柔性导电织物键盘设计

构设计

　　织物键盘主体结构如图3共分为5层。根据每层的功能设计选用不同特性的织物组成织物键盘。

　　键盘顶层为符号定义层，用于划分触摸区域，采用印染或针织等方式定义键盘功能如字符、功能键、计算机控制等，同时为键盘提供保护。第2层为上导电织物层，作为检测电极在按压状态下与下导电织物层接通，获得按压位置的横向和纵向电压值。上导电织物层通过外接导线与触屏控制器的wiper管脚相连，实现检测信号输入。第3层为隔离层，用于分隔上、下导电织物层，系统采用网状多孔轻薄多孔织物组成，两层在不受外力时不接触。按压操控状态下，上、下导电织物层受外力在按压点通过隔离层的细孑L接通两织物层，将电压信号输出。第4层为下导电织物层，该层织物的4个顶角通过金属线对应连接触屏控制器的UR，LR，UL，LL四个管脚，控制电路提供标准电压，在织物层表面形成电压梯度，通过位置电压表示其在织物层上的相对位置。最底层为保护层，为导电织物层提供绝缘保护并加固键盘。

　　隔离层织物的选型决定键盘的实用性能。由于导电织物层比较柔软，过薄的厚度和过大的网孔很容易接通上、下导电层，在未按键时出现错误按键指示。如果隔离层过后，织物网孔过小，则要求按压力度比较大，影响操控的手感。实际设计中选用厚度0.3 mm孔径为2.0 mm的多孔织物，实现较好的按压手感和接通效果。

　　3.2 软件功能设计

　　触屏控制电路采用TopTouch公司的控制模块M5UG，板载触屏控制芯片AD7845、USB接口控制芯片CY7C63723C及配置寄存器93LC46，实现触屏的逻辑控制、标准比较电压的生成、按压点电压数据的采集、转换及传输。

　　计算机端程序采用VS2005开发，键盘驱动采用Cypress公司的CYUSB开发包设计，实现计算机对键盘资源的访问，进行查询、设置、读取等操作。

　　软件运行界面如图4所示，首先查找USB设备，通过设备描述字符获取织物键盘设备，建立设备连接后就可以读取设备操控产生的数据。其中，STATUS表明本次读取数据是否正确，在数据传输正常时，AD0，AD1是按压点横向、纵向电压AD转换值，通过坐标转换公式即可得到二维坐标值。

　　式中：Px，Py是按压点横向及纵向位置。Vs是全幅面电压差的A/D转换值，系统中为12位A/D转换满刻度值2 048;Vx，Vy是按压点横向、纵向测得的电压转换值，如图4中AD0，AD1所取值。Lx，Ly是织物长度及宽度，可取1则实现两者的归一化处理，适应不同的键盘尺寸。

　　 3.3 线性度测试实验

　　在织物键盘对角线上以0.5 cm的距离进行按压位置线性度测试。两组对角线数据每组60个点，数据分布如图5(a)，按压点分布均匀对称。图5(b)为一对角线的线性拟合结果图，采用直线方程进行拟合，R2值达0.999 5，说明织物键盘的线性度非常好，完全满足实际应用的需求。

　　4 结语

　　采用表面电阻值分布均匀的导电织物作为触摸操控设备的传感器，通过结构设计可实现键盘鼠标等输入设备，满足人们对轻便、柔性输入设备的需求。现有导电织物面料表面电阻值范围从几十欧到几千欧，差异较大，需选取标准差率小于0.5%的织物以获得较好的一致性。采用触摸屏技术与导电织物相结合可实现键盘、鼠标等功能，相较基于开关信号输入的扫描式键盘，具有更紧凑的结构，更丰富的功能，可更好满足实用需求。