CN204810331U - 手机压力触控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种手机压力触控装置，包括：手机本体；设置在手机本体表面的至少一个压力触控部件，用于感测外部压力，并根据外部压力生成模拟电信号；信号处理电路，与至少一个压力触控部件的输出端相连，用于对至少一个压力触控部件输出的模拟电信号进行处理，得到数字电信号；微处理器，与信号处理电路的输出端相连，用于根据数字电信号得到反映外部压力大小的至少一个压力信号，并根据至少一个压力信号触发手机本体执行对应的功能。本实用新型通过将感测的压力转换成反映用户意图的压力信号，并利用该压力信号触发手机本体执行对应的功能。

Description

手机压力触控装置

技术领域

本实用新型涉及电器技术领域，具体涉及一种手机压力触控装置。

背景技术

随着社会的不断进步，科技的不断发展，人们对于手机等消费品的要求也在日益提高。以手机为例，早期的手机仅仅能够实现接打电话的功能，而随着科技的不断进步，现如今的智能手机，不仅能够实现接打电话的功能，还能实现视频通话、游戏、购物等一系列的功能，实现了质的飞跃。

而人们对于手机的要求并不仅仅局限于此，例如：用户在使用手机时，并不仅仅追求手机功能的强大，同时他们也要求手机可以根据其按压力度执行不同的操作。但是，现有技术中缺少一种能够准确地感测使用者对触摸屏的按压力度以提供触发信号来控制手机执行对应功能的触控装置。

实用新型内容

本实用新型提供了一种手机压力触控装置，用于解决现有技术中不能准确地感测使用者对触摸屏的按压力度以触发手机执行对应功能的技术问题。

本实用新型提供一种手机压力触控装置，包括手机本体，还包括：设置在手机本体表面的至少一个压力触控部件，用于感测外部压力，并根据外部压力生成模拟电信号；信号处理电路，与至少一个压力触控部件的输出端相连，用于对至少一个压力触控部件输出的模拟电信号进行处理，得到数字电信号；微处理器，与信号处理电路的输出端相连，用于根据数字电信号得到反映外部压力大小的至少一个压力信号，并根据至少一个压力信号触发手机本体执行对应的功能。

可选地，若压力信号为一个，微处理器进一步用于将压力信号与预先设定的多个阈值范围进行比较，确定压力信号所属的阈值范围，并根据压力信号所属的阈值范围触发手机本体执行对应的功能。

可选地，若压力信号为多个，微处理器进一步用于对多个压力信号进行比较，根据多个压力信号的比较结果触发手机本体执行对应的功能。

可选地，压力触控部件设置在手机本体的后盖表面的部分区域或整个区域上，和/或，压力触控部件设置在手机本体的触摸屏表面的部分区域或整个区域上。

可选地，压力触控部件包括在手机本体表面平铺和/或层叠设置的至少一个摩擦发电机和/或至少一个压电发电机。

可选地，摩擦发电机包括三层结构、四层结构或者五层结构摩擦发电机中的一种或多种，摩擦发电机至少包含构成摩擦界面的两个表面，摩擦发电机具有至少两个输出端。

可选地，压电发电机包括氧化锌发电机，压电陶瓷发电机，聚偏氟乙烯发电机中的一种或多种。

可选地，压力触控部件包括在手机本体表面平铺和/或层叠设置的至少一个摩擦发电机；其中，摩擦发电机包括依次层叠设置的基板层，阵列电极层，通孔层，高分子聚合物绝缘层和第二电极层；阵列电极层通过通孔层与高分子聚合物绝缘层构成摩擦界面；基板层与手机本体表面接触。

可选地，压力触控部件采用透明、柔性材料制成。

可选地，信号处理电路包括：放大电路、整流电路、滤波电路和模数转换电路。

本实用新型提供的手机压力触控装置，在用户按压压力触控部件时，压力触控部件感测外部压力而产生模拟电信号，再经过信号处理电路处理成数字电信号，最后由微处理器根据处理后的数字电信号得到反映外部压力大小的压力信号，并根据压力信号触发手机本体执行对应的功能。本实用新型通过将感测的压力转换成反映用户意图的压力信号，并利用该压力信号触发手机本体执行对应的功能。

