一種軟性鍵盤的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種軟性鍵盤，特別是薄膜壓電鍵盤。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)鍵盤按照工作原理和按鍵方式的不同，可以分為四種類型的鍵盤:
[0003](I)機械式鍵盤:底層是PCB板，帶有多個類似金屬接觸式開關，工作原理是使觸點導通或斷開。機械式鍵盤的優(yōu)點是耐用度高、工藝簡單:易維護。其缺點是原材料成本高、人工成本高、噪音大，且大部分機械鍵盤采用銅片彈簧作為彈性材料，因銅片易折易失去彈性，故使用時間過長導致故障率升高。
[0004](2)塑料薄膜式鍵盤:鍵盤由三層薄膜所組成，上層是正極電路，中層是間隔層，下層是負極電路。無機械磨損。其優(yōu)點是成本低、噪音小且無機械磨損。但容易造成卡鍵現(xiàn)象，即對鍵帽的四個邊或四個角施力時，會突然出現(xiàn)需要加強力度才能按下去的現(xiàn)象。
[0005](3)導電橡膠式鍵盤:鍵盤的內(nèi)部有一片薄膜，同時具有正極和負極電路，但正負極電路間是斷開的。斷開處的正上方放有一個橡膠圓點作為按鍵。橡膠圓點和薄膜式鍵盤不同的地方在于其下端有石墨，當按下按鍵時，石墨觸碰到原本斷開的電路就產(chǎn)生一個通路，完成“開〃的動作。
[0006](4)電容式鍵盤:利用類似電容式開關的原理，通過按下按鍵改變電極間的距離，引起電容容量的改變來驅(qū)動編碼器。理論上這種無觸點非接觸式開關磨損率極小甚至可以忽略不計，無接觸不良的隱患、噪音小、控制手感好且密封性較好，可以制造出高質(zhì)量的鍵盤，但制造工藝復雜。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]為了克服機械式接觸鍵盤觸點受外界環(huán)境影響穩(wěn)定性差及非接觸式電容鍵盤不易形成矩陣等缺點，提出了無接觸式壓電鍵盤。無接觸式壓電鍵盤是將力轉換成電信號，取代了觸點導通斷開的結構。壓電陶瓷作為一種壓電材料被應用于壓電鍵盤，但壓電陶瓷存在易碎、難于加工成不同的形狀、反射聲波產(chǎn)生虛假信號等缺點，故沒能得到廣泛應用。PVDF壓電薄膜是一種高分子聚合物，經(jīng)強電場極化后具有強的壓電性，在柔韌性、抗沖擊等方面優(yōu)于壓電陶瓷，更適合作為力傳感器用于無接觸式壓電鍵盤。根據(jù)PVDF傳感器工作模式的分析，設計的按鍵結構應該使PVDF傳感器工作在拉伸模式。
[0008]本申請的單個按鍵結構由PVDF傳感器和一個帶有凹槽的基座組成，基座的材料為剛性，PVDF傳感器下方為中空結構，為按鍵區(qū)，工作在拉伸模式；其他部分的PVDF傳感器下方由基座支撐，為非按鍵區(qū)，工作在厚度模式。按鍵區(qū)和非按鍵區(qū)工作模式的不同，使按鍵區(qū)輸出的信號高出非按鍵區(qū)輸出的信號兩個數(shù)量級，便于后續(xù)處理電路的設計。PVDF壓電薄膜作為力轉換元件與幾層結構緊密粘合在一起實現(xiàn)了無接觸式鍵盤結構。根據(jù)PVDF傳感器工作模式的分析，PVDF傳感器應工作在拉伸模式，因此所設計鍵盤按鍵下方為中空結構。鍵盤基座由帶有特定大小凹槽的PCB板制成，PCB板上表面電極作為PVDF壓電薄膜下電極，使得基座與下電極一體化。PVDF壓電薄膜粘貼于基座上作為力傳感器產(chǎn)生按鍵信號。帶有上電極的軟PCB板粘貼在PVDF壓電薄膜上層同時作為上電極和保護層，其中上電極的分布與基座的凹槽對應一致用來采集按鍵信號。在4X2鍵盤示例中，鍵盤結構由基座、下電極、PVDF壓電薄膜、上電極及保護層組成。其中，基座、下電極及上電極均是采用PCB電路板制作的，鍵盤結構可以和信號處理電路集成在一塊電路板上，方便按鍵信號的采集和處理。
[0009]自給電部分:由于PVD F壓電薄膜受激勵產(chǎn)生的電荷是瞬間和交替的，是以不規(guī)則的隨機突發(fā)形式提供能量的，而且在電能提取過程中具有阻尼效應，因此必須用一個超級電容器積累足夠的能量，然后通過轉換電路將能量儲存于電池中，從壓電片得到的交流電經(jīng)全波整流后的直流電壓為4 V左右，但由于電流太小，不足以直接啟動后續(xù)的充電芯片，所以必須先將電能儲存在超級電容上，當超級電容電壓達到芯片的充電控制端輸入電壓3 V要求時，電路開始工作，充電器采用恒流模式對電池充電，電池充完電供給鍵盤使用，從而實現(xiàn)自給電的過程。
【附圖說明】
[0010]圖1是實施例的單個按鍵結構[0011 ] 圖2是實施例的壓電鍵盤結構
[0012]圖3是實施例的自給電能量收集過程
[0013]圖4是實施例壓電能量的收集。
【具體實施方式】
