專利名稱：一種電容式觸摸感應(yīng)鍵盤及現(xiàn)場儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及工業(yè)自動化現(xiàn)場儀表領(lǐng)域，尤其涉及一種電容式觸摸感應(yīng)鍵盤及現(xiàn)場儀表。
背景技術(shù)：
自動化儀表是生產(chǎn)過程自動控制的靈魂。工業(yè)過程自動化儀表主要分為兩類，一是控制室儀表，另一個是現(xiàn)場儀表?，F(xiàn)場儀表是指工作在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，代替人們對生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)進(jìn)行測量、控制、監(jiān)督和保護(hù)的一類專用儀器儀表，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化必不可少的技術(shù)工具。例如對現(xiàn)場溫度、壓力、流量、物位進(jìn)行測量的變送器以及根據(jù)調(diào)節(jié)規(guī)律和命令對生產(chǎn)裝置進(jìn)行控制的執(zhí)行器等都屬于現(xiàn)場儀表。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)場儀表正在朝著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在現(xiàn)代智能儀表中，人機(jī)接口是不可缺少的重要組成部分。一般情況下，人對儀器狀態(tài)的干預(yù)和數(shù)據(jù)的輸入最常用的是鍵盤。工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)現(xiàn)場儀表需要設(shè)置一些參數(shù)或切換狀態(tài)時，必須打開儀表的端蓋操作，但在如石油、化工行業(yè)等一些防爆要求較高的場所打開端蓋進(jìn)行參數(shù)設(shè)置是不被允許的，所以現(xiàn)有的需要打開儀表端蓋來設(shè)置參數(shù)的現(xiàn)場儀表的應(yīng)用范圍受到了限制。另外，在現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)場儀表的輸入鍵盤通常是由機(jī)械式的按鍵組合而成，如按鍵開關(guān)、薄膜開關(guān)等，其需要運(yùn)動觸點(diǎn)來進(jìn)行按鍵。最常用的是用手按壓鍵盤來完成輸入動作，通過按動運(yùn)動觸點(diǎn)，使按鍵開關(guān)的兩電極短路，從而形成按鍵動作。但是，運(yùn)動觸點(diǎn)式的按鍵結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)是使用壽命受運(yùn)動觸點(diǎn)的疲勞壽命和磨損壽命制約，相對較短。而現(xiàn)場儀表一般所處的環(huán)境較惡劣，一旦鍵盤損壞，就不能就地操作現(xiàn)場儀表，而更換按鍵或更換儀表，不但浪費(fèi)人力物力，甚至影響生產(chǎn)過程的進(jìn)度，造成不良的后果。而且，為了達(dá)到密封及美觀的目的，現(xiàn)有儀表通常的做法是將鍵盤設(shè)置在殼體內(nèi)部，用柔性薄膜等材料覆蓋作為按鍵位置標(biāo)記，然后用帶透明玻璃的顯示面蓋密封整個儀表殼體。當(dāng)要對儀表進(jìn)行操作時，需打開蓋子再進(jìn)行按鍵，這種設(shè)計(jì)既不安全又不方便。此夕卜，此種方式對所選用的覆蓋物材料的剛度和厚度有著比較嚴(yán)格的限制，對生產(chǎn)工藝要求較高。綜上所述，現(xiàn)有現(xiàn)場儀表中采用的機(jī)械式按鍵存在易磨損、使用壽命短、可靠性差等問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中現(xiàn)場儀表使用的機(jī)械式按鍵易磨損、使用壽命短、可靠性差，且使用這種機(jī)械式按鍵的現(xiàn)場儀表操作不便、生產(chǎn)工藝要求較高等缺陷，提供一種可靠耐用的電容式觸摸感應(yīng)鍵盤以及一種采用該電容式觸摸感應(yīng)鍵盤的安全性高、操作簡便的現(xiàn)場儀表。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是[0009]提供一種電容式觸摸感應(yīng)鍵盤，包括依次相連的觸摸面板、觸摸感應(yīng)單元、觸摸檢測單元和主控模塊，所述觸摸感應(yīng)單元包括間隔設(shè)置的感應(yīng)電極和參考電極。本實(shí)用新型電容式觸摸感應(yīng)鍵盤中，所述觸摸面板為具有預(yù)設(shè)厚度的透明的有機(jī)玻璃。 