制装置 |
| CN102789337B (zh) * | 2012-07-23 | 2015-08-26 | 深圳芯邦科技股份有限公司 | 一种触摸按键的实现方法及触摸控制装置 |
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| CN103780239B (zh) * | 2012-10-25 | 2018-04-13 | 贝骨新材料科技（上海）有限公司 | 压电驻极体薄膜按键 |
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