CN210604839U - 检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种检测系统，用于对输入系统的输入操作是否有效进行检测，所述输入系统包括多个按键单元，每一所述按键单元包括按压体和相对间隔耦合设置的两个电极，所述检测系统包括电压信号发生电路、检测模组和控制器，所述电压信号发生电路、按键单元、检测模组和控制器依次电连接，所述电压信号发生电路用于将恒压信号转变成非恒压模拟信号输出给所述电极，所述检测模组用于检测所述按压体在设定行程内上下移动过程中所述电极的放电电流变化并发送给所述控制器，所述控制器用于根据所述放电电流变化得到电流变化曲线并利用所述电流变化曲线判断所述按键单元的输入是否有效和两个所述电极之间是否接触良好。

Description

检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种检测系统，特别涉及一种用于机械按键式输入系统的检测系统。

背景技术

随着现代电子科技的发展，电子产品逐渐深入人们的生活中，各类电子产品，如电话机、手机、笔记本电脑、遥控器等伴随人们的日常生活。

上述电子产品的输入系统扮演的角色尤为重要。目前业界广泛使用的输入系统主要有机械键盘，其按键通常采用接触原理，依靠两个电极片接触导通来让主控芯片获取到按键触摸，进而产生输入信号。由于用于导通的电极片长时间暴露在空气中容易出现氧化，每次按压按键两个电极片的相互接触也会给电极片带来磨损，而磨损和氧化会使电极片在按压时接触不良，当按键的电极片出现磨损或氧化时，按键被按下后主控芯片无法识别出来，通常判定该次按压属于无效输入，实际上按键已经被按压下去了，影响用户体验，这种情况只能更换整个键盘或单个按键，导致成本高。

因此，有必要提供一种检测系统来以解决上述问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中机械按键式输入系统由于电极片接触不良而无法识别出按键单元是否被按下技术问题，本实用新型提供一种在电极片接触不良的情况下能够准确判断出按键单元是否被按下的检测系统。

本实用新型提供一种检测系统，用于对输入系统的输入操作是否有效进行检测，所述输入系统包括多个按键单元，每一所述按键单元包括按压体和相对间隔耦合设置的两个电极，所述检测系统包括电压信号发生电路、检测模组和控制器，所述电压信号发生电路、按键单元、检测模组和控制器依次电连接，所述电压信号发生电路用于将恒压信号转变成非恒压模拟信号输出给所述电极，所述检测模组用于检测所述按压体在设定行程内上下移动过程中所述电极的放电电流变化并发送给所述控制器，所述控制器用于根据所述放电电流变化得到电流变化曲线并利用所述电流变化曲线判断所述按键单元的输入是否有效和两个所述电极之间是否接触良好。

在本实用新型提供的检测系统的一种较佳实施例中，两个所述电极包括相对间隔耦合设置的第一电极片和第二电极片，所述第一电极片与所述第二电极在所述非恒压模拟信号的驱动下进行充放电，所述按压体在设定行程内上下移动使得所述第一电极片与所述第二电极片之间的间距或正对面积发生变化，从而使得第一电极片与所述第二电极片的空间耦合电容发生变化，进而使得所述第一电极片与所述第二电极片的放电电流发生变化。

在本实用新型提供的检测系统的一种较佳实施例中，从所述按压体被按压直至所述第一电极片与所述第二电极片相接触后释放过程中，所述电极的放电电流变化为：

当所述按压体被按压至所述第一电极片与所述第二电极片相接触之前，所述电极的放电电流逐渐增大至最大值；

当所述电极的第一电极片和第二电极片相接触时，若所述第一电极片和第二电极片接触良好，所述电极的放电电流从最大值瞬间降至0，若所述第一电极片和第二电极片接触不良，所述电极的放电电流保持在最大值不变；