本實(shí)用新型電容式觸摸感應(yīng)鍵盤中，所述觸摸面板與所述觸摸感應(yīng)單元相連的一面絲印有按鍵標(biāo)記。本實(shí)用新型電容式觸摸感應(yīng)鍵盤中，所述觸摸感應(yīng)單元包括共面相鄰設(shè)置的感應(yīng)電極和參考電極，所述感應(yīng)電極與所述觸摸檢測單元相連。本實(shí)用新型電容式觸摸感應(yīng)鍵盤中，所述觸摸感應(yīng)單元和所述觸摸檢測單元位于觸摸按鍵板上，所述感應(yīng)電極和所述參考電極位于所述觸摸按鍵板靠近所述觸摸面板的一面上，所述感應(yīng)電極通過雙面膠粘貼于所述觸摸面板的按鍵標(biāo)記區(qū)域。本實(shí)用新型電容式觸摸感應(yīng)鍵盤中，所述感應(yīng)電極是預(yù)設(shè)尺寸的PCB銅箔。本實(shí)用新型電容式觸摸感應(yīng)鍵盤中，所述觸摸檢測單元包括電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、 處理器和環(huán)境參數(shù)校正系統(tǒng)。本實(shí)用新型電容式觸摸感應(yīng)鍵盤中，所述觸摸檢測單元是無需編程的多通道觸摸 ICo本實(shí)用新型還提供一種現(xiàn)場儀表，包括儀表殼體和以上任一項(xiàng)所述的電容式觸摸感應(yīng)鍵盤，電容式觸摸感應(yīng)鍵盤的觸摸面板固定在所述儀表殼體上形成密封空間，所述電容式觸摸感應(yīng)鍵盤的觸摸感應(yīng)單元、觸摸檢測單元和主控模塊位于所述密封空間內(nèi)。本實(shí)用新型現(xiàn)場儀表中，所述現(xiàn)場儀表還包括顯示器，所述顯示器固定于所述觸摸面板上，且位于所述密封空間內(nèi)，所述顯示器與所述觸摸感應(yīng)單元和所述主控單元分別電氣相連。本實(shí)用新型一種電容式觸摸感應(yīng)鍵盤和現(xiàn)場儀表的有益效果為通過采用無機(jī)械運(yùn)動部件的觸摸感應(yīng)按鍵，避免了運(yùn)動觸點(diǎn)的機(jī)械磨損所導(dǎo)致的按鍵失效，增加了按鍵的使用壽命，大大增加了現(xiàn)場儀表的可靠性；可通過手指直接觸摸該面板上相應(yīng)區(qū)域來實(shí)現(xiàn)按鍵功能，免去了只有開蓋才能對現(xiàn)場儀表進(jìn)行操作的步驟，符合現(xiàn)場儀表的防爆要求，既安全又方便；觸摸面板固定在面板殼體上，這樣觸摸面板可以設(shè)置成全封閉的構(gòu)造，更有利于現(xiàn)場儀表的密封設(shè)計(jì)需要，可以起到防水、防塵等一系列防護(hù)作用；采用觸摸感應(yīng)單元和觸摸檢測單元完成觸摸按鍵狀態(tài)監(jiān)測功能，可直接替代現(xiàn)有的機(jī)械式按鍵開關(guān)，而無需修改現(xiàn)場儀表控制系統(tǒng)程序。

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中圖1為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種采用電容式觸摸感應(yīng)鍵盤的現(xiàn)場儀表的主視圖；圖2為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種電容式觸摸感應(yīng)鍵盤的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為根據(jù)本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例的電容式觸摸感應(yīng)鍵盤與顯示板的局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4A-C為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種電容式觸摸感應(yīng)的按鍵板感應(yīng)單元示意圖；圖5為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種電容式觸摸感應(yīng)按鍵系統(tǒng)手指電容示意圖；圖6為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種電容式觸摸IC原理框圖；圖7為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種電容式觸摸IC JR9804B應(yīng)用電路原理圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的采用電容式觸摸感應(yīng)鍵盤的現(xiàn)場儀表的主視圖。 