阅读说明：本技术 一种非接触按键装置及其工作方法 (Non-contact key device and working method thereof ) 是由 杜庆丰 于 2020-04-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种非接触按键装置及其工作方法。所述非接触按键装置包括按键动作检测模块、控制模块、按键面板模块、执行模块、触感发生模块。本发明在用户操作非接触按键时,给用户手指以类似使用实体按键触感的气流反馈,让用户感到已经按压到按键,符合人机工程学的特点；并在用户手指行程过大时给与用户较强压力的气流,阻止用户扩大行程,避免接触实体的按键标识,从而真正实现“非接触”,避免防止实体按键的交叉污染。(The invention discloses a non-contact key device and a working method thereof. The non-contact key device comprises a key action detection module, a control module, a key panel module, an execution module and a touch generation module. When a user operates the non-contact key, the invention gives airflow feedback similar to the touch feeling of using the entity key to the finger of the user, so that the user feels that the key is pressed, and the characteristic of ergonomics is met; and when the finger stroke of the user is too large, the airflow with stronger pressure is given to the user, so that the user is prevented from expanding the stroke, and the key identification of the entity is prevented from being contacted, thereby really realizing 'non-contact' and preventing the cross contamination of the entity keys.)

一种非接触按键装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及电气控制技术领域，具体涉及一种非接触按键装置及其工作方法。

背景技术

非接触按键由于其易操作、安全卫生的特点在多种场合出现了替代实体按键的趋势，如中国专利CN210201806U“一种微型化红外开关模块”的红外开关、中国专利CN109319612A“一种非触碰式智能电梯按键”的电梯按键等。现有技术方案中，各种非接触传感器虽可以检测用户按压动作，但没有给与用户以实体按键所给予的触感，而触感的缺失，使得用户无法直接感受到是否已经按到按键，只能等待声音、灯光或执行机构动作等信号，如中国专利CN110176921A“一种带状态反馈的红外开关机电路”仅给出了指示灯反馈。而用户在这个等待过程中可能已经直接按到按键实体上，丧失了非接触按键“非接触”的意义，也就不能实现避免交叉污染的目的。

发明内容

为了克服现有技术存在的的缺陷，本发明提供了一种非接触按键装置及其工作方法，在用户使用非接触按键时，给予用户以使用实体按键类似触感的反馈，以符合用户的使用习惯。

本发明的技术方案是：

本发明提供的一种非接触按键装置，包括按键动作检测模块、控制模块、按键面板模块、执行模块、触感发生模块；所述按键动检测模块与所述控制模块相连，作为所述控制模块的输入；所述按键面板模块与所述控制模块相连，作为所述控制模块的输出；所述控制模块是本装置的控制中心；所述触感发生模块和所述控制模块相连，作为所述控制模块的输出；所述执行模块和所述控制模块相连，作为所述控制模块的输出。

所述按键动作检测模块，用于检测用户按键动作，包括传感器单元、信号处理电路单元及传感器驱动电路单元。传感器单元包括由红外发射管和红外接收管组成的红外对管，安装在传感器支架上。用户没有按键动作时，传感器驱动电路单元驱动红外发射管发射出的红外信号被红外接收管接收；用户有按键动作时，红外发射管发射出的红外信号被遮挡，红外接收管接收不到红外信号。通过这种方式，红外对管把用户按键动作转变为电信号，经信号处理电路单元放大、处理后，送给所述控制模块。

优选地，传感器单元还可以由第一红外发射管和第一红外接收管组成的一对红外对管和由第二红外发射管和第二红外接收管组成的一对红外对管，安装在传感器支架上，其中第一红外发射管和第一红外接收管组成的红外对管位于第二红外发射管和第二红外接收管组成的红外对管上方。由第一红外发射管和第一红外接收管组成的红外对管用于检测用户手指按压或接近信号，也即按压行程开始线；由第二红外发射管和第二红外接收管组成的红外对管用于检测用户手指按压行程是否达到下限，也即按压行程结束线。按压行程开始线和按压行程结束线之间的空间构成手指动作的检测区域。

优选地，传感器单元可以是光电式、电容式、霍尔式、超声波式、微波式等接近传感器，也可以是距离传感器、热释电传感器、热电堆传感器等可以检测按键动作的传感器。

所述控制模块，用于接收所述按键动作检测模块的输入信息，启动或关闭所述触感发生模块，指令所述按键面板模块显示用户按键信息，与上位机通讯，并指令所述执行模块完成指定动作。