当所述按压体被释放至回复原位时，所述电极的放电电流从最大值逐渐降低。

在本实用新型提供的检测系统的一种较佳实施例中，从所述按压体被按压但按下不多直至释放过程中，即所述第一电极片与所述第二电极片未接触，所述电极上的放电电流变化为：

当所述按压体被按压时，所述电极的放电电流逐渐增大至最大值；

当所述按压体被释放至回复原位时，所述电极的放电电流从最大值逐渐降低。

在本实用新型提供的检测系统的一种较佳实施例中，所述控制器包括处理单元、分别与所述处理单元电连接的存储单元和反馈单元，所述存储单元用于存储设定的第一阈值和第二阈值，所述处理单元用于根据所述放电电流变化得到电流变化曲线并结合设定的第一阈值和第二阈值判断所述按键单元的输入是否有效和两个所述电极是否接触良好，所述反馈单元对应反馈输入信号。

在本实用新型提供的检测系统的一种较佳实施例中，在所述电流变化曲线中，设定Imax为所述电极的放电电流能达到的最大值，

若存在从Imax突降至0，则判断此按键单元被按下且所述电极接触良好处于导通状态，所述反馈单元反馈第一输入信号；

若不存在从Imax突降至0且第一阈值<Imax≤第二阈值时，则判断此按键单元被按下但两个所述电极接触不良处于不导通状态，所述反馈单元反馈第一输入信号；

若不存在从Imax突降至0且Imax≤第一阈值时，则判断此按键单元被按压但按下不多处于不导通状态，所述反馈单元反馈第二输入信号。

在本实用新型提供的检测系统的一种较佳实施例中，所述控制器还与外部输出端电连接，所述外部输出端根据所述控制器反馈的第一输入信号或第二输入信号进行输出。

在本实用新型提供的检测系统的一种较佳实施例中，所述检测系统还包括直流电源，所述电压信号发生电路与所述直流电源电连接，所述直流电源为所述电压信号发生电路提供所述恒压信号。

在本实用新型提供的检测系统的一种较佳实施例中，所述按键单元还包括框架，所述框架包括导程管，所述第二电极片和所述第一电极片相对间隔设置于所述导程管外侧，且所述第一电极片相对所述导程管固定设置，所述第二电极片相对所述导程管活动设置，所述第二电极片包括本体部和弹臂；

所述按压体包括导程柱和凸起部，所述凸起部弹性抵压所述弹臂，所述导程柱部分插入所述导程管内，所述导程柱相对所述框架往复运动，进而带动所述本体部向所述第一电极片靠近或远离，从而使得所述电极的放电电流发生变化。

在本实用新型提供的检测系统的一种较佳实施例中，所述按键单元还包括弹性体，所述弹性体套设于所述导程管外侧并夹设在所述按压体与所述框架之间。

相较于现有技术，本实用新型提供的检测系统通过设置将恒压信号转变成非恒压模拟信号输出的电压信号发生电路，所述按键单元的电极可以在非恒压模拟信号的驱动下进行充放电，同时设置检测所述电极的放电电流变化的检测模组，通过所述电极的电流变化曲线来判断按压是否有效和所述电极是否接触良好，相较于现有机械键盘直接通过按键单元导通来判断按键单元是否按下的技术方案，本实用新型可以在按键单元的电极接触不良的情况下识别出按键单元是否按下，避免用户由于按键单元的电极接触不良无法反馈输入信号而必须要更换按键单元的情况，节约了用户成本，提高用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本实用新型提供的检测系统的结构示意图；

图2为本实用新型输入系统中按键单元的分解结构示意图；

图3为图2所示按键单元未被按压时的剖视图；

图4为图2所示按键单元被按压时的剖视图；

图5为图1所示检测系统的检测方法的流程示意图；

图6为本实用新型输入系统中按键单元被按压至两电极片相接触且接触良好时的电流变化曲线图；

图7为本实用新型输入系统中按键单元被按压至两电极片相接触且接触不良时的电流变化曲线图；

图8为本实用新型输入系统中按键单元被按压但按下不多两电极片未接触时的电流变化曲线图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，为本实用新型提供的检测系统的结构示意图。所述检测系统100用于对输入系统200的输入操作是否有效进行检测，其包括电压信号发生电路20、检测模组40、控制器50和直流电源60。