在本實(shí)施例中，一種采用電容式觸摸感應(yīng)鍵盤的現(xiàn)場儀表包括儀表殼體101和電容式觸摸感應(yīng)鍵盤103。另外，該現(xiàn)場儀表還可以選擇性地包括顯示器104。在現(xiàn)場儀表中，電容式觸摸感應(yīng)鍵盤103的觸摸面板102固定在儀表殼體101上形成密封空間，電容式觸摸感應(yīng)鍵盤103的其它部件，包括觸摸感應(yīng)單元、觸摸檢測單元和檢測單元，位于密封空間內(nèi)。另夕卜，當(dāng)包含顯示器104時，顯示器104固定于觸摸面板102上，且位于上述密封空間內(nèi)。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，觸摸面板102通過螺釘與儀表殼體101固定，且觸摸面板 102靠近密封空間的一面的四周設(shè)有凹槽，凹槽中置有密封墊，觸摸面板102通過密封墊與儀表殼體101緊密接觸形成密封空間。該優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)鎖緊面板固定螺釘后，此密封墊由于被擠壓變形而使觸摸面板102與儀表殼體101之間達(dá)到密封的目的。在另一個優(yōu)選實(shí)施例中，現(xiàn)場儀表還包括顯示器104。顯示器104固定于觸摸面板 102靠近密封空間的一面上，且顯示器104與觸摸感應(yīng)單元和主控單元分別電氣相連。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，顯示器通常包括顯示屏和顯示板(例如PCB板)，顯示屏裝在顯示板上，并可以通過螺釘固定于觸摸面板102靠近密封空間的一面上?？梢栽谟|摸面板102上劃分顯示觀察窗和絲印區(qū)域。顯示屏的顯示區(qū)域可以位于顯示觀察窗的下面。在另一個優(yōu)選實(shí)施例中，觸摸面板102上絲印有按鍵圖案，此圖案位于絲印區(qū)域內(nèi)。在電氣連接上，觸摸感應(yīng)鍵盤103與顯示器104之間可以通過FPC連接線等電氣連接線進(jìn)行連接，傳輸電信號；而顯示器104與儀表的主控模塊之間可以通過排線等電氣連接線實(shí)現(xiàn)電氣連通，主控模塊通過此連接線向顯示器104供電及輸出LCD顯示控制信號， 同時接受來自觸摸感應(yīng)鍵盤等的反饋電信號?，F(xiàn)場儀表工作時，顯示器104及觸摸感應(yīng)鍵盤103面向操作人員，操作人員通過透明的顯示觀察窗即可察看LCD顯示屏的顯示信息；當(dāng)需要現(xiàn)場設(shè)置儀表參數(shù)或者切換儀表狀態(tài)時，操作人員可直接用手指觸摸感應(yīng)鍵盤103的相應(yīng)區(qū)域來實(shí)現(xiàn)按鍵操作，當(dāng)儀表主控模塊接收到按鍵命令后，執(zhí)行相應(yīng)的程序流程，完成相應(yīng)的按鍵功能。圖2為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種電容式觸摸感應(yīng)鍵盤的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，一種電容式觸摸感應(yīng)鍵盤可以包括依次相連的觸摸面板210、觸摸感應(yīng)單元220、 觸摸檢測單元230和主控模塊M0。本電容式觸摸感應(yīng)鍵盤的原理是人體皮膚組織中充滿傳導(dǎo)電解質(zhì)，存在手指電容，手指觸摸會導(dǎo)致觸摸感應(yīng)系統(tǒng)電容發(fā)生變化，通過檢測電容變化量即可判斷手指是否觸摸。通過一定的算法，還可進(jìn)一步判斷觸摸發(fā)生的位置，達(dá)到識鍵的功能。觸摸面板210通常由透明的材料如有機(jī)玻璃、塑料或其它絕緣材料制成，它的厚度根據(jù)實(shí)際需要可以調(diào)整。觸摸面板210可以通過膠粘或壓接的方式固定在儀表殼體101 上。觸摸面板210的背面(靠近觸摸感應(yīng)單元的一面)上還可以絲印有按鍵圖案或其它按鍵標(biāo)記，有助于個性化設(shè)計(jì)及產(chǎn)品的美觀效果。使用這種透明的觸摸面板210，不僅可以通過該透明面板觀察現(xiàn)場儀表腔體內(nèi)顯示器的顯示信息，還可以直接觸摸該面板上相應(yīng)的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對儀表的現(xiàn)場操作，免去了開蓋才能操作儀表的麻煩，增強(qiáng)了安全性；此外，該面板由于固定在儀表的面板殼體上，很容易達(dá)到密封的目的，滿足很多工業(yè)場合的密封要求。