[0014]如圖1、2所示，單個按鍵結構由PVDF傳感器和一個帶有凹槽的基座組成，基座的材料為剛性，PVDF傳感器下方為中空結構，為按鍵區(qū)，工作在拉伸模式；其他部分的PVDF傳感器下方由基座支撐，為非按鍵區(qū)，工作在厚度模式。按鍵區(qū)和非按鍵區(qū)工作模式的不同，使按鍵區(qū)輸出的信號高出非按鍵區(qū)輸出的信號兩個數(shù)量級，便于后續(xù)處理電路的設計。PVDF壓電薄膜作為力轉換元件與幾層結構緊密粘合在一起實現(xiàn)了無接觸式鍵盤結構。根據(jù)PVDF傳感器工作模式的分析，PVDF傳感器應工作在拉伸模式，因此所設計鍵盤按鍵下方為中空結構。鍵盤基座由帶有特定大小凹槽的PCB板制成，PCB板上表面電極作為PVDF壓電薄膜下電極，使得基座與下電極一體化。PVDF壓電薄膜粘貼于基座上作為力傳感器產(chǎn)生按鍵信號。帶有上電極的軟PCB板粘貼在PVDF壓電薄膜上層同時作為上電極和保護層，其中上電極的分布與基座的凹槽對應一致用來采集按鍵信號。在4 X 2鍵盤示例中，鍵盤結構由基座、下電極、PVDF壓電薄膜、上電極及保護層組成。其中，基座、下電極及上電極均是采用PCB電路板制作的，鍵盤結構可以和信號處理電路集成在一塊電路板上，方便按鍵信號的采集和處理。
[0015]如圖3所示，自給電部分:由于P V D F壓電薄膜受激勵產(chǎn)生的電荷是瞬間和交替的，是以不規(guī)則的隨機突發(fā)形式提供能量的，而且在電能提取過程中具有阻尼效應，因此必須用一個超級電容器積累足夠的能量，然后通過轉換電路將能量儲存于電池中，首先，由一個振動源產(chǎn)生振動，如進行手指觸碰，通過PVDF壓電薄膜將振動能量進行轉化，將振動能轉化成電能，通過整流電路，對電能進行整流輸出給超級電容，經(jīng)超級電容蓄能后進行電池的充電實現(xiàn)電能的收集。
[0016]如圖4所示，從壓電片得到的交流電經(jīng)全波整流后的直流電壓為4 V左右，但由于電流太小，不足以直接啟動后續(xù)的充電芯片，所以必須先將電能儲存在超級電容上，當超級電容電壓達到芯片的充電控制端輸入電壓3 V要求時，電路開始工作，充電器采用恒流模式對電池充電，電池充完電供給鍵盤使用，從而實現(xiàn)自給電的過程，整流電路采用二極管全橋整流，并使用穩(wěn)壓二極管進行輸出穩(wěn)壓。
【主權項】
1.一種軟性鍵盤，其具有由多個按鍵結構構成的按鍵區(qū)與非按鍵區(qū)，其特征在于，單個所述按鍵結構由PVDF傳感器和一個帶有凹槽的基座組成，基座的材料為剛性，按鍵區(qū)的PVDF傳感器下方為中空結構，且工作在拉伸模式，非按鍵區(qū)的PVDF傳感器的下方由基座支撐，工作在厚度模式，基座由帶有特定大小凹槽的剛性PCB板制成，剛性PCB板設有上表面電極，該上表面電極作為PVDF壓電薄膜下電極，基座與該上表面電極一體化構成，PVDF壓電薄膜粘貼于基座上作為力傳感器產(chǎn)生按鍵信號，PVDF壓電薄膜上部粘貼有軟PCB板，該軟PCB板帶有上電極，該軟PCB板的上電極作為PVDF壓電薄膜的上電極，該軟PCB板作為PVDF壓電薄膜的保護層，軟PCB板的上電極分布與基座的凹槽相對應，基座、PVDF壓電薄膜下電極由剛性PCB板制成，PVDF上電極由軟PCB板支撐，鍵盤結構和信號處理電路集成在一塊電路板上。
2.根據(jù)權利要求1所述的軟性鍵盤，其特征在于，還具有自給電部分，由振動源、PVDF壓電薄膜、整流電路、超級電容、電池構成，振動源、PVDF壓電薄膜、整流電路、超級電容、電池依次連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的軟性鍵盤，其特征在于，整流電路采用二極管全橋整流，并采用穩(wěn)壓二極管進行輸出穩(wěn)壓。
【專利摘要】本實用新型涉及一種軟性鍵盤，按鍵結構由PVDF傳感器和一個帶有凹槽的基座組成，基座的材料為剛性，PVDF傳感器下方為中空結構，為按鍵區(qū)，工作在拉伸模式；其他部分的PVDF傳感器下方由基座支撐，為非按鍵區(qū)，工作在厚度模式,自給電部分由一個振動源產(chǎn)生振動，通過PVDF壓電薄膜將振動能量進行轉化，將振動能轉化成電能，通過整流電路，對電能進行整流輸出給超級電容，經(jīng)超級電容蓄能后進行電池的充電實現(xiàn)電能的收集，克服了傳統(tǒng)鍵盤受外界環(huán)境影響穩(wěn)定性差及非接觸式電容鍵盤不易形成矩陣等缺點。
【IPC分類】G06F3-02
【公開號】CN204423314
【申請?zhí)枴緾N201520109297
【發(fā)明人】王大海, 王凱, 魏峰, 岳同森, 牛瑞斌
【申請人】新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年2月13日