附图说明

图1示出了本实用新型一个实施例提供的手机压力触控装置的功能结构框图；

图2示出了本实用新型提供的一种手机压力触控装置的结构示意图；

图3a示出了用于本实用新型的一种摩擦发电机的结构示意图；

图3b示出了一种具有阵列电极结构的摩擦发电机的结构示意图；

图4示出了本实用新型一个实施例提供的信号处理电路的结构框图。

具体实施方式

为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明，但本实用新型并不仅仅限于此。

图1示出了本实用新型一个实施例提供的手机压力触控装置的功能结构框图。如图1所示，手机压力触控装置包括：手机本体(图未示出)、至少一个压力触控部件11、信号处理电路12和微处理器13。其中，至少一个压力触控部件11设置在手机本体的表面，用于感测外部压力，并根据压力生成模拟电信号；信号处理电路12的输入端与压力触控部件11的输出端相连，用于对压力触控部件11输出的模拟电信号进行信号处理，得到数字电信号；微处理器13的输入端与信号处理电路12的输出端相连，用于根据信号处理电路12输出的数字电信号得到反映外部压力大小的至少一个压力信号，并根据至少一个压力信号触发手机本体执行对应的功能。

其中，随着施加在至少一个压力触控部件11上的压力的变化，至少一个压力触控部件11输出的电压也会相应的变化，例如：当施加在压力触控部件11上的压力逐渐增大，其输出电压也会相应的增大；当施加在压力触控部件11上的压力逐渐减小，其输出电压也会相应的减小，总而言之，施加在压力触控部件11上的压力的变化趋势与其输出的电压的变化趋势相似。

其中，信号处理电路12可以采用现有技术中具有信号处理功能的硬件电路实现信号处理功能，也可以采用手机本体的信号处理电路实现信号处理功能，本领域技术人员可以根据需要进行选择，此处不做限定。其具体的实施例将在下文进行详细的描述。

其中，微处理器13可以采用常用的微处理器芯片实现，例如，TI的低功耗芯片MSP430、51系列单片机、ARM系列单片机等，或者采用多种电路共同实现微处理器的功能，或以上的结合，也可以采用手机本体的微处理器实现控制功能，本领域技术人员可以根据需求的方式进行选择，其无需借助任何程序控制，来实现得到反映外部压力大小的压力信号，本实用新型对此不做限制。

此外，当信号处理电路12和微处理器13采用独立的硬件电路实现时，信号处理电路12和/或微处理器13可以设置在手机本体的内部，也可以设置在手机本体的外部，此处不做限定，本领域技术人员可以根据需要进行选择。

应当注意的是，当信号处理电路12和微处理器13设置在手机本体内部时，为了将至少一个压力触控部件11的输出端与信号处理电路12的输入端相连接，需要在手机本体上设置导线通孔，使连接有至少一个压力触控部件11的输出端的导线穿过导线通孔连接至信号处理电路12的输入端；当信号处理电路12设置在手机本体的外部，微处理器13设置在手机本体内部时，同样需要在手机本体上设置导线通孔，使连接有信号处理电路12的输出端的导线穿过导线通孔连接至微处理器13的输入端。也就是说，当手机本体外部的部件和/或电路与手机本体内部的部件和/或电路进行连接时，需要使连接有部件和/或电路的输出端的导线穿过导线通孔连接至手机本体内部的部件和/或电路的输入端，但是，并不限于此，本领域技术人员还可以根据需要选择其他的连接方式，例如与手机本体的USB数据线接口连接。

进一步地，若压力信号为一个，微处理器用于将压力信号与预先设定的多个阈值范围进行比较，确定压力信号所属的阈值范围，根据压力信号所属的阈值范围触发手机本体执行对应的功能。

具体地，当使用者触碰手机本体的触摸屏时，由于压力触控部件11设置在手机本体的表面，压力触控部件11感测到外部压力的作用，产生机械形变，从而产生模拟电信号；压力触控部件11会将该模拟电信号输出至信号处理电路12，信号处理电路12在对模拟电信号进行信号处理后，得到与触碰压力大小相对应的数字电信号，并将该数字电信号输出至微处理器13；微处理器13接收到该数字电信号后，根据数字电信号得到反映外部压力大小的压力信号，并将压力信号与预先设定的阈值进行比较，确定压力信号所属的阈值范围，例如：微处理器13内部预先设定有三个阈值范围，其中，第一阈值范围为3V-5V，其对应的压力为3N-5N，认定为轻度的力，第二阈值范围为10V-12V，其对应的压力为8N-10N，认定为中度的力，第三阈值范围为15V-17V，其对应的压力为15N-17N，认定为重度的力，当微处理器13得到的压力信号为5V时，压力信号所属的阈值范围为3V-5V，因此判定其所对应的压力为轻度的力，此时微处理器13会根据压力信号所属的阈值范围触发手机本体执行对应的功能。