觸摸感應(yīng)單元220包括間隔設(shè)置的感應(yīng)電極和參考電極，即由感應(yīng)電極、參考電極及感應(yīng)電極與參考電極之間的間隙組成，用于形成寄生電容及觸摸電容，是該電容式觸摸感應(yīng)鍵盤的“感覺器官”。觸摸檢測單元230用以檢測觸摸感應(yīng)單元220的電容或電容變化量，然后根據(jù)檢測結(jié)果判斷相應(yīng)按鍵開關(guān)的狀態(tài)，其分別與觸摸感應(yīng)單元220及主控模塊240相連。主控模塊240用于接收觸摸檢測單元230的檢測結(jié)果，然后根據(jù)要求執(zhí)行相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定或狀態(tài)切換任務(wù)。在一些實(shí)施例中，觸摸檢測單元230與主控模塊240可以集成為一體，由帶微控制器的單片集成電路完成按鍵狀態(tài)檢測及觸摸邏輯決策的功能。圖3是根據(jù)本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例的電容式觸摸感應(yīng)鍵盤與顯示板的局部結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，一種電容式觸摸感應(yīng)鍵盤可以包括觸摸面板210、觸摸感應(yīng)單元 220、觸摸檢測單元230和主控模塊MO (未示出)，其中，觸摸感應(yīng)單元220和觸摸檢測單元 230均位于觸摸按鍵板204上，且觸摸按鍵板204與顯示板206電氣相連。本實(shí)用新型的主要原理是人體存在手指電容，當(dāng)手指觸摸面板上按鍵區(qū)域時，利用觸摸檢測單元230(例如觸摸IC)檢測觸摸感應(yīng)單元220的電容變化來判斷按鍵動作，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場儀表的按鍵功能。觸摸面板210位于觸摸感應(yīng)鍵盤103的最外層，其材質(zhì)及厚度選擇極為關(guān)鍵。觸摸面板210的厚度一定時，觸摸面板的介電常數(shù)越大，觸摸感應(yīng)按鍵靈敏度越高，當(dāng)然，介電常數(shù)太大，例如為金屬面板時，容易導(dǎo)致觸摸感應(yīng)單元220 “失效”或者系統(tǒng)誤動作。當(dāng)觸摸面板210的材質(zhì)相同時，觸摸感應(yīng)靈敏度與觸摸面板210的厚度成反比，當(dāng)然，觸摸面板210太薄時，容易受外力沖擊而破碎，例如在運(yùn)輸途中的撞擊等，這是現(xiàn)場儀表設(shè)計(jì)時需要考慮的因素。綜上考慮，在本實(shí)用新型的一個優(yōu)選實(shí)施例中，采用5mm厚的有機(jī)玻璃作為觸摸面板210，既安全又方便。在觸摸面板210的背面，還可以設(shè)置絲印層202。絲印層202 可以包括圖1中的絲印區(qū)域及觸摸感應(yīng)鍵盤的按鍵圖案，絲印不允許采用金屬粉末等導(dǎo)電的物質(zhì)。觸摸按鍵板204位于圖1中觸摸感應(yīng)鍵盤103絲印區(qū)域的正下方。一般而言，觸摸按鍵板204可以采用普通的FR4 PCB板，板厚1.6mm。觸摸感應(yīng)單元220和觸摸檢測單元 230位于觸摸按鍵板204上。如圖3所示，觸摸感應(yīng)單元220和觸摸檢測單元230分別位于觸摸按鍵板204的兩面上。觸摸感應(yīng)單元220可以包括相鄰設(shè)置的感應(yīng)電極241和參考電極M2。如圖3所示，感應(yīng)電極241位于觸摸按鍵板204的觸摸面板210側(cè)，其可以由觸摸按鍵板204上的PCB銅箔構(gòu)成，也可以采用其它導(dǎo)體，如金屬片、彈簧、導(dǎo)電油墨以及ITO玻璃等，感應(yīng)電極的形狀和尺寸也可在一定范圍內(nèi)調(diào)整。參考電極242可以由觸摸按鍵板 204上的PCB覆銅或者焊盤構(gòu)成。感應(yīng)電極Ml、參考電極242及它們之間的間隙共同組成觸摸感應(yīng)鍵盤的觸摸感應(yīng)單元220。感應(yīng)電極Ml與觸摸檢測單元230連接，例如當(dāng)觸摸檢測單元230位于觸摸按鍵板204的另一面(也稱背面)時，感應(yīng)電極241可以通過過孔及觸摸按鍵板204背面PCB走線的方式連接至觸摸檢測單元230。在布線時，此走線應(yīng)該盡量細(xì)且短，并且避免靠近高頻信號線，達(dá)到減小寄生電容及干擾的目的。在一些實(shí)施例中，絲印層202及觸摸按鍵板204之間有粘膠層203，一般采用絕緣的高粘度膠，用于將觸摸按鍵板204緊貼于觸摸面板210的背面，粘貼時不允許留有氣泡，以免影響觸摸感應(yīng)按鍵的靈敏度。為防止儀表振動導(dǎo)致觸摸按鍵板204與觸摸面板210脫落，在本實(shí)用新型的一個優(yōu)選實(shí)施例中，還可以采用安裝支架205的方式，將觸摸按鍵板204緊壓于觸摸面板210，并使它們壓緊在主殼體101上，避免它們之間形成空隙而影響觸摸感應(yīng)效果。