CN202331449U

CN202331449U - 一种基于纸电池的柔性简易计算器

Info

Publication number: CN202331449U
Application number: CN2011204068700U
Authority: CN
Inventors: 李志合; 韦树远; 何贤励; 张瑞峰
Original assignee: Tianjin University; Tianjin Masterwork Printing Equipment Co Ltd
Current assignee: Tianjin University; Masterwork Machinery Co Ltd; Tianjin Masterwork Printing Equipment Co Ltd
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2021-10-24

Abstract

一种基于纸电池的柔性简易计算器，其特征在于它包括柔性薄型基材、电池POWER PAPER、控制芯片U1、矩阵键盘U2、显示芯片U3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R1、电阻R 2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6；其优越性是：1、尺寸小、易携带、抗折性好、手感佳；2、由厚度仅为0.6mm柔性纸电池供电；3、具有简单的报错功能；4、采用3V供电的液晶显示器VF0001显示；5、采用节约控制芯片I/O端口的4×4矩阵式键盘开关，并且采用中断扫描方式，工作效率高，在有按键动作时才扫描，平时不进行扫描工作。

Description

一种基于纸电池的柔性简易计算器

(一)技术领域

本实用新型涉及一种计算器，尤其是一种基于纸电池的柔性简易计算器。

(二)背景技术

随着电池技术的发展，新型电池层出不穷，柔性纸电池由于其特有的形状和尺寸优势(厚度超薄，只有0.6mm，并且极富弹性，可折叠不影响正常使用)，并且其制作原料不含任何有毒物质，不会产生过热、爆炸及直接丢弃后不会对环境的污染环保的特点，已被广泛应用于美容、医疗、IT以及物联网等领域。

计算器作为一种快速通用的计算工具方便了用户的使用，传统的计算器一般采用干电池或者纽扣电池等硬质电池供电，由于其固有的体积大，柔性差的缺点，需要专门的安放空间，这就使得传统计算器的厚度和面积一般都比较大。

综上，为了克服硬质电池供电计算器的缺点和拓展纸电池的应用领域。设计了一种采用柔性纸电池供电基于单片机控制的的新型柔性简易计算器。具有体积小、厚度薄、重量轻、柔性可弯曲、并且价格低廉的特点。

(三)实用新型内容：

本实用新型的目的在于设计一种基于纸电池的柔性简易计算器，它可以克服现有技术的不足，是一种设计简单、结构清晰、体积小、厚度薄、重量轻、柔性可弯曲、并且价格低廉的计算器。

本实用新型的技术方案：一种基于纸电池的柔性简易计算器，其特征在于它包括柔性薄型基材、电池POWER PAPER、控制芯片U1、矩阵键盘U2、显示芯片U3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6；其中所述控制芯片U1有P0.0口、P0.1口、P0.5口、P0.6口、P0.7口、VDD引脚、P2.7口、P2.6口、P2.5口、P2.4口、P2.3口、P2.2口、P2.1口、P2.0口、P1.7口、P1.6口、P1.5口、P1.4口、P1.3口、P1.2口、P1.1口和P1.0口；所述矩阵键盘U2有A端子、B端子、C端子、D端子、1端子、2端子、3端子和4端子；所述显示芯片U3有VSS引脚、VDD引脚、RS引脚、RW引脚、E引脚、D0口、D1口、D2口、D3口、D4口、D5口、D6口和D7口；所述电池POWER PAPER、控制芯片U1、矩阵键盘U2、显示芯片U3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6均焊接在柔性薄型基材上，其中电池POWER PAPER焊接在一面，其它部分焊接在另一面；所述电池POWER PAPER的正极分别连接控制芯片U1的VDD引脚和显示芯片U3的VDD引脚，同时经电阻R1与二极管D1、二极管D2的正极连接，经电阻R2与二极管D3、二极管D4的正极连接，经电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6与矩阵键盘U2的1端子、2端子、3端子和4端子以及控制芯片U1的P2.7口、P2.6口、P2.5口、P2.4口连接；其负极与控制芯片U1的GND引脚和显示芯片U3的VSS引脚连接；所述控制芯片U1的P0.0口经电阻R1与二极管D1、二极管D2的正极连接；P0.1口经电阻R2与二极管D3、二极管D4的正极连接；P2.3口、P2.2口、P2.1口、P2.0口分别连接矩阵键盘U2的A端子、B端子、C端子、D端子；P1.7口、P1.6口、P1.5口、P1.4口、P1.3口、P1.2口、P1.1口和P1.0口分别连接显示芯片U3的D7口、D6口、D5口、D4口、D3口、D2口、D1口和D0口；P0.5口、P0.6口、P0.7口分别连接显示芯片U3的RS引脚、RW引脚、E引脚；所述二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4的负极分别连接控制芯片U1的P2.4口、P2.5口、P2.6口、P2.7口。

