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本設(shè)計實例旨在設(shè)計適用于極潮濕環(huán)境中(如在游泳池淋浴時)的密封鍵盤。該鍵盤需能夠檢測到0.4mm厚不銹鋼板上的輕微壓力。除了防水性能外，該鍵盤表面很光潔，用戶側(cè)也絕對平坦，除絲網(wǎng)印刷外沒任何其他東西存在。這種鍵盤的另一個優(yōu)點(diǎn)就是防破壞。 傳感器的核心部分是壓電圓片，通常被用作蜂鳴器，本實例選擇使用的是Murata公司的7BB-35-3。其外直徑為35mm，傳感區(qū)域的直徑范圍約為20mm。 圓片置于PCB上，PCB內(nèi)含電子器件，并具有圓孔，使陶瓷材料能自由移動(圖1)。盡管較薄的橡膠層會提供更高的敏感度，但本實例還是使用了一層3mm厚的自粘型泡沫橡膠(EPDM)將圓片固定在PCB上。該組件需施加合理的壓力夾在前板的背面。 圖1：PCB布局及開孔。 用手指觸摸外板，鋼材(或其他材質(zhì))會輕微變形，小幅增加的壓力通過橡膠傳遞至壓電圓片。該壓力足以產(chǎn)生可被微處理器檢測到的電壓。此時，處理器會將所有圓片當(dāng)作蜂鳴器使用，并發(fā)出應(yīng)答蜂鳴聲。 本設(shè)計實例中使用了4個按鍵。使用的微控制器為瑞薩科技(前身為NEC)的uPD78F0513，當(dāng)然，也可以使用其他微控制器。 壓電圓片的較小電極連接至微控制器的ADC輸入端，并通過大電阻連接至正電源。此外，其還被連接至一開始處于高阻抗?fàn)顟B(tài)的其他端口輸入(P7)。壓電圓片的其他電極(較大電極)被一起連接至幾個并行的端口位(P3)，而得到低阻抗值(圖2)。若缺少端口又具有足夠的輸出電流，就無需進(jìn)行這一步。這些端口開始會處于低電平。用手指按壓圓片至輕微變形，則供給ADC輸入端的電壓降低。 圖2：壓電式鍵盤/蜂鳴器原理圖。 啟動時，P3為低，P7為高，對壓電圓片快速充電，壓電圓片的電容值約為30nF。在零點(diǎn)幾微秒后，P7就會被設(shè)置為高阻抗輸入。 程序連續(xù)掃描ADC輸入。由于圓片具有大電容，電壓變化極慢，無需進(jìn)行快速掃描。在特定應(yīng)用中設(shè)置為每1ms進(jìn)行一次電壓測量，因此每4ms會對每個圓片檢查一次。 當(dāng)輸入電壓受按鍵下壓影響降至預(yù)設(shè)電壓以下時，控制器會對輸入進(jìn)行處理，然后使用所有并聯(lián)圓片作為蜂鳴器。使用0.4mm厚的鋼板時，低于5V電源1.5V的閾值就足以獲得很好的敏感度；若使用更厚的前板，仍有很大的裕量提高敏感度。 為發(fā)出蜂鳴聲，將P7設(shè)置為低阻抗輸出，將P3設(shè)置為相反的極性，其將在壓電圓片的諧振頻率(本實例中為2800Hz)下輸出一個方波。蜂鳴聲持續(xù)250ms，由R5限制驅(qū)動電流。蜂鳴聲結(jié)束后，P3恢復(fù)為0，P7再次短暫設(shè)置為5V，以對圓片進(jìn)行充電。 使用壓電膜片會使整個方案更為有效，且有助于降低成本。 |