顯示板206固定于觸摸面板102的背面。244和261分別是焊接在觸摸按鍵板204和顯示板206上的FPC插座，它們之間通過FPC連接線245實(shí)現(xiàn)電氣連接。然后通過顯示板206上與主控模塊MO 之間的排線，即可實(shí)現(xiàn)電容式觸摸感應(yīng)系統(tǒng)與主控模塊之間的電氣連通。圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種電容式觸摸感應(yīng)按鍵板感應(yīng)單元示意圖。本實(shí)施例有4個按鍵開關(guān)，如圖3中的Kl K4。對單個按鍵如K1，其觸摸感應(yīng)單元由感應(yīng)電極 301、間隙302及參考電極303構(gòu)成。為避免尖端放電影響觸摸效果，本實(shí)用新型一個優(yōu)選實(shí)施例的感應(yīng)電極301采用圓形形狀。在觸摸面板210材質(zhì)及厚度一定時，觸摸按鍵靈敏度與感應(yīng)電極301面積成正比，考慮到按鍵操作輕松程度，本實(shí)用新型一個優(yōu)選實(shí)施例采用直徑13mm的圓形銅箔作為感應(yīng)電極301，感應(yīng)電極301的背面不允許覆銅和走線。間隙 302的作用類似于平行板電容器的極板間距，對觸摸感應(yīng)按鍵系統(tǒng)的寄生電容大小有影響作用，本優(yōu)選實(shí)施例取值約為0. 5mm。參考電極303通過PCB走線與觸摸檢測單元230的地線連接，為減小寄生電容及增強(qiáng)觸摸感應(yīng)系統(tǒng)抗干擾能力，參考電極303采用45°的網(wǎng)格覆銅方式接地。對多個按鍵，如本實(shí)施例中的K1、K2、K3、K4，需要注意相鄰感應(yīng)電極之間的距離不能太小，否則會出現(xiàn)“誤操作”的現(xiàn)象。對于本實(shí)用新型實(shí)施例采用兩方面措施防止相鄰按鍵“誤操作”一是相鄰按鍵感應(yīng)電極之間覆接地網(wǎng)格銅減小相互干擾，另一方面在觸摸檢測單元230的軟件方面做一些處理，采用鄰鍵抑制技術(shù)，即相鄰按鍵中電容變化較大的按鍵被認(rèn)為是有效觸摸，而電容變化相對較小的則被忽略，此方法有助于做成間距較小的密集鍵盤。圖5A-C為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種電容式觸摸感應(yīng)按鍵系統(tǒng)手指電容示意圖。 一般來說，手指電容分為兩種。第一種是新生電容，如圖5Α所示，激勵信號源402連接懸空的按鍵感應(yīng)電極，手指的靠近增加了其間的電場強(qiáng)度，電力線401密度隨之上升，感應(yīng)電容也就隨之增加。另一種是手指調(diào)制電容，即手指還會對已有電容的分布進(jìn)行調(diào)制。如圖5Β 和5C所示，在電容觸摸按鍵的設(shè)計(jì)中，常常在按鍵感應(yīng)電極周圍布上環(huán)狀地平面，手指的觸摸可以改變電力線的分布，調(diào)制了按鍵的電容。403為觸摸前電力線分布示意圖，404為手指觸摸后感應(yīng)單元的電力線分布示意圖。圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種電容式觸摸IC原理框圖，其作為觸摸檢測單元 230，可以包括電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(⑶C)、處理器(ftx)cess0r)和環(huán)境參數(shù)校正系統(tǒng)(Self Calibration).圖5所示的電容式觸摸IC采用16pin NSOP封裝，體積小，便于安裝。它的基本原理是使用16bit高精度的CDC(數(shù)字電容轉(zhuǎn)換器)IC檢測感應(yīng)電極(Sensor)上的電容變化來識別人手指的觸摸動作，CDC輸出的數(shù)據(jù)由內(nèi)嵌的RISC處理器用高效可靠的算法進(jìn)行處理，向外直接輸出高低電平指示按鍵動作。另外，還可根據(jù)環(huán)境參數(shù)自動調(diào)整觸摸感應(yīng)電容比較的閥值，減小環(huán)境因素對觸摸感應(yīng)按鍵系統(tǒng)的影響。實(shí)際應(yīng)用可根據(jù)按鍵通道數(shù)目及與主控模塊接口方式選擇相應(yīng)的電容觸摸IC型號。本實(shí)施例的現(xiàn)場儀表為兩線制物位變送器，兩根線用于MVDC儀表供電，同時輸出4 20mADC回路電流信號，觸摸感應(yīng)鍵盤由4個觸摸按鍵組成，當(dāng)手指觸摸按鍵時，輸出低電平給儀表主控模塊MCU，當(dāng)未觸摸時，輸出高電平給儀表主控模塊MCU。