所述柔性薄型基材是尺寸为90×54×0.25mm的柔性PCB版。

所述电池POWER PAPER是由两节1.5V尺寸为39mm×44mm的柔性纸电池串联而成。

所述柔性纸电池包括尺寸为39×39mm的电池主体部分和两个4×10mm的正负电极。

所述控制芯片U1采用贴片QFN-28形式封装尺寸为5mm×5mm×1mm单片机芯片C8051F362。

所述矩阵键盘U2是4×4柔性矩阵式键盘薄膜开关，它是由按键板、电路层和按键膜组成；其中按键板和按键膜是聚酯薄膜(PET)柔性材料做成的按键板和按键膜；电路层则由16个直径为4mm～10mm的锅仔片和8线排线组成。

所述显示芯片U3是供电电压为3V的超薄柔性液晶显示屏VF0001。

所述电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6均是采用0603贴片封装的1K～5K电阻。

所述二极管D1、D2、D3、D4均是采用0603贴片封装的二极管CD4148。

本实用新型的工作原理：

矩阵键盘U2是4×4柔性矩阵式键盘薄膜开关，该薄膜开关由按键板、电路层和按键膜组成。其中按键板和按键膜均由聚酯薄膜(PET)柔性材料做成；电路层由16个直径为5mm的锅仔片和8线排线组成；16个锅仔片分别对应数字1～9，“+”、“-”、“×”、“÷”运算符，等号“＝”和清零键C；8线排线对应U2的四个行线A～D和四个列线1～4。U3占用的总面积为25mm×25mm；键盘处理采用中断工作方式；显示芯片U3是供电电压为3V的超薄柔性液晶显示屏VF0001，其具体参数为，显示内容：8位16字；外型尺寸：28.4×12.2×0.55mm；视域尺寸(W×H)：24.4×6.0mm；字符大小(W×H)：2.0×5.0mm；采用导电胶将纸电池粘接在柔性PCB背面，其它元器件均放置于柔性PCB正面。其中控制芯片和电位器R1直接焊接在柔性PCB焊盘上，矩阵键盘U2和显示芯片U3的排线压接在柔性PCB对应接口上。

该实用新型所使用的软件设计分为键盘输入、数值显示、加减乘除四则运算和错误的控制及提示四部分，运算主程序设计流程为：首先初始化参数，LCD低位显示“0”，然后判断键盘是否有按键输入，若有，读取键码；判断键码是数字键、清零键、等号键还是运算符键(“+”“-”“×”“÷”)，是数字键则送LCD显示并保存数值；是清零键则做清零处理，LCD低位显示“0”；，是“＝”则计算最后结果并送LCD显示；若是运算符键则转入相对应的运算符处理子程序，然后再等待下一个按键输入......；错误的控制及提示部分可分为运算结果超出LCD可显示的最大位数和除数运算符后键入的按键为0两种情况，分别为“结果溢出”，“除数≠0”。

本实用新型的优越性是：1、基于柔性PCB电路板，尺寸小(90mm×54mm×1.85mm，只有名片大小)、易携带、抗折性好、手感佳；2、由厚度仅为0.6mm柔性纸电池供电；3、由采用贴片封装的单片机芯片C8051F362控制，具有简单的报错功能；4、采用3V供电的液晶显示器VF0001显示；5、采用节约控制芯片I/O端口的4×4矩阵式键盘开关，并且采用中断扫描方式，中断方式可以有效提高MCU工作效率，在有按键动作时才扫描，平时不进行扫描工作。

