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。
![](../img/ele-ee/ee-46983dytwkhjvhbi.jpg)
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。
![](../img/ele-ee/ee-46984epf0bxofjra.jpg)
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。
![](../img/ele-ee/ee-46985qee55xq2bnh.jpg)
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。
![](../img/ele-ee/ee-4698633li5avlkf2.jpg)
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。
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