此外，還要求觸摸感應(yīng)系統(tǒng)具有超低功耗，任意鍵喚醒及組合鍵等功能。根據(jù)以上要求，本實(shí)用新型一個優(yōu)選實(shí)施例選用JR9804B作為觸摸IC，其輸入電壓范圍為2. 2V 5. 5V，工作電流為1. 5uA/3V，有4個觸摸感應(yīng)通道，已成功應(yīng)用于消費(fèi)類電子設(shè)備、家用電器等的控制面板中。其應(yīng)用電路非常簡單，只需少許外圍阻容元件即可。 更重要的是其無需編程，靈敏度調(diào)節(jié)通過調(diào)整靈敏度電容的容值大小來實(shí)現(xiàn)。但是這僅僅是本實(shí)用新型的一個優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，在本實(shí)用新型的其它實(shí)施例中，觸摸檢測單元230(即觸摸IC)也可采用其它型號的、可編程或者不可編程的IC，如 WTC6104BSI 等。圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種用于現(xiàn)場儀表的電容式觸摸IC JR9804B應(yīng)用電路原理圖。如圖6所示，該應(yīng)用電路主要由電源(VDD、GND)、觸摸感應(yīng)輸入引腳(S1、S2、S3、 S4)、輸出引腳(0UT1、0UT2、0UT3、0UT4)、芯片模式設(shè)置管腳(W_0M、STG)、觸摸感應(yīng)靈敏度調(diào)節(jié)引腳(C_R)等五個部分組成。JR9804B測量的是電容的微小變化，要求電源VDD管腳處的紋波和噪聲要小，要注意避免由電源VCCl串入的外界強(qiáng)干擾，因此要求電源有較高穩(wěn)定度。當(dāng)電源不穩(wěn)定時，需外加LDO處理。本實(shí)用新型實(shí)施例的電源VCCl取自儀表主機(jī)電源，已經(jīng)經(jīng)過穩(wěn)壓處理，然后經(jīng)過濾波到達(dá)Ul的11腳，給Ul供電。圖6中Ll為磁珠，作用是抑制電源線上的傳導(dǎo)干擾。Cl、C2、C3為濾波電容，在PCB布板時，電容C2、C3應(yīng)該接到電解電容Cl的前方才能較好地抑制高頻噪聲，濾波電容C6應(yīng)靠近芯片Ul管腳VDD處放置。K1、K2、K3、K4為感應(yīng)電極，通過PCB走線分別連接至Ul的輸入引腳Si、S2、S3、S4，這些PCB走線就構(gòu)成了本觸摸感應(yīng)系統(tǒng)的輸入通道S101、S102、S103、S104，為保證觸摸感應(yīng)按鍵有較好的靈敏度和避免誤觸發(fā)，輸入通道S101、S102、S103、S104應(yīng)通過過孔放置在與感應(yīng)盤相對的PCB的背面，并且連線要盡量短和細(xì)。輸出信號0UT1、0UT2、0UT3、0OT4分別對應(yīng)觸摸感應(yīng)的輸入Si、S2、S3、S4，例如當(dāng)手指感應(yīng)電極Kl時，觸摸電容變化信號經(jīng)輸入通道SlOl傳入JR9804B內(nèi)部的檢測電路，經(jīng)過觸摸檢測決策邏輯就會輸出按鍵信號(如低電平)至輸出引腳OUTl，然后經(jīng)FPC插座Jl的Jl_6腳輸入到儀表主控模塊內(nèi)的MCU引腳， 進(jìn)而執(zhí)行按鍵Kl對應(yīng)的功能。此0UT1、0UT2、0UT3、0OT4腳為NMOS開漏輸出類型，本實(shí)施例因儀表主控模塊MCU輸入口有上拉電阻，因此不需在Jl_3、Jl_4、Jl_5、Jl_6處外接上拉電阻。Ul的W_0M為喚醒模式設(shè)置引腳，本實(shí)施例中此腳接“0”，表示多鍵喚醒；當(dāng)W_0M接 “1”時，表示單鍵喚醒。Ul的STG引腳為輸出模式設(shè)置管腳，本實(shí)施例STG接“0”，表示輸出為0N/0FF模式，上電為高阻狀態(tài)；當(dāng)STG接“1”時，輸出為LEVEL HOLD模式，上電為高阻狀態(tài)。Ul的C_R為出觸摸感應(yīng)靈敏度調(diào)節(jié)端，通過選擇合適的靈敏度調(diào)節(jié)電容C4的容值來實(shí)現(xiàn)觸摸感應(yīng)靈敏度的調(diào)整。為保證良好的溫度特性，本實(shí)施例中的靈敏度調(diào)節(jié)電容C4選擇10%的X7R材質(zhì)的貼片電容。本實(shí)施例選用5mm厚的有機(jī)玻璃作為觸摸面板，因此通過調(diào)整 C4的大小來調(diào)節(jié)觸摸感應(yīng)靈敏度。C4的容值越大，觸摸感應(yīng)靈敏度就越高。