(四)附图说明

图1为本实用新型所涉一种基于纸电池的柔性简易计算器的硬件电路原理图。

图2为本实用新型所涉一种基于纸电池的柔性简易计算器矩阵键盘U2的内部结构图。

(五)具体实施方式

实施例：一种基于纸电池的柔性简易计算器(见图1、图2)，其特征在于它包括柔性薄型基材、电池POWER PAPER、控制芯片U1、矩阵键盘U2、显示芯片U3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6；其中所述控制芯片U1有P0.0口、P0.1口、P0.5口、P0.6口、P0.7口、VDD引脚、P2.7口、P2.6口、P2.5口、P2.4口、P2.3口、P2.2口、P2.1口、P2.0口、P1.7口、P1.6口、P1.5口、P1.4口、P1.3口、P1.2口、P1.1口和P1.0口；所述矩阵键盘U2有A端子、B端子、C端子、D端子、1端子、2端子、3端子和4端子；所述显示芯片U3有VSS引脚、VDD引脚、RS引脚、RW引脚、E引脚、D0口、D1口、D2口、D3口、D4口、D5口、D6口和D7口；所述电池POWER PAPER、控制芯片U1、矩阵键盘U2、显示芯片U3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R1、电阻R 2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6均焊接在柔性薄型基材上，其中电池POWER PAPER焊接在一面，其它部分焊接在另一面；所述电池POWER PAPER的正极分别连接控制芯片U1的VDD引脚和显示芯片U3的VDD引脚，同时经电阻R1与二极管D1、二极管D2的正极连接，经电阻R2与二极管D3、二极管D4的正极连接，经电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6与矩阵键盘U2的1端子、2端子、3端子和4端子以及控制芯片U1的P2.7口、P2.6口、P2.5口、P2.4口连接；其负极与控制芯片U1的GND引脚和显示芯片U3的VSS引脚连接；所述控制芯片U1的P0.0口经电阻R1与二极管D1、二极管D2的正极连接；P0.1口经电阻R2与二极管D3、二极管D4的正极连接；P2.3口、P2.2口、P2.1口、P2.0口分别连接矩阵键盘U2的A端子、B端子、C端子、D端子；P1.7口、P1.6口、P1.5口、P1.4口、P1.3口、P1.2口、P1.1口和P1.0口分别连接显示芯片U3的D7口、D6口、D5口、D4口、D3口、D2口、D1口和D0口；P0.5口、P0.6口、P0.7口分别连接显示芯片U3的RS引脚、RW引脚、E引脚；所述二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4的负极分别连接控制芯片U1的P2.4口、P2.5口、P2.6口、P2.7口。

所述柔性薄型基材(见图1)是尺寸为90×54×0.25mm的柔性PCB版。

所述电池POWER PAPER(见图1)是由两节1.5V尺寸为39mm×44mm的柔性纸电池串联而成。

所述柔性纸电池(见图1)包括尺寸为39×39mm的电池主体部分和两个4×10mm的正负电极。

所述控制芯片U1(见图1)采用贴片QFN-28形式封装尺寸为5mm×5mm×1mm单片机芯片C8051F362。

所述矩阵键盘U2(见图1、图2)是4×4柔性矩阵式键盘薄膜开关，它是由按键板、电路层和按键膜组成；其中按键板和按键膜是聚酯薄膜(PET)柔性材料做成的按键板和按键膜；电路层则由16个直径为5mm的锅仔片和8线排线组成。

所述显示芯片U3(见图1)是供电电压为3V的超薄柔性液晶显示屏VF0001。

所述电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6(见图1)均是采用0603贴片封装的3.1K电阻。

所述二极管D1、D2、D3、D4(见图1)均是采用0603贴片封装的二极管CD4148。

本实施例中，矩阵键盘U2是4×4柔性矩阵式键盘薄膜开关，该薄膜开关由按键板、电路层和按键膜组成。其中按键板和按键膜均由聚酯薄膜(PET)柔性材料做成；电路层由16个直径为5mm的锅仔片和8线排线组成；16个锅仔片分别对应数字1～9，“+”、“-”、“×”、“÷”运算符，等号“＝”和清零键C；8线排线对应U2的四个行线A～D和四个列线1～4。U3占用的总面积为25mm×25mm；键盘处理采用中断工作方式；显示芯片U3是供电电压为3V的超薄柔性液晶显示屏VF0001，其具体参数为，显示内容：8位16字；外型尺寸：28.4×12.2×0.55mm；视域尺寸(W×H)：24.4×6.0mm；字符大小(W×H)：2.0×5.0mm；采用导电胶将纸电池粘接在柔性PCB背面，其它元器件均放置于柔性PCB正面。其中控制芯片和电位器R1直接焊接在柔性PCB焊盘上，矩阵键盘U2和显示芯片U3的排线压接在柔性PCB对应接口上。

