一种延缓按键腐蚀的电路和方法以及控制手柄
阅读说明：本技术 一种延缓按键腐蚀的电路和方法以及控制手柄 (Circuit and method for delaying key corrosion and control handle ) 是由 林孝发 林孝山 陈荣淦 于 2021-09-10 设计创作，主要内容包括：一种延缓按键腐蚀的电路和方法以及控制手柄,包括按键、偏置单元和主控制器,该偏置单元与按键相连,其特征在于：设置主控制器的供电输出端输出幅值为V1的脉冲电压；还包括转换单元和调理单元,该转换单元输入端与供电输出端相连以将幅值为V1的脉冲电压转换成幅值为V2的脉冲电压,V2＜V1,转换单元输出端与偏置单元和调理单元相连并使按键电势小于水电解电势；该调理单元输入端与按键相连以对信号进行耦合和放大,主控制器的检测端与调理单元输出相连以检测按键状态。分别从软件和硬件上降低作用于按键的电场偏置时间和按键的电势,使得按键电势小于水电离电势,从而降低按键电解腐蚀速率,延缓按键腐蚀。(A circuit and a method for delaying key corrosion and a control handle comprise a key, a bias unit and a main controller, wherein the bias unit is connected with the key, and the circuit and the method are characterized in that: setting a power supply output end of the main controller to output a pulse voltage with the amplitude of V1; the input end of the conversion unit is connected with the power supply output end so as to convert the pulse voltage with the amplitude of V1 into the pulse voltage with the amplitude of V2, V2 is less than V1, and the output end of the conversion unit is connected with the bias unit and the conditioning unit so that the key potential is less than the water electrolysis potential; the input end of the conditioning unit is connected with the keys to couple and amplify the signals, and the detection end of the main controller is connected with the output of the conditioning unit to detect the key state. The electric field bias time acting on the keys and the electric potential of the keys are respectively reduced from software and hardware, so that the electric potential of the keys is smaller than the water ionization electric potential, the key electrolytic corrosion rate is reduced, and the key corrosion is delayed.)
技术领域
本发明涉及按键领域，特别是指一种延缓按键腐蚀的电路和方法以及控制手柄。
背景技术
智能坐便器应用场景多为潮湿环境，传统的产品板虽有喷刷三防漆或灌胶，但按键柄仍裸露在外面，无法完全密封在胶里；当用户在操作按键时，由于在潮湿环境下会产生水汽腐蚀按键，进而导致按键失效；因为极微量吸附液膜或腐蚀产物都可能对元器件性能产生较严重影响，因而，潮湿环境较常规环境的使用寿命降低。
金属腐蚀包含的化学腐蚀和电解腐蚀。其中，化学腐蚀是自发产生的，分为在空气中(吸氧腐蚀)和在液体中(析氢腐蚀)；吸氧腐蚀，在弱酸性或中性介质中，正极氧气得电子形成氢氧根，活泼金属在负极放电失电子为铁离子；析氢腐蚀，在酸性介质中活泼金属在负极放电形成铁离子，还原正极的氢离子为氢气。
电解腐蚀产生的因素包含介质(水)、电场和时间，是外加电源后电极电位高的氧化性离子在阴极放电还原，而阳极区电极电位低的较活泼金属失电子被氧化成阳离子脱离材料表面形成阳极的腐蚀，当电路安装不正确，接地不良，绝缘材料老化或设备潮湿等均会生成的漏电流会通过金属在阳极区发生电解腐蚀。