所述控制模块包括接口单元、控制单元、存储单元、通讯单元、驱动单元。

接口单元和控制单元相连，作为控制单元的输入，用于接收所述按键动作检测模块的输入信息；

存储单元和控制单元相连，为控制单元存储数据；

通讯单元和控制单元相连，接受控制单元的指令，实现与上位机的通讯；

驱动单元和控制单元相连，作为控制单元的输出，启动或关闭触感发生模块，指令按键面板模块显示用户按键信息，以及指令所述执行模块完成指定动作；

控制单元是所述控制模块的控制中心。

所述按键面板模块，用于指示按键功能和按键位置，显示按键相关信息，如检测到用户有效的按键动作时，给予用户声音或光的提示，反馈给用户按键成功。所述按键面板模块包括按键标识单元、信息提示单元。

按键标识单元安装在按键上，用于标识按键的名称或功能。

信息提示单元安装在按键周边，与所述控制模块相连，接收并显示用户提示信息。

按键标识单元上开设有一个或多个气孔，作为所述触感发生模块的出气口。

所述执行模块接收所述控制模块的指令执行指定动作，如点亮或关闭灯具，驱动电机等。

所述触感发生模块，用于接收所述控制模块的信号，从而打开或关闭压缩空气的气路，气流从位于按键标识单元的气孔喷出，给予用户手指以类似实体按键按压时的触感。

所述触感发生模块包括电动气泵、电动气泵驱动电路、气管及喷嘴。

电动气泵与电动气泵驱动电路电气相连，在电动气泵驱动电路的驱动下产生压缩空气，为所述触感发生模块提供气源。

电动气泵驱动电路，根据接收到的所述控制模块的信号，启动或关闭电动气泵，以及控制电动气泵的出气口的空气流量和压力，从而控制喷嘴是否有压缩空气喷出，以及所喷出压缩空气的压力。

电动气泵进气口直通大气，出气口与喷嘴通过气管相连。

喷嘴安装在按键标识单元上，喷嘴开口位于按键标识单元上的气孔处。

所述触感发生模块还可以为：它包括外部压缩空气气源、电磁阀、电磁阀驱动电路、气管及喷嘴。

外部压缩空气气源提供压缩空气，为所述触感发生模块提供气源。

电磁阀一端与外部压缩空气气源通过气管相连，另一端与喷嘴通过气管相连，并与电磁阀驱动电路电气连接。

喷嘴安装在按键标识单元上，喷嘴开口位于按键标识单元上的气孔处。

电磁阀驱动电路，接收所述控制模块的控制信号，开断电磁阀，从而控制压缩空气通路的开断，以控制喷嘴是否有压缩空气喷出。

优选地，所述电磁阀为比例电磁阀，可根据接收到的所述控制模块的信号，控制电磁阀的开合程度，从而控制喷嘴所喷出压缩空气流量和压力的大小。

本发明提供的一种非接触按键装置的工作方法，它包括以下步骤：

S1，检测手指按压动作；

所述按键动作检测模块周期性地检测是否有用户手指按压动作或接近动作，一旦检测到用户手指按压动作或接近动作，即发出信号给所述控制模块。

S2，驱动触感发生模块喷出气流；

所述控制模块收到所述按键动作检测模块报告的用户手指按压或接近动作信息后，立即驱动所述触感发生模块，打开所述电磁阀，压缩空气从所述喷嘴在所述按键标识单元上的开孔位置喷出，用户手指会感受到气流的吹击，形成类似触感的感觉，用户就会知道已经按到按键，不用再继续按压行程。

S3，判定有效按压动作；

所述按键动作检测模块检测到用户手指按压或接近信号持续T时间，所述控制模块确认为有效按压信号，所述控制模块指令按键面板模块给用户以声、光等提示，告诉用户按键成功，用户可以收回手指动作。

所述时间T根据检测方式确定。

需要说明的是，所述触感发生模块在用户收回手指动作以前，持续发出气流，以维持给用户触感的感觉。

S4，驱动执行模块或向上位机报告。

所述控制模块在确认有效按压信号后，依据应用场景把有效按压信号通过所述通讯单元传输给上位机或直接指令所述执行模块执行指定动作。

进一步地，如所述按键动作检测模块检测到用户在从所述喷嘴喷出气流后仍继续按压行程，则所述控制模块驱动所述触感发生模块，从所述喷嘴提供更大压力的空气气流，以进一步提醒用户已经按到按键，不用再继续按压行程。