具体地，至少一个压力触控部件11可以设置在手机本体的后盖和/或触摸屏表面上，当然，如果手机本体的厚度合适，压力触控部件也可以设置在手机本体的侧表面上，本领域技术人员可以根据需要进行选择，此处不做限定。

当至少一个压力触控部件设置在手机本体的后盖上时，压力触控部件可以直接贴设在手机本体的后盖的外表面上，例如，平铺在手机本体的后盖上的整个区域或者部分区域。具体地，可以将一个大面积的压力触控部件整片平铺在手机本体的后盖上的整个区域或者部分区域，或者采用多个小面积的压力触控部件平铺在手机本体的后盖上的整个区域或者部分区域，并且在上述两种情况中，还可以分别在压力触控部件上层叠设置多个压力触控部件，本领域技术人员可以根据需要进行选择，此处不做限定。采用平铺的方式有利于减少手机本体的整体厚度，提高便携性，并且平铺的方式覆盖较大区域，便于手机用户准确找到按压位置。在设置压力触控部件时，应注意避免覆盖手机背部的摄像头。优选地，压力触控部件采用透明、柔性材料制成，这样不会妨碍用户的正常使用，同时，提高了用户按压压力触控部件时的手感。

图2示出了压力触控部件11设置在手机本体10的触摸屏表面上的情况。在图2中，压力触控部件11设置在手机本体10的触摸屏表面上，压力触控部件可以直接贴设在手机本体的触摸屏表面上，例如，平铺在手机本体的触摸屏表面上的整个区域或者部分区域。为了不妨碍用户正常使用触摸屏，也为了使触摸屏在贴上压力触控部件11后的触碰手感更好，压力触控部件11优选透明、柔性的压力触控部件。另外，压力触控部件11贴设于手机本体10的触摸屏上不仅能够感知触碰所产生的信号，同时还可以起到保护手机触摸屏的作用。

具体地，可以将一个大面积的压力触控部件整片平铺在手机本体的触摸屏上的整个区域或者部分区域，或者采用多个小面积的压力触控部件平铺在手机本体的触摸屏上的整个区域或者部分区域，并且在上述两种情况中，还可以分别在压力触控部件上层叠设置多个压力触控部件，本领域技术人员可以根据需要进行选择，此处不做限定。采用平铺的方式有利于减少手机本体的整体厚度，提高便携性，并且平铺的方式覆盖较大区域，便于手机用户准确找到按压位置。优选地，压力触控部件采用透明、柔性材料制成，这样不会妨碍用户的正常使用，同时，提高了用户按压压力触控部件时的手感。

进一步地，压力触控部件11可以为摩擦发电机和/或压电发电机。摩擦发电机和/或压电发电机采用现有技术中的摩擦发电机和/或压电发电机，如摩擦发电机采用三层结构、四层结构或者五层结构的摩擦发电机中的一种或多种，其中摩擦发电机至少包含构成摩擦界面的两个表面，摩擦发电机具有至少两个输出端；压电发电机采用氧化锌、锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)、聚偏氟乙烯(PVDF)等压电材料制作的压电发电机，当然也可以采用上述摩擦发电机与上述压电发电机组合的发电机作为压力触控部件，本领域技术人员可以根据需要进行选择，此处不做限定。应当注意的是，为了避免对手机本体外观和便携性的影响，压力触控部件11优选薄膜结构的摩擦发电机和/或压电发电。

下面以采用薄膜结构的摩擦发电机作为压力触控部件的手机压力触控装置为例，结合图2对本实用新型提供的手机压力触控装置的设置方式进行具体说明。其中，由于采用薄膜结构的摩擦发电机作为压力触控部件的手机压力触控装置和采用薄膜结构的压电发电机或者摩擦发电机与压电发电机组合的发电机作为压力触控部件的手机压力触控装置的设置方式相似，故下面主要以采用薄膜结构的摩擦发电机作为压力触控部件的手机压力触控装置的设置方式为例进行详细说明，采用薄膜结构的压电发电机或者摩擦发电机与压电发电机组合的发电机作为压力触控部件的手机压力触控装置的设置方式可参照采用薄膜结构的摩擦发电机作为压力触控部件的手机压力触控装置设置。

