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一、摘要 現(xiàn)有的機(jī)械敲擊式鍵盤在人們生活中逐漸出現(xiàn)的不良影響慢慢的凸顯，對(duì)于新型非接觸式鍵盤，可以提高人們的生活質(zhì)量有一定的作用。對(duì)于此鍵盤的開發(fā)具有一定的價(jià)值。 本設(shè)計(jì)用Microchip公司生產(chǎn)的高性能MIPS核MCU--PIC32MX460F512L開發(fā)板Cerebot 32MX4 Board作為主控板，并采用的是廉價(jià)的、用途廣等諸多優(yōu)點(diǎn)的LED作為此設(shè)計(jì)的核心部件之一。LED作為感應(yīng)器件的同時(shí)又可以作為發(fā)光源，美觀、大方等實(shí)用性和商業(yè)性的諸多優(yōu)點(diǎn)。故設(shè)計(jì)此項(xiàng)目。 二 傳感器的選取 2.1關(guān)于幾種傳感器的選擇 ①光敏二極管 有價(jià)格低，準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)。但在夜晚，不具備識(shí)別的功能。 該傳感器價(jià)格便宜，且對(duì)周圍光亮度的感應(yīng)能力強(qiáng)。該感應(yīng)元件需要在有光的情況下使用。但是在夜間情況下，作為鍵盤的傳感器，無(wú)法達(dá)成識(shí)別的效果。 ③接近式傳感器 該傳感器有很好的識(shí)別能力，且感應(yīng)的距離較遠(yuǎn)。但其價(jià)格相對(duì)貴，成本上相對(duì)高。 ④紅外收發(fā)一體傳感器 該傳感器元件收發(fā)一體方便。但對(duì)于發(fā)光二極管來(lái)相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)貴些，且功耗也較發(fā)光二極管略高些 ⑤發(fā)光二極管(LED) 該器件能夠?qū)膺M(jìn)行一定的感應(yīng)，該器件能有一定距離內(nèi)進(jìn)行識(shí)別能力，可以應(yīng)用在鍵盤上。且能有發(fā)光效果，能在黑暗中進(jìn)行一定的照明。 2.2關(guān)于發(fā)光二極管的選取 為了較好的達(dá)到預(yù)期效果，選取發(fā)光二極管當(dāng)傳感器使用。最好選取紅色的，LED能感光，但距離近。根據(jù)光能量特性和反射性質(zhì)。紅外光線能量傳遞最好，則在可見光波段，則紅色LED為首選。 對(duì)于發(fā)光二極管的管子選取。亮度的選取，盡量選取亮度較高的，有利于識(shí)別和照明。還有發(fā)射的均勻性，盡量選擇發(fā)射集中的，不是過(guò)于發(fā)散的紅色發(fā)光二極管。 > 對(duì)于“白發(fā)紅” 適合選用這種“白發(fā)紅”的發(fā)光二極管做傳感器 對(duì)于“紅發(fā)紅 初步測(cè)試，不適合選取這類“紅發(fā)紅”發(fā)光二極管做為傳感器 ⒊發(fā)光二極管的特點(diǎn) 燈具功耗低、光效高 ,比日光燈節(jié)約電量約70%一80%; 壽命長(zhǎng)：在正常使用的情況下 ,壽命超過(guò)5000小時(shí) , 理想狀態(tài)下甚至可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)以上,相當(dāng)于連續(xù)點(diǎn)亮 年 ,并且性能穩(wěn)定 , 5萬(wàn)小時(shí)光衰僅為30%;環(huán)保：不含汞等有害物質(zhì)、可回收再利用, 無(wú)紅外和紫外線輻射(因此可避免招惹蚊蟲); 人眼舒適度高:由于為恒流驅(qū)動(dòng) ,因此不存在閃頻問題 ,能很好地保護(hù)眼睛;外形尺寸靈活,單個(gè),尺寸小巧 ,可隨意組合形成發(fā)光模塊 。 發(fā)光二極管的制造設(shè)計(jì)的不同也有其不同的發(fā)散角。如： (發(fā)光二極管的發(fā)散角的類型。最好是能選取發(fā)散角較小的，有利于提高判別的準(zhǔn)確性。) 