柔性導(dǎo)電織物鍵盤設(shè)計(jì)1

基于導(dǎo)電織物的柔性鍵盤一般分為開關(guān)原理的掃描式鍵盤及觸摸屏原理的電阻式鍵盤2種。開關(guān)鍵盤采用導(dǎo)體或是銀漿作為導(dǎo)電通路嵌入織物面料中，通過(guò)輪詢掃描按壓點(diǎn)的通斷信息，判斷按鍵位置，其結(jié)構(gòu)和控制電路比較簡(jiǎn)單，功能也較為單一。同時(shí)，由于導(dǎo)體材料與織物面料力學(xué)特性存在差異，在折疊及受力情況下容易發(fā)生導(dǎo)體斷裂、移位等現(xiàn)象，導(dǎo)致按鍵功能失效。采用電阻式觸摸屏原理的織物輸入設(shè)備用具有均勻表面電阻的導(dǎo)電織物代替通常觸摸屏的透明氧化金屬導(dǎo)電層作為傳感器，對(duì)導(dǎo)電織物表面電阻值的一致性要求較高，必須選用表面電阻均勻的織物作為基材。同時(shí)，設(shè)備基于電阻分壓原理設(shè)計(jì)，電壓測(cè)量控制與位置計(jì)算也相對(duì)復(fù)雜，一般采用專用的芯片實(shí)現(xiàn)電路功能。與開關(guān)式鍵盤不同，觸摸鍵盤屬于連續(xù)型電壓模擬量測(cè)量，原理上可以細(xì)分到控制芯片DA分辨率相同數(shù)量的按鍵數(shù)目，還可通過(guò)軟件配合完成鍵盤、鼠標(biāo)等多種自定義功能，具有更為廣泛的用途。

　　信息化服裝及可穿戴計(jì)算機(jī)是將信息處理設(shè)備穿戴在于人體身上，與人所穿的衣物相結(jié)合實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間自然、方便和有效的信息交互，因此需要將鍵盤、鼠標(biāo)進(jìn)行柔性化、織物化后與服裝進(jìn)行有效集成。針對(duì)信息化服裝及可穿戴計(jì)算機(jī)要求輸入方式靈活，特別是對(duì)鼠標(biāo)控制功能的需求，傳統(tǒng)掃描式按鍵已無(wú)法滿足需求。設(shè)計(jì)基于導(dǎo)電織物的柔性輸入鍵盤，對(duì)輸入設(shè)備原理、導(dǎo)電織物面電阻分布規(guī)律、織物鍵盤結(jié)構(gòu)、接口電路及程序設(shè)計(jì)等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了探討。

　　1 柔性輸入設(shè)備的原理

　　基于電子織物的柔性輸入設(shè)備組成如圖1所示，主要由織物傳感器、觸屏控制電路、USB接口電路組成。其中，織物傳感器采用具有一定表面電阻的導(dǎo)電織物材料作為核心，結(jié)合多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將按壓位置信號(hào)線性轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)電壓信號(hào);觸屏控制電路包括標(biāo)準(zhǔn)電壓生成、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、邏輯控制3大功能，基于電阻分壓原理在導(dǎo)電織物表面形成標(biāo)準(zhǔn)的電壓梯度，測(cè)量按壓點(diǎn)的電壓后進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，生成數(shù)字信號(hào)向外輸出;接口電路采用USB接口芯片，寫入觸屏控制電路參數(shù)，實(shí)時(shí)獲取傳感器輸出數(shù)據(jù)，向主控設(shè)備傳輸;上位計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)后完成電壓與按鍵位置的線性轉(zhuǎn)換。

　　為簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，選用高度集成的5線制觸摸屏控制芯片ADS7845實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電壓的生成、數(shù)據(jù)采集處理及邏輯控制。芯片采用5 VUSB電源供電，生成的5 V參考電壓輸出管腳UR，LR，UL，LL與具有一定面電阻的織物材料的4角分別相連，織物表面形成橫向及縱向的梯度電壓。在按壓狀態(tài)下，位置點(diǎn)P處橫向及縱向的電壓通過(guò)wiper引腳分時(shí)刻進(jìn)入芯片內(nèi)部12位ADC，將模擬電壓量化為數(shù)字信號(hào)。芯片接口電路將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過(guò)USB接口向計(jì)算機(jī)輸出。計(jì)算機(jī)程序獲取按壓點(diǎn)電壓值，與5 V參考比較，確定按壓點(diǎn)在傳感器中的相對(duì)坐標(biāo)，從而確定其所在的具體位置及對(duì)應(yīng)的控制符號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制操作。