基于壓電效應(yīng)的按鍵輸入裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及按鍵控制領(lǐng)域，特別是涉及一種基于壓電效應(yīng)的按鍵輸入裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的按鍵輸入裝置有兩種形式，一種是通過機(jī)械觸點(diǎn)控制按鍵輸入，另一種是觸摸控制按鍵輸入。
[0003]采用機(jī)械觸點(diǎn)控制按鍵輸入，通常采用傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的具有觸點(diǎn)式通斷的傳動(dòng)開關(guān)裝置實(shí)現(xiàn)，比如微動(dòng)開關(guān)。其具有電路簡單、有機(jī)械手感和電磁兼容(EMC)方面的抗擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。但機(jī)械觸點(diǎn)控制按鍵輸入有以下缺點(diǎn):有壽命限制；觸點(diǎn)易受濕度環(huán)境的影響而氧化導(dǎo)致接觸不良以致按鍵功能出錯(cuò)或失效；按鍵盤表面的面板不能防塵、防水、防各類油污的侵入；機(jī)械按鍵的手感受限于選用的按鍵和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；在開關(guān)中會有電火花產(chǎn)生的隱患。因具有上述缺點(diǎn)，容易導(dǎo)致按鍵輸入不準(zhǔn)確的問題。
[0004]采用觸摸控制按鍵輸入，通常采用電容觸摸按鍵，用電容式觸摸按鍵板和單片機(jī)，通過使用單片機(jī)精確計(jì)算觸摸點(diǎn)的位置。因觸摸實(shí)現(xiàn)按鍵控制無機(jī)械觸點(diǎn)所以按鍵盤表面可做成一體化面板，因而可以有效解決面板不能防塵、防水、防各類油污的侵入的問題，因采用電容變化檢測方式實(shí)現(xiàn)按鍵，所以觸摸的反應(yīng)時(shí)間快，觸摸力度也非常小。但電容式觸摸屏必需要有電容變化的物體或人體觸摸才能觸發(fā)按鍵響應(yīng)，按鍵面板表面雖可防塵、防水、防各類油污的侵入，但可能會由于附在按鍵表面的水、各類油污、液態(tài)物體而導(dǎo)致按鍵原有功能錯(cuò)亂或失效，在電磁兼容(EMC)的抗擾能力綜合性能上明顯要差于機(jī)械按鍵，且附在按鍵盤上的面板只能是絕緣性的材料，不能采用金屬材質(zhì)的面板。因具有上述缺點(diǎn)，容易導(dǎo)致按鍵輸入不準(zhǔn)確的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，有必要提供一種有精確輸入的基于效應(yīng)的按鍵輸入裝置和方法。
[0006]一種基于壓電效應(yīng)的按鍵輸入裝置，包括按鍵、電壓比較器和微控制器，按鍵下設(shè)置有壓電材料，電壓比較器的第一輸入端與壓電材料連接，第二輸入端輸入?yún)⒖茧妷?，輸出端與微控制器的輸入端連接；
[0007]壓電材料在外力按壓按鍵時(shí)產(chǎn)生第一電壓；
[0008]電壓比較器比較第一電壓和參考電壓的大小，并根據(jù)比較結(jié)果輸出矩形波信號；
[0009]微控制器在判定矩形波信號為有效矩形波信號時(shí)輸出與有效矩形波信號對應(yīng)按鍵的鍵值。
[0010]在其中一種實(shí)施方式中，微控制器包括:
[0011]第一判斷模塊，用于判斷矩形波信號的脈寬是否大于或等于第一閾值且小于或等于第二閾值；第一閾值小于或等于第二閾值；
[0012]處理模塊，用于在第一判斷模塊的判定結(jié)果為是時(shí)，判定矩形波信號為有效矩形波信號；
[0013]輸出模塊，用于輸出與有效矩形波信號對應(yīng)按鍵的鍵值。
[0014]在其中一種實(shí)施方式中，微控制器還包括第二判斷模塊和第三判斷模塊，
[0015]第二判斷模塊，用于判斷在預(yù)定時(shí)間內(nèi)是否有連續(xù)的有效矩形波信號；
[0016]第三判斷模塊，用于在第二判斷模塊的判定結(jié)果為是時(shí)，判斷連續(xù)有效矩形波之間的時(shí)間間隔是否大于或等于第三閾值；
[0017]輸出模塊，還用于在第三判斷模塊的判定結(jié)果為是時(shí)，輸出與連續(xù)有效矩形波信號對應(yīng)按鍵的鍵值。
[0018]在其中一種實(shí)施方式中，輸出模塊，還用于在第三判斷模塊的判定結(jié)果為否時(shí)，輸出前一個(gè)有效矩形波信號對應(yīng)按鍵的鍵值。
[0019]在其中一種實(shí)施方式中，電壓比較器的輸出端連接上拉電阻，電壓比較器第一輸入端為同相輸入端，第二輸入端為反相輸入端，電壓比較器在第一電壓大于參考電壓時(shí)輸出高電平，在第一電壓小于參考電壓時(shí)輸出低電平。
[0020]在其中一種實(shí)施方式中，壓電材料分別連接第一電容的一端、第一電阻的一端以及電壓比較器的同相輸入端，第一電容的另一端和第一電阻的另一端接地。