為方便調(diào)節(jié)， 本實(shí)用新型一個優(yōu)選實(shí)施例將靈敏度劃分為四個等級A-過靈敏，手指接近但未觸摸就發(fā)生按鍵反應(yīng)；B-合適靈敏度，手指正常觸摸即可發(fā)生按鍵反應(yīng)；C-欠靈敏，需要較大的手指接觸面積才能發(fā)生按鍵反應(yīng)；D-無法實(shí)現(xiàn)按鍵功能。本實(shí)用新型實(shí)施例應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，因此應(yīng)將靈敏度調(diào)整到B等級，以保證該現(xiàn)場儀表工作的可靠性。在PCB布板時，可與 C4并排放置電容C5，以便調(diào)節(jié)觸摸感應(yīng)靈敏度，不需用時電容C5可不焊接。圖6中NC表示空腳，無作用。以上只是本實(shí)用新型的一些優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型。在本實(shí)用新型的其它實(shí)施例中，可以包括以上所述的任意特征和/或其任意組合，只要能實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的精神即可。本實(shí)用新型采用5mm厚的透明有機(jī)玻璃作為觸摸面板、PCB銅箔作為觸摸感應(yīng)按鍵感應(yīng)板、帶微控制器的觸摸IC作為觸摸電容檢測單元構(gòu)成觸摸感應(yīng)按鍵系統(tǒng)。觸摸面板背面絲印有按鍵圖案，將PCB銅箔感應(yīng)板通過3M高強(qiáng)度雙面膠粘貼于觸摸面板的絲印面相應(yīng)區(qū)域，即可通過手指直接觸摸該面板上相應(yīng)區(qū)域來實(shí)現(xiàn)按鍵功能。本實(shí)用新型通過采用無機(jī)械運(yùn)動部件的觸摸感應(yīng)按鍵，避免了運(yùn)動觸點(diǎn)的機(jī)械磨損所導(dǎo)致的按鍵失效，增加了按鍵的使用壽命，大大增加了現(xiàn)場儀表的可靠性；采用5mm厚的透明有機(jī)玻璃作為觸摸按鍵觸摸面板，5mm厚的有機(jī)玻璃面板硬度方面很好，不易破碎，通過透明面板可直接觀察儀表腔內(nèi)顯示器的顯示信息，面板背面絲印按鍵圖案，可通過手指直接觸摸該面板上相應(yīng)區(qū)域來實(shí)現(xiàn)按鍵功能，免去了只有開蓋才能對現(xiàn)場儀表進(jìn)行操作的步驟，符合現(xiàn)場儀表的防爆要求，既安全又方便；采用觸摸面板通過膠粘方式直接與面板殼體連接，背面有金屬支架壓緊觸摸面板，這樣觸摸面板可以設(shè)置成全封閉的構(gòu)造，更有利于現(xiàn)場儀表的密封設(shè)計(jì)需要，可以起到防水、防塵等一系列防護(hù)作用；采用帶微控制器的單片集成電路(觸摸IC)完成觸摸按鍵狀態(tài)監(jiān)測功能，實(shí)際應(yīng)用可供選擇的觸摸IC型號較多，可直接替代現(xiàn)有的機(jī)械式按鍵開關(guān)，而無需修改現(xiàn)場儀表控制系統(tǒng)程序。另外，本實(shí)用新型通過手指觸摸與儀表殼體相連的面板上相應(yīng)的按鍵位置來實(shí)現(xiàn)按鍵動作，然后通過采用電容數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)來檢測觸摸電容變化來判斷按鍵狀態(tài)，并通過環(huán)境漂移自動補(bǔ)償算法和高強(qiáng)度的抗干擾設(shè)計(jì)，可以保證產(chǎn)品長期工作時不會出現(xiàn)誤動現(xiàn)象，滿足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，適合用于工作環(huán)境惡劣的現(xiàn)場儀表。此外，加之現(xiàn)場儀表內(nèi)部控制器程序的配合和處理，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定及切換功能。雖然本實(shí)用新型是通過具體實(shí)施例進(jìn)行說明的，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離本實(shí)用新型范圍的情況下，還可以對本實(shí)用新型進(jìn)行各種變換及等同替代。另外，針對特定情形或材料，可以對本實(shí)用新型做各種修改，而不脫離本實(shí)用新型的范圍。因此，本實(shí)用新型不局限于所公開的具體實(shí)施例，而應(yīng)當(dāng)包括落入本實(shí)用新型權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實(shí)施方式。
