基于傳感器的新型非接觸式鍵盤
發布時間：2015-11-11 14:06
發布者：designapp
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一、摘要 現有的機械敲擊式鍵盤在人們生活中逐漸出現的不良影響慢慢的凸顯，對于新型非接觸式鍵盤，可以提高人們的生活質量有一定的作用。對于此鍵盤的開發具有一定的價值。 本設計用Microchip公司生產的高性能MIPS核MCU--PIC32MX460F512L開發板Cerebot 32MX4 Board作為主控板，并采用的是廉價的、用途廣等諸多優點的LED作為此設計的核心部件之一。LED作為感應器件的同時又可以作為發光源，美觀、大方等實用性和商業性的諸多優點。故設計此項目。 二 傳感器的選取 2.1關于幾種傳感器的選擇 �、俟饷�二極管 有價格低，準確性高等特點。但在夜晚，不具備識別的功能。 該傳感器價格便宜，且對周圍光亮度的感應能力強。該感應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，無法達成識別的效果。 �、劢咏絺鞲衅� 該傳感器有很好的識別能力，且感應的距離較遠。但其價格相對貴，成本上相對高。 �、�紅外收發一體傳感器 該傳感器元件收發一體方便。但對于發光二極管來相對來說會貴些，且功耗也較發光二極管略高些 �、莅l光二極管(LED) 該器件能夠對光進行一定的感應，該器件能有一定距離內進行識別能力，可以應用在鍵盤上。且能有發光效果，能在黑暗中進行一定的照明。 2.2關于發光二極管的選取 為了較好的達到預期效果，選取發光二極管當傳感器使用。最好選取紅色的，LED能感光，但距離近。根據光能量特性和反射性質。紅外光線能量傳遞最好，則在可見光波段，則紅色LED為首選。 對于發光二極管的管子選取。亮度的選取，盡量選取亮度較高的，有利于識別和照明。還有發射的均勻性，盡量選擇發射集中的，不是過于發散的紅色發光二極管。 > 對于“白發紅” 適合選用這種“白發紅”的發光二極管做傳感器 對于“紅發紅 初步測試，不適合選取這類“紅發紅”發光二極管做為傳感器 �、嘲l光二極管的特點 燈具功耗低、光效高 ,比日光燈節約電量約70%一80%; 壽命長：在正常使用的情況下 ,壽命超過5000小時 , 理想狀態下甚至可達10萬小時以上,相當于連續點亮 年 ,并且性能穩定 , 5萬小時光衰僅為30%;環保：不含汞等有害物質、可回收再利用, 無紅外和紫外線輻射(因此可避免招惹蚊蟲); 人眼舒適度高:由于為恒流驅動 ,因此不存在閃頻問題 ,能很好地保護眼睛;外形尺寸靈活,單個,尺寸小巧 ,可隨意組合形成發光模塊 。 發光二極管的制造設計的不同也有其不同的發散角。如： (發光二極管的發散角的類型。最好是能選取發散角較小的，有利于提高判別的準確性。) 三、總體設計 3.1發光二極管的模式 白天模式(日照光情況) 當有手進行近距離懸空遮擋時，發光二極管狀態經行改變，進行高阻態經行讀取 當手離開一定的感應距離是，發光二極管又恢復到原來的狀態 夜間模式 在夜間無光源的時候，發光二極管轉換成發光狀態成為光源。一則可以用來眼睛亮提供光線，用于照明使用;二則對于LED經行提供照明，能經行按鍵的判別。 當光源足夠的情況下，沒有遮擋是正常使用狀態，當有手進行一定距離的遮擋時即判為非常態，發光二極管狀態發生 當手離開遮擋的距離時，發光二極管又恢復到原來的狀態。 具體的工作原理 兩個相同的led近距離的擺放在一個光纖封閉的房間里，作為光伏轉換的參照性特征。選擇電阻和電源構建一個典型的Led發光電路。 3.2發光二極管的光強度測試理論(暫未完成實現) LED電路應保證陽極能有效接+5V(1發光模式)和被拉地(2反向偏執，3讀值狀態)。 LED電路應保證陰極能處于GND(1發光模式)，+5V(2方向偏執，LED充電(要能 提供電流的驅動能力))，IO輸入(3讀值狀態)。 狀態1 正向導通LED發光。 狀態2 LED方向通電，電路對LED內部電容充電。充電后LED能保持+5V一段時間 狀態3 正極地，陰極接端口高阻狀態。則LED內部電容和光電流源形成一個放電回路。當LED接受光照越強，放電越快。則越快回復到低電壓，我們則檢測LED充電后通過放電，led陰極電壓從+5v到低電壓(地)的放電時間來計算光照強度。 3.3鍵盤的編碼 非編碼鍵盤的結構要簡單許多，省略了復雜的編碼電路和蜘蛛網似的走線，而且更重要的是，由于非編碼式鍵盤將按鍵結構和輸出鍵碼分離，所以當需要制造不同鍵位排列的鍵盤時，不需要重新設計鍵盤線路，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的就是“鍵位沖突”的問題。以上面的按鍵排列表為例，當按下一個按鍵時，鍵盤肯定會正常識別的;當按下兩個按鍵時，例如同時按下 “Q”與“D”，此時上層導線1與下層導線2連通，而上層導線3與下層導線3連通，系統完全可以正常識別;或者同時按下“Q”與“E”，此時，上層導線 1、下層導線2、上層導線3同時連通，系統同樣可以正常識別出是按下了這三個按鍵。 由于非編碼鍵盤的固有結構，“鍵位沖突”是不可避免的。 傳統的鍵盤，是編碼式鍵盤，它的每個鍵按下時都會產生唯一的按鍵編碼，并且通過專有的一組導線傳輸到鍵盤接口電路，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。 并且根據現在對此項目的鍵盤硬件設計，適合使用選擇編碼式鍵盤。 3.4總體設計計劃 3.4.1硬件 NPN的基極至高時，管子導通LED的陽極處于高電平，再將LED陰極置低電平，LED管即可處于發光狀態。 NPN的基極置低時，管子處于讀取狀態，當有一定亮度時，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 總體設計 |
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