[0021]在其中一種實(shí)施方式中，還包括參考電壓設(shè)定電路，電壓比較器的第二輸入端連接參考電壓設(shè)定電路，參考電壓設(shè)定電路包括第二電阻、第三電阻和第二電容，電壓比較器的反相輸入端分別連接第二電容、第二電阻和第三電阻的一端，第二電阻的另一端連接電源，第三電阻和第二電容的另一端接地。
[0022]一種基于壓電效應(yīng)的按鍵輸入方法，包括:
[0023]壓電材料在外力按壓按鍵時(shí)產(chǎn)生第一電壓；
[0024]將第一電壓與參考電壓進(jìn)行比較并根據(jù)比較結(jié)果輸出矩形波信號；
[0025]判斷矩形波信號是否為有效矩形波信號；
[0026]若是，則輸出與有效矩形波信號對應(yīng)按鍵的鍵值。
[0027]在其中一種實(shí)施方式中，判斷矩形波信號是否為有效矩形波信號的步驟為:
[0028]判斷矩形波信號的脈寬是否大于或等于第一閾值且小于或等于第二閾值，第一閾值小于第二閾值；
[0029]若是，則判定為有效矩形波信號。
[0030]在其中一種實(shí)施方式中，在判定為有效矩形波信號的步驟之后，還包括:
[0031]判斷在預(yù)定時(shí)間內(nèi)是否有連續(xù)的有效矩形波信號；
[0032]若是，則判斷連續(xù)有效矩形波之間的時(shí)間間隔是否大于或等于第三閾值；
[0033]若是，則輸出與連續(xù)有效矩形波信號對應(yīng)按鍵的鍵值。
[0034]該基于壓電效應(yīng)的按鍵輸入裝置，通過利用壓電材料的壓電效應(yīng)，采用壓力形變變化量的檢測方式實(shí)現(xiàn)按鍵功能，所以觸摸的按壓力度相對機(jī)械按鍵更小，并且相對于傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵具有無機(jī)械觸點(diǎn)，無磨損，無電火花產(chǎn)生，使用壽命明顯延長的優(yōu)點(diǎn)。因無機(jī)械觸點(diǎn)所以按鍵盤表面可做成一體化面板，因而可以有效解決面板不能防塵、防水、防各類油污的侵入的問題。按鍵面板既可采用金屬材質(zhì)的面板材料，也可采用絕緣性質(zhì)的面板材料。該按鍵輸入裝置通過微控制器對脈沖信號是否為有效信號進(jìn)行判斷，能夠?yàn)V除各種抖動(dòng)干擾和環(huán)境震動(dòng)干擾，從而實(shí)現(xiàn)按鍵的精確輸入。
【附圖說明】
[0035]圖1為一種基于壓電效應(yīng)的按鍵輸入裝置的模塊圖；
[0036]圖2為壓電陶瓷片安裝示意圖；
[0037]圖3A為的壓電陶瓷片的左視圖；
[0038]圖3B為壓電陶瓷片的后視圖；
[0039]圖4為另一種基于壓電效應(yīng)的按鍵輸入裝置的模塊圖；
[0040]圖5為另一種基于壓電效應(yīng)的按鍵輸入裝置的模塊圖；
[0041]圖6為一種電壓比較器輸出的矩形波的波形圖；
[0042]圖7為電壓信號輸入電壓比較器之前的波形圖；
[0043]圖8為與圖7對應(yīng)的電壓比較器輸出矩形波的波形圖；
[0044]圖9為一種基于壓電效應(yīng)的按鍵輸入方法的流程圖；
[0045]圖10為另一種基于壓電效應(yīng)的按鍵輸入方法的流程圖；
[0046]圖11為另一種基于壓電效應(yīng)的按鍵輸入方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]請參閱圖1，一種基于壓電效應(yīng)的按鍵輸入裝置，包括按鍵100、電壓比較器200和微控制器300，按鍵100下設(shè)置有壓電材料，電壓比較器200的第一輸入端與壓電材料連接，第二輸入端輸入?yún)⒖茧妷?，輸出端與微控制器300的輸入端連接。
[0048]壓電材料在外力按壓按鍵100時(shí)產(chǎn)生第一電壓。電壓比較器200比較第一電壓和參考電壓的大小，并根據(jù)比較結(jié)果輸出矩形波信號。微控制器300在判定矩形波信號為有效矩形波信號時(shí)輸出與有效矩形波信號對應(yīng)按鍵的鍵值。
[0049]壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)。
[0050]壓電材料具有壓電效應(yīng)的特性，在外界壓力的作用下產(chǎn)生電壓。通過按壓按鍵表面，將施加在按鍵表面的按壓力度，通過按鍵面板的形變將力傳給壓電材料，由壓電材料將該壓力轉(zhuǎn)換為波形不規(guī)則的弱電壓矩形波信號，產(chǎn)生第一電壓。
[0051]在本實(shí)施方式中，壓電材料采用壓電陶瓷片，在其它實(shí)施方式中，也可以采用其它能產(chǎn)生壓電效應(yīng)的壓電材料。
[0052]請參閱圖2的壓電陶瓷片安裝示意圖、圖3A和圖3B所示的壓電陶瓷片結(jié)構(gòu)示意圖，按鍵100采用金屬面板，按鍵100下設(shè)置有壓電陶瓷片101，壓電陶瓷片101具有正極1011和負(fù)極1012，負(fù)極為黃銅基片，其正極為陶瓷銀層，壓電陶瓷片101的負(fù)極接地，正極和負(fù)極上分別有引線焊接點(diǎn)位置1013。
[0053]電壓比較器200具有第一輸入端和第二輸入端，其中第一輸入端與壓電材料連接，用于輸入第一電壓，