權(quán)利要求1.一種電容式觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，包括依次相連的觸摸面板、觸摸感應(yīng)單元、 觸摸檢測單元和主控模塊，所述觸摸感應(yīng)單元包括間隔設(shè)置的感應(yīng)電極和參考電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，所述觸摸面板為具有預(yù)設(shè)厚度的透明的有機(jī)玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容式觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，所述觸摸面板與所述觸摸感應(yīng)單元相連的一面絲印有按鍵標(biāo)記。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電容式觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，所述觸摸感應(yīng)單元包括共面相鄰設(shè)置的感應(yīng)電極和參考電極，所述感應(yīng)電極與所述觸摸檢測單元相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電容式觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，所述觸摸感應(yīng)單元與所述觸摸檢測單元位于觸摸按鍵板上，所述感應(yīng)電極和所述參考電極位于所述觸摸按鍵板靠近所述觸摸面板的一面上，所述感應(yīng)電極通過雙面膠粘貼于所述觸摸面板的按鍵標(biāo)記區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容式觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，所述感應(yīng)電極是預(yù)設(shè)尺寸的PCB銅箔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電容式觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，所述觸摸檢測單元包括電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、處理器和環(huán)境參數(shù)校正系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電容式觸摸感應(yīng)鍵盤，其特征在于，所述觸摸檢測單元是無需編程的多通道觸摸IC。
9.一種現(xiàn)場儀表，其特征在于，包括儀表殼體和如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的電容式觸摸感應(yīng)鍵盤，電容式觸摸感應(yīng)鍵盤的觸摸面板固定在所述儀表殼體上形成密封空間， 所述電容式觸摸感應(yīng)鍵盤的觸摸感應(yīng)單元、觸摸檢測單元和主控模塊位于所述密封空間內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的現(xiàn)場儀表，其特征在于，所述現(xiàn)場儀表還包括顯示器，所述顯示器固定于所述觸摸面板上，且位于所述密封空間內(nèi)，所述顯示器與所述觸摸感應(yīng)單元和所述主控單元分別電氣相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電容式觸摸感應(yīng)鍵盤，包括依次相連的觸摸面板、觸摸感應(yīng)單元、觸摸檢測單元和主控模塊，所述觸摸感應(yīng)單元包括間隔設(shè)置的感應(yīng)電極和參考電極。本實(shí)用新型還公開了一種采用上述電容式觸摸感應(yīng)鍵盤的現(xiàn)場儀表，包括儀表殼體和電容式觸摸感應(yīng)鍵盤，電容式觸摸感應(yīng)鍵盤的觸摸面板固定在儀表殼體上形成密封空間，電容式觸摸感應(yīng)鍵盤的其它部件位于密封空間內(nèi)。本實(shí)用新型增加了按鍵的使用壽命，大大增加了現(xiàn)場儀表的可靠性；免去了只有開蓋才能對現(xiàn)場儀表進(jìn)行操作的步驟，既安全又方便；設(shè)置成全封閉的構(gòu)造，更有利于現(xiàn)場儀表的密封設(shè)計(jì)需要；可直接替代現(xiàn)有的機(jī)械式按鍵開關(guān)，而無需修改現(xiàn)場儀表控制系統(tǒng)程序。
文檔編號H03K17/98GK202221987SQ20112037898
公開日2012年5月16日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者傅宇晨, 謝曉暉, 譚云剛 申請人:深圳萬訊自控股份有限公司