三、總體設(shè)計(jì) 3.1發(fā)光二極管的模式 白天模式(日照光情況) 當(dāng)有手進(jìn)行近距離懸空遮擋時(shí)，發(fā)光二極管狀態(tài)經(jīng)行改變，進(jìn)行高阻態(tài)經(jīng)行讀取 當(dāng)手離開一定的感應(yīng)距離是，發(fā)光二極管又恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài) 夜間模式 在夜間無(wú)光源的時(shí)候，發(fā)光二極管轉(zhuǎn)換成發(fā)光狀態(tài)成為光源。一則可以用來(lái)眼睛亮提供光線，用于照明使用;二則對(duì)于LED經(jīng)行提供照明，能經(jīng)行按鍵的判別。 當(dāng)光源足夠的情況下，沒有遮擋是正常使用狀態(tài)，當(dāng)有手進(jìn)行一定距離的遮擋時(shí)即判為非常態(tài)，發(fā)光二極管狀態(tài)發(fā)生 當(dāng)手離開遮擋的距離時(shí)，發(fā)光二極管又恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。 具體的工作原理 兩個(gè)相同的led近距離的擺放在一個(gè)光纖封閉的房間里，作為光伏轉(zhuǎn)換的參照性特征。選擇電阻和電源構(gòu)建一個(gè)典型的Led發(fā)光電路。 3.2發(fā)光二極管的光強(qiáng)度測(cè)試?yán)碚?暫未完成實(shí)現(xiàn)) LED電路應(yīng)保證陽(yáng)極能有效接+5V(1發(fā)光模式)和被拉地(2反向偏執(zhí)，3讀值狀態(tài))。 LED電路應(yīng)保證陰極能處于GND(1發(fā)光模式)，+5V(2方向偏執(zhí)，LED充電(要能 提供電流的驅(qū)動(dòng)能力))，IO輸入(3讀值狀態(tài))。 狀態(tài)1 正向?qū)↙ED發(fā)光。 狀態(tài)2 LED方向通電，電路對(duì)LED內(nèi)部電容充電。充電后LED能保持+5V一段時(shí)間 狀態(tài)3 正極地，陰極接端口高阻狀態(tài)。則LED內(nèi)部電容和光電流源形成一個(gè)放電回路。當(dāng)LED接受光照越強(qiáng)，放電越快。則越快回復(fù)到低電壓，我們則檢測(cè)LED充電后通過(guò)放電，led陰極電壓從+5v到低電壓(地)的放電時(shí)間來(lái)計(jì)算光照強(qiáng)度。 3.3鍵盤的編碼 非編碼鍵盤的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單許多，省略了復(fù)雜的編碼電路和蜘蛛網(wǎng)似的走線，而且更重要的是，由于非編碼式鍵盤將按鍵結(jié)構(gòu)和輸出鍵碼分離，所以當(dāng)需要制造不同鍵位排列的鍵盤時(shí)，不需要重新設(shè)計(jì)鍵盤線路，而只要將控制電路中的鍵位排列表格重新刷新就可以了。 但是非編碼式鍵盤帶來(lái)的就是“鍵位沖突”的問題。以上面的按鍵排列表為例，當(dāng)按下一個(gè)按鍵時(shí)，鍵盤肯定會(huì)正常識(shí)別的;當(dāng)按下兩個(gè)按鍵時(shí)，例如同時(shí)按下 “Q”與“D”，此時(shí)上層導(dǎo)線1與下層導(dǎo)線2連通，而上層導(dǎo)線3與下層導(dǎo)線3連通，系統(tǒng)完全可以正常識(shí)別;或者同時(shí)按下“Q”與“E”，此時(shí)，上層導(dǎo)線 1、下層導(dǎo)線2、上層導(dǎo)線3同時(shí)連通，系統(tǒng)同樣可以正常識(shí)別出是按下了這三個(gè)按鍵。 由于非編碼鍵盤的固有結(jié)構(gòu)，“鍵位沖突”是不可避免的。 傳統(tǒng)的鍵盤，是編碼式鍵盤，它的每個(gè)鍵按下時(shí)都會(huì)產(chǎn)生唯一的按鍵編碼，并且通過(guò)專有的一組導(dǎo)線傳輸?shù)芥I盤接口電路，由于其線路和編碼的唯一性，這種鍵盤是不存在鍵位沖突的問題的。 并且根據(jù)現(xiàn)在對(duì)此項(xiàng)目的鍵盤硬件設(shè)計(jì)，適合使用選擇編碼式鍵盤。 3.4總體設(shè)計(jì)計(jì)劃 3.4.1硬件 NPN的基極至高時(shí)，管子導(dǎo)通LED的陽(yáng)極處于高電平，再將LED陰極置低電平，LED管即可處于發(fā)光狀態(tài)。 NPN的基極置低時(shí)，管子處于讀取狀態(tài)，當(dāng)有一定亮度時(shí)，PIC32主控板的管教TRISx置1.管腳高阻讀取，獲得低電平。 3.4.2軟件 總體設(shè)計(jì) |