本实施例所使用的软件设计分为键盘输入、数值显示、加减乘除四则运算和错误的控制及提示四部分，运算主程序设计流程为：首先初始化参数，LCD低位显示“0”，然后判断键盘是否有按键输入，若有，读取键码；判断键码是数字键、清零键、等号键还是运算符键(“+”“-”“×”“÷”)，是数字键则送LCD显示并保存数值；是清零键则做清零处理，LCD低位显示“0”；，是“＝”则计算最后结果并送LCD显示；若是运算符键则转入相对应的运算符处理子程序，然后再等待下一个按键输入......；错误的控制及提示部分可分为运算结果超出LCD可显示的最大位数和除数运算符后键入的按键为0两种情况，分别为“结果溢出”，“除数≠0”。

Claims

1.一种基于纸电池的柔性简易计算器，其特征在于它包括柔性薄型基材、电池POWER PAPER、控制芯片U1、矩阵键盘U2、显示芯片U3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R1、电阻R 2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6；其中所述控制芯片U1有P0.0口、P0.1口、P0.5口、P0.6口、P0.7口、VDD引脚、P2.7口、P2.6口、P2.5口、P2.4口、P2.3口、P2.2口、P2.1口、P2.0口、P1.7口、P1.6口、P1.5口、P1.4口、P1.3口、P1.2口、P1.1口和P1.0口；所述矩阵键盘U2有A端子、B端子、C端子、D端子、1端子、2端子、3端子和4端子；所述显示芯片U3有VSS引脚、VDD引脚、RS引脚、RW引脚、E引脚、D0口、D1口、D2口、D3口、D4口、D5口、D6口和D7口；所述电池POWER PAPER、控制芯片U1、矩阵键盘U2、显示芯片U3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6均焊接在柔性薄型基材上，其中电池POWER PAPER焊接在一面，其它部分焊接在另一面；所述电池POWER PAPER的正极分别连接控制芯片U1的VDD引脚和显示芯片U3的VDD引脚，同时经电阻R1与二极管D1、二极管D2的正极连接，经电阻R2与二极管D3、二极管D4的正极连接，经电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6与矩阵键盘U2的1端子、2端子、3端子和4端子以及控制芯片U1的P2.7口、P2.6口、P2.5口、P2.4口连接；其负极与控制芯片U1的GND引脚和显示芯片U3的VSS引脚连接；所述控制芯片U1的P0.0口经电阻R1与二极管D1、二极管D2的正极连接；P0.1口经电阻R2与二极管D3、二极管D4的正极连接；P2.3口、P2.2口、P2.1口、P2.0口分别连接矩阵键盘U2的A端子、B端子、C端子、D端子；P1.7口、P1.6口、P1.5口、P1.4口、P1.3口、P1.2口、P1.1口和P1.0口分别连接显示芯片U3的D7口、D6口、D5口、D4口、D3口、D2口、D1口和D0口；P0.5口、P0.6口、P0.7口分别连接显示芯片U3的RS引脚、RW引脚、E引脚；所述二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4的负极分别连接控制芯片U1的P2.4口、P2.5口、P2.6口、P2.7口。

2.根据权利要求1所述一种基于纸电池的柔性简易计算器，其特征在于所述柔性薄型基材是尺寸为90×54×0.25mm的柔性PCB版。

3.根据权利要求1所述一种基于纸电池的柔性简易计算器，其特征在于所述电池POWER PAPER是由两节1.5V尺寸为39mm×44mm的柔性纸电池串联而成。

4.根据权利要求3所述一种基于纸电池的柔性简易计算器，其特征在于所述柔性纸电池包括尺寸为39×39mm的电池主体部分和两个4×10mm的正负电极。

5.根据权利要求1所述一种基于纸电池的柔性简易计算器，其特征在于所述控制芯片U1采用贴片QFN-28形式封装尺寸为5mm×5mm×1mm单片机芯片C8051F362。

6.根据权利要求1所述一种基于纸电池的柔性简易计算器，其特征在于所述矩阵键盘U2是4×4柔性矩阵式键盘薄膜开关，它是由按键板、电路层和按键膜组成；其中按键板和按键膜是聚酯薄膜(PET)柔性材料做成的按键板和按键膜；电路层则由16个直径为4mm～10mm的锅仔片和8线排线组成。

7.根据权利要求1所述一种基于纸电池的柔性简易计算器，其特征在于所述显示芯片U3是供电电压为3V的超薄柔性液晶显示屏VF0001。

8.根据权利要求1所述一种基于纸电池的柔性简易计算器，其特征在于所述电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6均是采用0603贴片封装的1K～5K电阻。

9.根据权利要求1所述一种基于纸电池的柔性简易计算器，其特征在于所述二极管D1、D2、D3、D4均是采用0603贴片封装的二极管CD4148。