本发明技术的有益效果为：本发明在用户操作非接触按键时，给用户手指以类似使用实体按键触感的气流反馈，让用户感到已经按压到按键，符合人机工程学的特点。并在用户手指行程过大时给与用户较强压力的气流，阻止用户扩大行程，避免接触实体的按键标识，从而真正实现“非接触”，避免防止实体按键的交叉污染。

附图说明

图1是本发明提供的一种非接触按键装置实施例的原理结构示意框图；

图2是本发明提供的另一种非接触按键装置实施例的原理结构示意框图；

图3是本发明提供的一种非接触按键装置实施例的结构侧视图；

图4是本发明提供的一种非接触按键装置实施例的结构俯视图；

图5是本发明提供的一种非接触按键装置的工作方法实施例的流程图。

图中：

1-按键动作检测模块；

11-传感器单元；12-信号处理电路单元；13-传感器驱动电路单元；

111-第一红外发射管；112-第二红外发射管；113-传感器支架；114-第一红外接收管；115-第二红外接收管；

2-控制模块；

21-接口单元；22-存储单元；23-控制单元；24-通讯单元；25-驱动单元；

3-按键面板模块；

31-按键标识单元；32-信息提示单元；

4-执行模块；

5-触感发生模块；

51-电动气泵；52-气管；53-电磁阀；54-喷嘴；55-电磁阀驱动电路；56-电动气泵驱动电路；311-气孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1至图4所示，本发明提供的一种非接触按键装置，包括按键动作检测模块1、控制模块2、按键面板模块3、执行模块4、触感发生模块5；所述按键动检测模块1与所述控制模块2相连，作为所述控制模块2的输入；所述按键面板模块3与所述控制模块2相连，作为所述控制模块2的输出；所述控制模块2是本装置的控制中心；所述触感发生模块5和所述控制模块2相连，作为所述控制模块2的输出；所述执行模块4和所述控制模块2相连，作为所述控制模块2的输出。

所述按键动作检测模块1，用于检测用户按键动作，包括传感器单元11、信号处理电路单元12及传感器驱动电路单元13。传感器单元11包括由第一红外发射管111和第一红外接收管114组成的一对红外对管和由第二红外发射管112和第二红外接收管115组成的一对红外对管，安装在传感器支架113上，其中第一红外发射管111和第一红外接收管114组成的红外对管在第二红外发射管112和第二红外接收管115组成的红外对管上方。传感器驱动电路单元13驱动第一红外发射管111和第二红外发射管112发射出红外光信号，用户没有按键动作时，第一红外接收管114接收到第一红外发射管111发射的红外光信号，第二红外接收管115接收到第二红外发射管112发射的红外光信号。用户有按键动作时，手指遮挡第一红外发射管111或第二红外发射管112发射的红外信号，第一红外接收管114或第二红外接收管115不到红外信号。通过这种方式，红外对管把用户按键动作转变为电信号，经信号处理电路单元12放大、处理后，送给所述控制模块2。

进一步地，由第一红外发射管111和第一红外接收管114组成的红外对管用于检测用户手指按压或接近信号，也即按压行程开始线；由第二红外发射管112和第二红外接收管115组成的红外对管用于检测用户手指按压行程是否达到下限，也即按压行程结束线。按压行程开始线和按压行程结束线之间的空间构成手指动作的检测区域。

所述控制模块2，用于接收所述按键动检测模块1的输入信息，启动或关闭所述触感发生模块5，指令所述按键面板模块3反馈给用户按键信息，与上位机通讯，并指令所述执行模块4完成指定动作。所述控制模块2包括接口单元21、存储单元22、控制单元23、通讯单元24、驱动单元25。

接口单元21和控制单元23相连，作为控制单元23的输入，用于接收所述按键动作检测模块1的输入信息；

存储单元22和控制单元23相连，为控制单元23存储数据；

通讯单元24和控制单元23相连，接受控制单元23的指令，实现和上位机的通讯；

驱动单元25和控制单元23相连，作为控制单元23的输出，启动或关闭所述触感发生模块5，指令所述按键面板模块3显示用户按键信息，以及指令所述执行模块4完成指定动作；

控制单元23是所述控制模块2的控制中心。

所述按键面板模块3，用于指示按键功能和按键位置，显示按键相关信息，如检测到用户有效的按键动作时，给与用户声音或光的提示，反馈给用户按键成功。所述按键面板模块3包括按键标识单元31、信息提示单元32。