下面以薄膜结构的摩擦发电机为例，结合图3a和图3b对摩擦发电机的结构以及摩擦发电机与手机本体表面的结合设置方式进行详细说明。

图3a示出了用于本实用新型的一种摩擦发电机的结构示意图，如图3a所示，摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极层300a，第一高分子聚合物绝缘层301a，第二高分子聚合物绝缘层302a以及第二电极层303a；第一高分子聚合物绝缘层301a和第二高分子聚合物绝缘层302a之间构成摩擦界面，第一电极层300a和第二电极层303a构成摩擦发电机的输出端。

具体地，摩擦发电机以贴合的方式设置在手机本体的表面304a上，第一电极层300a的第一侧表面与手机本体的表面304a相对接触。其中，手机本体的表面304a可以是手机本体的触摸屏表面，手机本体的后盖表面或手机本体的侧表面。有关摩擦发电机的原理和各电极层、高分子聚合物绝缘层的材料选择与现有技术中的摩擦发电机相同，此处不做赘述。

上文介绍的是四层结构的摩擦发电机。实际中，为减少压力触控部件的厚度，还可以选用三层结构的摩擦发电机，即省略第二高分子聚合绝缘层，使第一高分子聚合物绝缘层与第二电极层构成摩擦界面；或者，在第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层之间增加一层高分子聚合物材质的居间薄膜层，形成五层结构的摩擦发电机，使居间薄膜层与第一高分子聚合物绝缘层和/或居间薄膜层与第二高分子聚合物绝缘层构成摩擦界面。

图3b示出了一种具有阵列电极结构的摩擦发电机的结构示意图，其结构不同于现有的摩擦发电机。如图3b所示，摩擦发电机包括依次层叠的基板层305b，阵列电极层300b，通孔层301b，高分子聚合物绝缘层302b和第二电极层303b；其中，阵列电极层300b通过通孔层301b与高分子聚合物绝缘层302b构成摩擦界面；阵列电极层300b和第二电极层303b构成摩擦发电机的输出端。

其中，摩擦发电机以贴合的方式设置在手机本体的表面304b上，基板层305b与手机本体表面304b相对接触，具体地，基板层305b以贴合的方式设置在手机本体的触摸屏表面和/或手机本体的后盖表面和/或手机本体的侧表面上。

其中，通孔层301b可以是具有通孔结构的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯或聚氯乙烯高分子聚合物绝缘层，通过光学透明粘合剂与高分子聚合物绝缘层302b粘贴，且通孔位置与阵列电极位置对应，其中一个通孔可以对应一个电极或多个电极。

这种结构的摩擦发电机通过通孔层将摩擦界面分离，在不受力或轻微受力情况下，摩擦界面不接触，不会产生电信号，可以避免无意触碰时产生错误的电信号，使装置具有更好的稳定性。

可选地，在上述的各种摩擦发电机中，构成摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上设有微纳结构。以图3a所示的摩擦发电机为例，微纳结构设置在第一高分子聚合物绝缘层301a和/或第二高分子聚合物绝缘层302a表面。当摩擦发电机受到挤压时，微纳结构能够使第一高分子聚合物绝缘层301a与第二高分子聚合物绝缘层302a的相对表面更好地接触摩擦，并在第一电极层300a和第二电极层303a处感应出较多的电荷。其中，微纳结构可以是微米级或纳米级的非常小的凹凸结构或纳米级孔状结构。

对于上文提到的透明材质的摩擦发电机，第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层、居间薄膜层或高分子聚合物绝缘层可以选用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)或聚氯乙烯(PVC)，或其他透明高分子聚合物；第一、第二电极层或阵列电极层可以选择铟锡氧化物(ITO)或其他透明电极材料。

进一步地，若压力信号为多个，微处理器用于对多个压力信号进行比较，根据多个压力信号的比较结果触发手机本体执行对应的功能。

当将多个摩擦发电机和/或压电发电机分别设置在手机本体的表面的不同位置或者采用如图3b所示的一个摩擦发电机时，本实用新型的手机压力触控装置还可以实现多点触控感知压力。例如：在进行游戏控制时，当两个手指分别按压不同的压力触控部件或者同一压力触控部件的不同区域(如图3b所示)时，假如左手手指按压产生的电压为3V，右手手指按压产生的电压为15V，在经过信号处理电路12和微处理器13处理后得到两个压力信号，微处理器13通过比较所产生的两个压力信号，判断出右手手指所用力比左手手指所用力大，从而控制游戏执行对应的动作，如飞机偏向右侧飞行等。