请结合参阅图2-4，所述输入系统200包括多个按键单元10。所述按键单元10与输入操作者直接接触，当所述按键单元10受到物理按压时，其传递按压力并随输入操作者的按压作用沿竖直方向上下移动，以产生按压信号。

所述按键单元10包括上盖11、框架12、按压体13、弹性体14、和相对间隔耦合设置的两个电极15。

所述上盖11和所述框架12相互嵌套配合围成具有收容空间的壳体，所述按压体13和弹性体14对应收容于所述壳体内，所述弹性体14夹设于所述按压体13与所述壳体之间，弹性支撑所述按压体13在设定行程范围内沿竖直方向滑动，所述电极15固定于所述框架12上，同时所述按压体13弹性抵压所述电极15实现对其空间耦合电容值的调整。

所述上盖11设有通孔111。所述框架12包括导程管121和对称设于所述导程管121两侧的两个长条形滑槽122。

所述按压体13包括导程柱131和两个凸起部132。所述导程柱131设于所述按压体13的下端，两个所述凸起部132设于所述按压体13的其中一个侧面，所述按压体13的另二相对侧面设有长条形滑条133，所述长条形滑条133与所述框架12的长条形滑槽122相互组配形成滑轨滑条配合结构。所述按压体13的上端自所述上盖11的通孔111穿出供按压并相对所述框架12往复运动，所述导程柱131部分插入所述框架12的导程管121内。

所述弹性体14套设于所述导程管121外侧，并夹设在所述按压体13与所述框架12之间。当所述按压体13沿竖直方向下移时，其压缩所述弹性体14，所述弹性体14由于自身的弹性形变对应产生反作用力，直至施加至所述按压体13的向下作用力与所述弹性体14因形变产生的反作用力趋于平衡时，所述按压体13停止下移。在本实施方式中，所述弹性体14优选为压缩不锈钢弹簧。

两个所述电极15包括相对间隔耦合设置的第一电极片151和第二电极片152。

所述第一电极片151为一导电材质，如铜片加工而成，其相对所述导程管121活动设置。具体地，所述第一电极片151一端固定于所述框架12并贯穿所述框架12，另一端则朝所述收容空间内部延伸设置。

所述第二电极片152采用弹性导电材料加工而成，其包括与所述第一电极片151相对间隔设置的本体部1521、自所述本体部1521弯折延伸并贯穿所述框架12设置的固定部1522和对称设置于所述本体部1521两侧的两个弹臂1523。所述按压体13的两个凸起部132分别与所述弹臂1523对应弹性抵接。

依据电容器的概念，其电容值通常代表其容纳电荷的本领，设定用字母C表示，则电容器的电容值C＝εS/4πkd，其中d为极板之间的间距，S代表极板的正对面积，ε代表介电常数，k为静电常数。具体在本实施方式中，d即为第一电极片151与所述第二电极片152之间的距离；S即为所述第一电极片151与所述第二电极片152之间的相对表面积；ε即为夹设于所述第一电极片151与所述第二电极片152之间的绝缘层的介电常数，k为静电常数，本实施方式中绝缘层为空气，即ε为空气的介电常数。由于所述第二电极片152与所述第一电极片151之间的相对面积不变，如此，则所述电极15的空间耦合电容值C随着所述第一电极片151与所述第二电极片152之间的距离的变化而变化。也就是说，当调整所述第一电极片151与所述第二电极片152之间的距离值时，则所述第一电极片151和所述第二电极片152的电流值对应调整。具体而言，当所述第二电极片152受外力作用倾斜时，则所述第一电极片151与所述第二电极片152之间的间距减小，根据电容值的计算公式：C＝εS/4πkd，对应所述第一电极片151与所述第二电极片152的空间耦合电容值增大，即两个所述电极15的放电电流增大。当所述第一电极片151与所述第二电极片152相对平行间隔设置时，则两个所述电极15的空间耦合电容值最小。因此，当所述第二电极片152自倾斜状态旋转为平行于所述第一电极片151的状态时，所述电极15的放电电流逐渐减小；反之，则电极15的放电电流逐渐增大。