按键标识单元31安装在按键上，用于标识按键的名称或功能。

信息提示单元32安装在按键周边，与所述控制模块2相连，接收并显示用户提示信息。

按键标识单元31上开有气孔311，作为所述触感发生模块5的压缩空气的出气口。

按键标识单元31低于第二红外发射对管112和第二红外接收管115的安装高度。

所述执行模块4接收所述控制模块2的指令执行指定动作，如点亮或关闭灯具，驱动电机等。

所述触感发生模块5，用于接收所述控制模块2的信号，从而打开或关闭压缩空气的气路，气流从位于按键标识单元31的气孔311喷出，给予用户手指以类似实体按键按压时的触感。

如图1所示，所述触感发生模块5包括电动气泵51、气管52、电动气泵驱动电路56、喷嘴54。

电动气泵51与电动气泵驱动电路56电气相连，在电动气泵驱动电路56的驱动下产生压缩空气，为所述触感发生模块5提供气源。

电动气泵驱动电路56，根据接收到的所述控制模块2的信号，启动或关闭电动气泵51，以及控制电动气泵51的出气口的空气流量和压力，从而控制喷嘴54是否有压缩空气喷出，以及所喷出压缩空气的压力。

电动气泵51进气口直通大气，出气口与喷嘴54通过气管52相连。

喷嘴54安装在按键标识单元31上，喷嘴54开口位于按键标识单元31上的气孔311处。

如图2所示，所述触感发生模块5包括外部压缩空气气源、电磁阀53、电磁阀驱动电路55、气管52及喷嘴54。

外部压缩空气气源提供压缩空气，为所述触感发生模块5提供气源。电磁阀53一端与外部压缩空气气源通过气管52相连，另一端与喷嘴54通过气管52相连，并与电磁阀驱动电路55电气连接。

喷嘴54安装在按键标识单元31上，喷嘴54开口位于按键标识单元31上的气孔311处。

优选地，电磁阀53为比例压力电磁阀或比例流量电磁阀，除可以控制压缩空气通路的开断，还可以控制喷嘴54喷出压缩空气压力和流量的大小。

如图5所示，本发明提供的一种非接触按键装置的工作方法，其工作流程如下：

S1，检测手指按压动作；

所述按键动作检测模块1周期性地检测是否有用户手指按压动作或接近动作，当第一红外发射管111发射出的红外线被用户手指遮挡时，第一红外接收管114检测不到第一红外发射管111发射出的红外线，所述按键动作检测模块1发出信号给所述控制模块2。

本实施例中，红外线波长为940nm或850nm。

S2，驱动触感发生模块5喷出气流；

所述控制模块2收到所述按键动作检测模块1报告的用户手指按压或接近动作信息后，立即驱动所述触感发生模块5，打开电磁阀53，压缩空气从喷嘴54在按键标识单元31上的气孔311处喷出，用户手指会感受到气流的吹击，形成类似触感的感觉，用户就会知道已经按到按键，不用再继续按压行程。

S3，判定有效按压动作；

所述按键动作检测模块1检测到用户手指按压或接近信号持续T时间，所述控制模块2确认为有效按压信号，所述控制模块2指令所述按键面板模块3给用户以声、光等提示，告诉用户按键成功，用户可以收回手指动作。

所述时间T的长度根据检测方式确定，本实施例确定为100～200ms，自第一红外接收管114检测不到第一红外发射管111所发射的红外信号开始。

需要说明的是，所述触感发生模块5在用户收回手指动作以前，持续发出气流，以维持给用户触感的感觉。

S4，驱动执行模块4或向上位机报告。

所述控制模块2在确认有效按压信号后，依据应用场景把有效按压信号通过通讯单元24传输给上位机或直接指令所述执行模块4执行指定动作。

进一步地，如第二红外发射管112所发射出的红外光被用户手指挡住，第二红外接收管115接收不到第二红外发射管112所发射出的红外光信号时，用户按压行程达到行程结束线，则所述控制模块2驱动所述触感发生模块5，从所述喷嘴54提供更大压力的空气气流，以进一步提醒用户已经按到按键，不用再继续按压行程。

本发明提供的一种非接触按键装置，在用户操作非接触按键时，给用户手指以类似使用实体按键触感的气流反馈，让用户感到已经按压到按键，符合人机工程学的特点。并在用户手指行程过大时给与用户较强压力的气流，阻止用户扩大行程，避免接触实体的按键标识，从而真正实现“非接触”，防止实体按键的交叉污染。

上述实施例结合附图对本发明进行了描述，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。