CN2710254Y - 压感键盘模块 - Google Patents

Abstract

一种压感键盘模块，键盘表面的键基板与按键无缝连接，全密封，模块留有插槽，作逻辑电平输出，输入接口。键基板下有支架，按键底下有各类压力传感器，支架下有电路板，可用底座封装，使整个装置模块化。按键承受一定压力时而产生机械形变位移，产生压电效应，信号放大处理成逻辑电平，由接口输出状态电平表征。压力传感器形式多样，可用电阻膜式，柔性电路板触点啮合式，电磁式，电容式，应变电阻式，压阻式。其应用领域为计算机，计算器，PDA，各类电话机，及其它商用电子产品的键盘装置。

Description

压感键盘模块

所属技术领域

本实用新型涉及一种人机界面的人工输入装置，尤其是指键盘面板部分的按键与键基板(或称键基架，面板上按键以外部分)无缝连接的压感键盘模块，其用于计算机，计算器，PDA，各类电话机，及其它商用电子产品的键盘装置中。

背景技术

目前，公知的上述领域的独立键盘表面结构为各个按键相对独立地组装在键基板上，按键与键基板可拆散，按键由弹性元件支撑，主要靠滑动位移来推动机械触点的离合，同时通过电性检测其响应状态。其主要存在问题是防水防尘性能差，机械故障多使用寿命低等缺点。又因通常的薄膜开关键盘虽防水防尘，但其弹片生硬，手感差，也未能在上述领域广泛应用。又如触摸屏及电子白板等人工输入装置由于其敏感元密度和精度要求高，成本昂贵，形态等方面原因也仅应用在一些特定场合。

发明内容

为了克服现有的键盘的防水防尘性能不足，噪音大，使用寿命低等缺点，本实用新型提供一种新型压感键盘模块装置，集成键盘面板，支架，基座和部分电路，对外提供微处理器可直接处理的逻辑电平接口，使键盘面板无缝连接。仅靠压力感应元件检测微小的机械形变位移，从而进行压电转换，作键盘响应信号。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：压感键盘模块的按键固定在键基板上，全密封，即键基板采用树脂、橡胶或塑料等弹性材料，加工成凹凸状，凸出体为按键，按键上有固定标识。键基板底下衬支架，凸出的按键底下装配压力传感器固定在支架上，支架下是电路板，与压力传感器有电路相连。压感键盘模块还可集成显示和语音功能，例如计算机键盘多有发光二极管显示，还可加入蜂鸣器。压阻式或应变电阻式的压力传感器，可量身定做，一般设三管脚，一脚为接地，二脚接正电源，三脚为逻辑输出脚。电路形式多样，成本与应用可综合考虑。方案一，压感键盘模块预留微处理器的输出控制和输入的接口，输出控制用于选通与各路按键对应的电子开关电路，之后接运算放大器，对小的按键响应信号放大，比较输出CMOS逻辑电平，再由微处理器输入接口输入，作键盘状态分析，响应。本方案的压力传感器只输出原始信号，选通，放大，比较电路做在电路板上。方案二，也可把放大比较电路集成在压力传感器中，其直接输出的逻辑电平，用于微处理器输入接口，同样压感键盘模块还须留微处理器的输出控制接口，用于作逻辑信号选通。方案三，简易的压力传感器可做成柔性电路板，分上，中，下三层膜，上，下层各有触点，利用按键的上，触点机械接触而感应，中间为隔离层，触点处开口，便于触点抵触。三层膜边沿封口成扁袋状，内部充气隔离。电路原理可与常规行列式键盘扫描电路类同；方案四，压力传感器采用电阻膜，电阻膜结构也分上，下两层，中间可有带网孔的绝缘膜做隔离和充空气，不同位置按键接触对应的电阻率不等，因此可以识别按键值。四线式和五线式的电阻膜压力传感器在触摸屏上应用广泛，六线式的压力传感器也有应用。

电容式，电感式压力传感器目前也有应用。可运用于本方案一和二。电容式压力传感器，其原理为压差使弹性膜产生位移，从而引起电容板间距的变化，推导压力的变化。一般可以将单只电容式压力传感器接入LC振荡器，电容的变化引起振荡频率的变化，测量频率就可知压力的变化量。电感式传感器是利用电磁感应把被测如位移或压力等转换成自感系数或互感系数M的变化，再由测量电路转换成电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。但在这里无须在全范围量程精度要求，只须一定灵敏度的域值输出即可，电容式与电感式传感器不便电路简化，成本偏高。

方案一，二的传感器可采用压阻式传感器，其是利用晶体的压阻效应制成的传感器。当它受到压力作用时，应变元件的电阻发生变化，从而使输出电压发生变化。一般压阻式传感器是在硅膜片上做成四个等值的电阻的应变元件，构成惠斯顿电桥。当受到压力作用时，一对桥臂的电阻变大，而另一对桥臂电阻变小，电桥失去平衡，输出一个与压力成正比的电压。由于硅压阻式压力传感器的灵敏系数比金属应变的灵敏系数大50到100倍，故硅压阻式压力传感器的满量程输出可达几十毫伏至二百多毫伏，有时不需放大就可直接测量。另外压阻式传感器还是易于微型化，测量范围宽，频率响应特性好(可测几千赫兹的脉动压力)和精度高等特点。为考虑成本，简化电路，在本方案中的压力传感器内部不用惠斯顿电桥电路，而用两个等值的电阻应变元件串联，电阻应变元件的另两端分别接地和稳压正电源。串联处抽头可作比较器的一输入端，转成逻辑电平。因此此压力传感器只有三引脚分别为正电源，地，输出。