所述直流电源60、电压信号发生电路20、按键单元10、检测模组40及控制器50依次电连接。更为具体地，所述按键单元10的两个电极15分别与所述电压信号发生电路20和检测模组40电连接。

所述电压信号发生电路20用于将来自所述直流电源60的恒压信号转变成非恒压信号输出给所述按键单元10的电极15。每一个所述按键单元10的电极15均与所述电压信号发生电路20和所述检测模组40电连接。

所述按键单元10的两个电极15在所述非恒压模拟信号驱动下进行充放电。

所述检测模组40用于检测所述按压体13在设定行程内上下移动过程中所述电极15的放电电流变化并发送给所述控制器50。

所述控制器50用于根据所述放电电流变化得到电流变化曲线并利用所述电流变化曲线判断所述按键单元10的输入是否有效和两个所述电极15是否接触良好。

具体地，所述控制器50为一芯片，其包括处理单元51、分别与所述处理单元51电连接的存储单元52和反馈单元53。所述存储单元52用于存储设定的第一阈值和第二阈值，其中所述第一阈值和第二阈值由所述直流电源60和两个所述电极15之间的耦合电容值共同决定，需要预先测量后设定，第一阈值通常为所述按压体13被按压但所述电极15的电极片未相接触处于不导通时所测量的电流值，第二阈值为所述按压体13被按压至最大行程且所述电极15的电极片未氧化损坏时所测量的电流值。所述处理单元51根据所述放电电流变化得到电流变化曲线并结合设定的第一阈值和第二阈值判断所述按键单元10的输入是否有效和两个所述电极15之间是否接触良好，所述反馈单元53对应反馈输入信号。

请参阅图5，所述检测系统100的检测方法包括如下步骤：

步骤S1，物理按压按压体13，使得所述按压体13在设定行程内上下移动；

步骤S2，所述电压信号发生电路20将恒压信号转变成非恒压模拟信号输出；

所述电压信号发生电路20为常开电路，不管所述按压体13是否被按压，所述电压信号发生电路20均可以恒压信号转变成非恒压模拟信号输出。

步骤S3，所述非恒压模拟信号驱动所述电极15进行充放电；

步骤S4，所述检测模组40检测所述按压体13在设定行程内上下移动过程中所述电极15的放电电流变化并发送给控制器50；

在该步骤中，由于所述电极15在非恒压模拟信号的驱动下进行充放电，所述检测模组40检测的是所述电极15的放电电流值。

步骤S5，所述控制器50根据放电电流变化得到电流变化曲线，利用所述电流变化曲线判断所述按键单元10的输入是否有效和两个所述电极15是否接触良好。

在此步骤中，所述电流变化曲线根据所述按压体13所受到的按压力度(按压力度决定按压体13的行程)以及所述电极15的第一电极片151与第二电极片152之间是否接触良好(即是否氧化损坏)主要分为三种，具体如下：

