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防水及防损坏键盘运用压电圆片作为传感器和蜂鸣器

本设计实例旨在设计适用于极潮湿环境中(如在游泳池淋浴时)的密封键盘。该键盘需能够检测到04mm厚不锈钢板上的轻微压力。除了防水性能外,

本规划实例旨在规划适用于极湿润环境中(如在游泳池淋浴时)的密封键盘。该键盘需能够检测到0.4mm厚不锈钢板上的细微压力。除了防水功能外,该键盘外表很光亮,用户侧也肯定平整,除丝网印刷外没任何其他东西存在。这种键盘的另一个长处便是防损坏。
传感器的中心部分是压电圆片,通常被用作蜂鸣器,本实例挑选运用的是Murata公司的7BB-35-3。其外直径为35mm,传感区域的直径规模约为20mm。
圆片置于PCB上,PCB内含电子器件,并具有圆孔,使陶瓷材料能自在移动(图1)。虽然较薄的橡胶层会供应更高的敏感度,但本实例仍是运用了一层3mm厚的自粘型泡沫橡胶(EPDM)将圆片固定在PCB上。该组件需施加合理的压力夹在前板的反面。


图1:PCB布局及开孔。

用手指接触外板,钢材(或其他原料)会细微变形,小幅添加的压力经过橡胶传递至压电圆片。该压力足以发生可被微处理器检测到的电压。此刻,处理器会将一切圆片当作蜂鸣器运用,并宣布应对蜂鸣声。
本规划实例中运用了4个按键。运用的微控制器为瑞萨科技(前身为NEC)的uPD78F0513,当然,也能够运用其他微控制器。
压电圆片的较小电极衔接至微控制器的ADC输入端,并经过大电阻衔接至正电源。此外,其还被衔接至一开端处于高阻抗状况的其他端口输入(P7)。压电圆片的其他电极(较大电极)被一同衔接至几个并行的端口位(P3),而得到低阻抗值(图2)。若短少端口又具有满足的输出电流,就无需进行这一步。这些端口开端会处于低电平。用手指按压圆片至细微变形,则供应ADC输入端的电压下降。


图2:压电式键盘/蜂鸣器原理图。

启动时,P3为低,P7为高,对压电圆片快速充电,压电圆片的电容值约为30nF。在零点几微秒后,P7就会被设置为高阻抗输入。
程序接连扫描ADC输入。因为圆片具有大%&&&&&%,电压改变极慢,无需进行快速扫描。在特定运用中设置为每1ms进行一次电压丈量,因而每4ms会对每个圆片查看一次。
当输入电压受按键下压影响降至预设电压以下时,控制器会对输入进行处理,然后运用一切并联圆片作为蜂鸣器。运用0.4mm厚的钢板时,低于5V电源1.5V的阈值就足以取得很好的敏感度;若运用更厚的前板,仍有很大的裕量进步敏感度。
为宣布蜂鸣声,将P7设置为低阻抗输出,将P3设置为相反的极性,其将在压电圆片的谐振频率(本实例中为2800Hz)下输出一个方波。蜂鸣声继续250ms,由R5约束驱动电流。蜂鸣声完毕后,P3康复为0,P7再次时间短设置为5V,以对圆片进行充电。
运用压电膜片会使整个计划更为有用,且有助于下降成本。

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