应变式电阻传感器是目前用于测量力，压力，重量等参数最广泛的传感器之一，它具有悠久的历史，但新型应变片仍不断出现。它是利用应变效应制造的一种测量微小变化量的理想传感器，类同上述压阻式传感器采用应变电阻串联方式，同样也可运用于方案一，二。

本实用新型的有益效果是，键盘表面全密封，防水防尘，产品超薄，机械噪音极低，延长使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的实施方案一电路框图。

图2是本实用新型的实施方案二电路框图。

图3是本实用新型的方施方案三电路框图。

图4是本实用新型的方案一与二部分结构纵剖面构造图。

图5是本实用新型的方案三部分结构纵剖面构造图。

图6是压感键盘模块应用实例部分结构剖面图。

图7是压阻式或应变式电阻传感器的内部电阻接线图。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1，为实施方案一电路框图。左虚线框内为压感键盘模块，留有逻辑电平接口；右虚线框内为其外围电路，主要功能为键盘扫描，检测响应。电路框图原理为，由微处理器由程序控制选择一片多路模拟选择开关使能有效，且使当前情况只有一路压电转换信号选通，压电信号由按键状态与压力传感器的共同作用而产生。选通后的信号经放大，再由比较器输出逻辑电平，送至微处理器识别。微处理器可循环控制，监测键盘的响应状态。若采用压阻式压力传感器，由于采用晶体的压阻效应制成输出信号大可达几十毫伏级，可省略放大电路。

图2，为实施方案二电路框图。左虚线框内为压力传感器，留有逻辑电平接口；右虚线框内为其外围电路。主要功能为键盘扫描检测响应。本方案把放大比较电路与压力传感器集成在一起，输出为逻辑电平，与方案一类同，由微处理器控制模拟电子开关，当前瞬间选通一路，循环检测。若微处理器输入口线够用，可省些模拟电子开关电路，或完全省略，直接连至微处理器输入口。

图3，为实施方案三电路框图。左虚线框内为压感键盘模块，右虚线框内为其外围电路，主要功能为键盘扫描检测响应，为节省微处理器口线，也可采用常规行列式键盘扫描电路。

图4，方案一，二的实施宜采用此类基本结构。键基板(1)与按键(5)可采用橡胶类有弹性材料，合为一体，全密封，按键(5)即凸出部分易硬化处理，凸出按键为体现手感，某些场合无须凸出，可为平板或其它形状及丝印标示。键基板(1)下面衬支架(2)，为一平板，可采用硬性塑料，对应按键(5)处开口，用卡扣或安装压力传感器(3)，还起支撑键基板(1)的作用。电路板(4)宜采用硬性电路板，便于焊接压力传感器(3)，电路上还应留逻辑电平接口，供微处理器连接处理。底座(11)用于固定电路板和支架，使整个组件结构模块化。

图5，方案三的实施宜采用此类基本结构。按键(5)与键基板(1)合为一体无缝连接作为键盘面板用。键基板(1)宜采用橡胶类弹性材料。键基板(1)下面是支架(2)，可用硬性塑料平板，在对应按键(5)处开孔，便于按键(5)向下伸出与上层柔性电路板(9)相抵触，支架(2)主要用于支撑与固定键基板(1)。支架(2)下面是三层薄膜，上层柔性电路板(9)，中间隔离膜(7)，和下层柔性电路板(6)。此三层膜并叠，周边封口，内充空气，成扁平袋状。上触点(10)与下触点(8)位置正对，此对应位置的中间隔离膜(7)开孔，便于上下触点吻合。键盘模块电路对外提供微处理器便于处理的逻辑电平接口，图中未示。底座(11)用作平贴于下层柔性电路板和固定支架，使整个组件结构模块化。

图6为4×8键盘局部剖面图，是方案三的典型应用，图中(12)为键盘面板，它集成了各按键，键基板，和支架为一体，即键基板采用了硬性材料。它下面是柔性电路板组件(13)，即包含了三层薄膜。底层膜粘合在键盘基座(15)上，本例中压感键盘模块的基座与键盘基座为同一体，简化了结构。压感键盘模块外围的排线(17)连至主控制板(14)上，主控制板具有键盘扫描及响应功能。(16)为引出电缆头。上述所有压感键盘模块方案在产品成本宽限条件下，也可把微处理器或逻辑控制器等电路集成进去，对外预留电源和通讯接口，以减少接口线。

图7为压阻式或应变式电阻传感器的内部电阻接线图，应变式或压阻式电阻R1，R2串联，抽头输出VOUT，两端分别接电源VCC和地GND，R1，R2可为等值。

Claims (3)

1、一种压感键盘模块，对外留有接口，键盘面板嵌装在底座上，面板底下衬有支架，各按键面上有固定标识，机械结构和相关电路整个连为一体，具有独立或部分功能的人工输入装置，其特征是：键盘面板上，按键与键基板无缝连接，全密封，按键底下是柔性电路板触点，或各类压力传感器。

2、根据权利要求1所述的压感键盘模块，其特征是：面板底下的柔性电路板主要有上下两层，有两两相对的触点，中间有空气或还有位于触点处开孔型的绝缘膜隔离。

3、根据权利要求1所述的压感键盘模块，其特征是：压力传感器可采用电阻膜式，电容式，电磁式，应变电阻式，压阻式。

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