第一种，请参阅图6，为本实用新型输入系统中按键单元被按压至两电极片相接触且接触良好时的电流变化曲线图。从图6中可看出：

当所述按压体13被按压至所述第一电极片151与所述第二电极片152相接触之前，所述电极15的放电电流逐渐增大至最大值Imax；

当所述第一电极片151和第二电极片152相接触时，所述电极15的放电电流从最大值Imax瞬间降至0；

当所述按压体13被释放至回复原位时，所述电极15的放电电流从最大值Imax逐渐降低。

第二种，请参阅图7，本实用新型输入系统中按键单元被按压至两电极片相接触且接触不良时的充放电电流变化曲线图。从图7中可看出：

当所述按压体13被按压至所述第一电极片151与所述第二电极片152相接触之前，所述电极15充电，其充放电电流逐渐增大至最大值Imax；

当所述第一电极片151和第二电极片152相接触时，所述电极15的放电电流保持在最大值Imax不变；

当所述按压体13被释放至回复原位时，两个所述电极15的空间耦合电容变小，其放电电流从最大值Imax逐渐降低。

第三种，请参阅图8，为本实用新型输入系统中按键单元被按压但按下不多两电极片未接触时的放电电流变化曲线图。

当所述按压体13被按压时，两个所述电极15的空间耦合电容变大，其放电电流逐渐增大至最大值Imax；

当所述按压体13被释放至回复原位时，两个所述电极15的空间耦合电容变小，其放电电流从最大值Imax逐渐降低。

第二种和第三种的电流变化曲线本质上是相同，只是电流最大值Imax的大小不同而已。

因此，在步骤S5中，所述处理单元51根据所述放电电流变化曲线并结合设定的第一阈值和第二阈值判断所述按键单元10的输入是否有效和两个所述电极15之间是否接触良好，具体为：

若存在从Imax突降至0，则判断此按键单元10被按下且两个所述电极15接触良好处于导通状态，所述反馈单元53反馈第一输入信号，即：产生输入信号，所述按键之间单元10的输入有效；

若不存在从Imax突降至0且第一阈值<Imax≤第二阈值时，则判断此按键单元10被按下但两个所述电极15之间接触不良处于不导通状态，所述反馈单元53反馈第一输入信号，即：产生输入信号，所述按键单元10的输入有效；

若不存在从Imax突降至0且Imax≤第一阈值时，则判断此按键单元10被按压但按下不多处于不导通状态，所述反馈单元53反馈第二输入信号，即：未产生输入信号，所述按键单元10的输入无效。

此外，所述控制器50还可以与外部输出端(图未示)电连接。所述外部输出端根据所述控制器50对应反馈的第一输入信号或第二输入信号进行输出。其中，所述外部输出端可以是个人电脑或手机。

所述检测系统的工作原理为：当所述按键单元10被按压但按下不多时，所述按键单元10不导通，所述检测模组40检测到所述电极15的放电电流增大，但还没达到导通时的电流值，所述控制器50判断此按键单元被按下但按下不多处于不导通状态，所述反馈单元53反馈第二输入信号；当所述按键单元10的两个电极片接触良好(即未氧化损坏)时，所述按压体13被按压，所述按键单元10的两个电极片会靠近并在非恒压模拟信号的驱动下进行充放电，所述检测模组40检测到所述电极15的放电电流逐渐增大，在两电极片相接触的瞬间，所述电极15的放电电流从最大值瞬间降至0，所述控制器50判断此按键单元被按下且接触良好处于导通状态，所述反馈单元53反馈第一输入信号；而当所述按键单元10的两个电极片接触不良(即氧化损坏)时，在两电极片相接触的瞬间，所述电极15的放电电流保持在最大值不变，虽然所述按键单元10的两个电极片因氧化损坏而处于不导通状态，所述控制器50仍然判断出此按键单元10被按压(即此次按压的输入操作有效)，并可以判断出此按键单元10接触不良，用户可以根据所述控制器50的反馈信息自行决定是否更换该按键单元10。