图4示出了本实用新型一个实施例提供的信号处理电路的结构框图，如图4所示，信号处理电路12包括：放大电路421、整流电路422、滤波电路423和模数转换电路424；放大电路421的输入端与压力触控部件11的输出端相连，对压力触控部件11输出的模拟电信号进行放大处理；整流电路422的输入端与放大电路421的输出端相连，对放大电路421输出的电信号进行整流处理；滤波电路423的输入端与整流电路422的输出端相连，将整流电路422输出的电信号进行滤波处理，滤除干扰杂波；模数转换电路424的输入端与滤波电路423的输出端相连，将滤波电路423输出的电信号转换为数字电信号输出至与模数转换电路424的输出端相连的微处理器13的输入端。

根据本实用新型提供的手机压力触控装置，采用摩擦发电机和/或压电发电机作为压力触控部件，能够感知触碰所产生的压力，通过将感测的压力转换成反映用户意图的压力信号，使得手机可以根据用户按压力度的不同进行不同操作；在感知手机触碰压力的同时，将摩擦发电机和/或压电发电机设置在触摸屏上还可以起到保护手机屏幕的作用，省去了手机贴膜的麻烦；且这种手机压力触控装置不需要外部电源对其进行供电，极大的节约了能源，保护了环境。

本实用新型中所提到的各种模块、电路均为由硬件实现的电路，虽然其中某些模块、电路集成了软件，但本实用新型所要保护的是集成软件对应的功能的硬件电路，而不仅仅是软件本身。

本领域技术人员应该理解，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。

显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种手机压力触控装置，包括手机本体，其特征在于，还包括：

设置在所述手机本体表面的至少一个压力触控部件，用于感测外部压力，并根据所述外部压力生成模拟电信号；

信号处理电路，与所述至少一个压力触控部件的输出端相连，用于对所述至少一个压力触控部件输出的模拟电信号进行处理，得到数字电信号；

微处理器，与所述信号处理电路的输出端相连，用于根据所述数字电信号得到反映所述外部压力大小的至少一个压力信号，并根据所述至少一个压力信号触发所述手机本体执行对应的功能。

2.根据权利要求1所述的手机压力触控装置，其特征在于，若压力信号为一个，所述微处理器进一步用于将所述压力信号与预先设定的多个阈值范围进行比较，确定压力信号所属的阈值范围，根据所述压力信号所属的阈值范围触发所述手机本体执行对应的功能。

3.根据权利要求1所述的手机压力触控装置，其特征在于，若压力信号为多个，所述微处理器进一步用于对多个压力信号进行比较，根据所述多个压力信号的比较结果触发所述手机本体执行对应的功能。

4.根据权利要求1-3任一项所述的手机压力触控装置，其特征在于，所述压力触控部件设置在所述手机本体的后盖表面的部分区域或整个区域上，和/或，

所述压力触控部件设置在所述手机本体的触摸屏表面的部分区域或整个区域上。

5.根据权利要求1-3任一项所述的手机压力触控装置，其特征在于，所述压力触控部件包括在所述手机本体表面平铺和/或层叠设置的至少一个摩擦发电机和/或至少一个压电发电机。

6.根据权利要求5所述的手机压力触控装置，其特征在于，所述摩擦发电机为三层结构、四层结构或者五层结构摩擦发电机中的一种或多种，所述摩擦发电机至少包含构成摩擦界面的两个表面，所述摩擦发电机具有至少两个输出端。

7.根据权利要求5所述的手机压力触控装置，其特征在于，所述压电发电机包括氧化锌发电机，压电陶瓷发电机，聚偏氟乙烯发电机中的一种或多种。

8.根据权利要求1-3任一项所述的手机压力触控装置，其特征在于，所述压力触控部件包括在所述手机本体表面平铺和/或层叠设置的至少一个摩擦发电机；其中，所述摩擦发电机包括依次层叠设置的基板层，阵列电极层，通孔层，高分子聚合物绝缘层和第二电极层；

所述阵列电极层通过所述通孔层与所述高分子聚合物绝缘层构成摩擦界面；

所述基板层与手机本体表面接触。

9.根据权利要求1-3任一项所述的手机压力触控装置，其特征在于，所述压力触控部件采用透明、柔性材料制成。

10.根据权利要求1-3任一项所述的手机压力触控装置，其特征在于，所述信号处理电路包括：放大电路、整流电路、滤波电路和模数转换电路。