相较于现有技术，本实用新型提供的检测系统通过设置将恒压信号转变成非恒压模拟信号输出的电压信号发生电路，所述按键单元的电极可以在非恒压模拟信号的驱动下进行充放电，同时设置检测所述电极的电流变化的检测模组，通过所述电极的放电电流变化曲线来判断按压是否有效和所述电极是否接触良好，相较于现有机械键盘直接通过按键单元导通来判断按键单元是否按下的技术方案，本实用新型可以在按键单元的电极接触不良的情况下识别出按键单元是否按下，避免用户由于按键单元的电极接触不良无法反馈输入信号而必须要更换按键单元的情况，节约了用户成本，提高用户体验。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种检测系统，用于对输入系统的输入操作是否有效进行检测，所述输入系统包括多个按键单元，每一所述按键单元包括按压体和相对间隔耦合设置的两个电极，其特征在于，所述检测系统包括电压信号发生电路、检测模组和控制器，所述电压信号发生电路、按键单元、检测模组和控制器依次电连接，所述电压信号发生电路用于将恒压信号转变成非恒压模拟信号输出给所述电极，所述检测模组用于检测所述按压体在设定行程内上下移动过程中所述电极的放电电流变化并发送给所述控制器，所述控制器用于根据所述放电电流变化得到电流变化曲线并利用所述电流变化曲线判断所述按键单元的输入是否有效和两个所述电极之间是否接触良好。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，两个所述电极包括相对间隔耦合设置的第一电极片和第二电极片，所述第一电极片与所述第二电极在所述非恒压模拟信号的驱动下进行充放电，所述按压体在设定行程内上下移动使得所述第一电极片与所述第二电极片之间的间距或正对面积发生变化，从而使得第一电极片与所述第二电极片的空间耦合电容发生变化，进而使得所述第一电极片与所述第二电极片的放电电流发生变化。

3.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，从所述按压体被按压直至所述第一电极片与所述第二电极片相接触后释放过程中，所述电极的放电电流变化为：

当所述按压体被按压至所述第一电极片与所述第二电极片相接触之前，所述电极的放电电流逐渐增大至最大值；

当所述第一电极片和第二电极片相接触时，若所述第一电极片和第二电极片接触良好，所述电极的放电电流从最大值瞬间降至0，若所述第一电极片和第二电极片接触不良，所述电极的放电电流保持在最大值不变；

当所述按压体被释放至回复原位时，所述电极的放电电流从最大值逐渐降低。

4.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，从所述按压体被按压但按下不多直至释放过程中，即所述第一电极片与所述第二电极片未接触，所述电极上的放电电流变化为：

当所述按压体被按压时，所述电极的放电电流逐渐增大至最大值；

当所述按压体被释放至回复原位时，所述电极的放电电流从最大值逐渐降低。

5.根据权利要求3或4所述的检测系统，其特征在于，所述控制器包括处理单元、分别与所述处理单元电连接的存储单元和反馈单元，所述存储单元用于存储设定的第一阈值和第二阈值，所述处理单元用于根据所述电流变化得到电流变化曲线并结合设定的第一阈值和第二阈值判断所述按键单元的输入是否有效和两个所述电极之间是否接触良好，所述反馈单元对应反馈输入信号。

6.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，在所述电流变化曲线中，设定Imax为所述电极的放电电流能达到的最大值，

若存在从Imax突降至0，则判断此按键单元被按下且两个所述电极之间接触良好处于导通状态，所述反馈单元反馈第一输入信号；

若不存在从Imax突降至0且第一阈值<Imax≤第二阈值时，则判断此按键单元被按下但两个所述电极之间接触不良处于不导通状态，所述反馈单元反馈第一输入信号；

若不存在从Imax突降至0且Imax≤第一阈值时，则判断此按键单元被按压但按下不多处于不导通状态，所述反馈单元反馈第二输入信号。

7.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述控制器还与外部输出端电连接，所述外部输出端根据所述控制器反馈的第一输入信号或第二输入信号进行输出。

8.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括直流电源，所述电压信号发生电路与所述直流电源电连接，所述直流电源为所述电压信号发生电路提供所述恒压信号。

9.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，所述按键单元还包括框架，所述框架包括导程管，所述第二电极片和所述第一电极片相对间隔设置于所述导程管外侧，且所述第一电极片相对所述导程管固定设置，所述第二电极片相对所述导程管活动设置，所述第二电极片包括本体部和弹臂；

所述按压体包括导程柱和凸起部，所述凸起部弹性抵压所述弹臂，所述导程柱部分插入所述导程管内，所述导程柱相对所述框架往复运动，进而带动所述本体部向所述第一电极片靠近或远离，从而使得所述电极的放电电流发生变化。

10.根据权利要求9所述的检测系统，其特征在于，所述按键单元还包括弹性体，所述弹性体套设于所述导程管外侧并夹设在所述按压体与所述框架之间。

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