参见图1，传统智能坐便器的按键电路设计简易，按键长期处于电场偏置下，当按键潮湿或接触水后，按键两金属之间形成持续的电解腐蚀现象，根据金属腐蚀原理可知按键的导通阻抗增加，导致按键出现接触不良无响应现象，甚至导致锅仔片即金属弹片断裂等；而传统按键喷涂三防漆的防护方法不仅不能解决电解腐蚀产生的因素，而且传统喷涂三防漆或灌胶等在生产工艺上的材料成本、时间成本和人工成本也比较高。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中按键电路的上述缺陷，提出一种延缓按键腐蚀的电路和方法以及控制手柄。
本发明采用如下技术方案：
一种延缓按键腐蚀的电路，包括按键、偏置单元和主控制器，该偏置单元与按键相连，其特征在于：设置主控制器的供电输出端输出幅值为V1的脉冲电压；还包括转换单元和调理单元，该转换单元输入端与供电输出端相连以将幅值为V1的脉冲电压转换成幅值为V2的脉冲电压，V2＜V1，转换单元输出端与偏置单元和调理单元相连并使按键电势小于水电解电势；该调理单元输入端与按键相连以对信号进行耦合和放大，主控制器的检测端与调理单元输出相连以检测按键状态。
优选的，所述偏置单元包括第一电阻和第二电阻，该第一电阻一端与第二电阻一端和按键一端相连，该第一电阻另一端、按键另一端接地，该第二电阻另一端与所述转换单元输出端相连。
优选的，所述转换单元采用稳压芯片或降压芯片。
优选的，所述调理单元包括有耦合电容和放大电路，该耦合电容输入端与所述按键一端相连，输出端与放大电路输入端相连；该放大电路输出端与所述主控制器的检测端相连。
优选的，所述放大电路包括三极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻；该三极管基极与所述按键一端、第三电阻一端、第四电阻一端相连，该三极管的集电极与第五电阻一端和第六电阻一端相连，第三电阻另一端和第五电阻另一端连接所述转换单元输出端；该第六电阻另一端与所述主控制器的检测端相连，该三极管的发射极和第四电极另一端接地。
优选的，所述脉冲电压V1为PWM脉冲电压，其占空比范围为＜10％，周期范围为15-25ms，脉冲宽度范围为1.5-2.5ms。所述V1的取值范围为4.5-5.5V，所述V2的取值范围为3.0-3.3V。
所述按键的电势范围为＜1.23V。
一种控制手柄，包括手柄本体，其特征在于：该手柄本体设有任一所述的一种延缓按键腐蚀的电路。
一种延缓按键腐蚀的方法，其特征在于：设置主控制器的供电输出端输出幅值为V1的脉冲电压，并将幅值为V1的脉冲电压转换成幅值为V2的脉冲电压输出至偏置单元从而降低作用于按键的电场偏置时间和按键的电势，V2＜V1，且按键电势小于水电解电势；同时，在主控制器检测端和按键之间设置调理单元对信号进行耦合和放大以便于检测按键状态。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明中，软件部分设置主控制器的供电输出端输出幅值为V1的脉冲电压，硬件部分设置转换单元和调理单元，实现降低作用于按键的电场偏置时间和按键的电势，使得按键电势小于水电离电势，从而降低按键电解腐蚀速率，延缓按键腐蚀，节约传统方法上喷涂三防漆或灌胶在工艺生产上投入的原材料成本，以及喷漆或灌封胶等的投入的时间成本和人工成本。
2、本发明中，转换单元采用稳压芯片或降压芯片，其可将幅值为V1的脉冲电压转换成幅值为V2的脉冲电压，即降低供电电压的强度，并为偏置单元和调理单元，使得按键电势降低，从而降低电解腐蚀速率。
3、本发明中，设置供电输出电压为PWM脉冲电压，其占空比范围为＜10％，周期范围为15-25ms，脉冲宽度范围为1.5-2.5ms，其通过转换单元和偏置单元作用于按键的电场偏置时间相比传统方式大大减少，从而降低电解腐蚀速率。
附图说明
图1为现有按键电路图；
图2为本发明电路图；
图3为主控制器的供电输出端时序图；
图4为主控制器的检测端时序图；
图5为本发明实验对比图；
其中：
10、主控制器，11、供电输出端，12、检测端，20、转换单元，30、调理单元，R1、第一电阻，R2、第二电阻，R3、第三电阻，R4、第四电阻，R5、第五电阻，R6、第六电阻，C1、耦合电容,Q1、三极管，S1、按键。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
本发明中，对于术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于描述中，采用了“上”、“下”、“左”、“右”、“前”和“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
另外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
参见图2，一种延缓按键腐蚀的电路，包括按键S1、偏置单元、转换单元20、调理单元30和主控制器10等。按键S1为具有金属弹片的开关按键，例如锅仔片按键。
偏置单元与按键S1相连，该偏置单元包括第一电阻R1和第二电阻R2，该第一电阻R1一端与第二电阻R2一端和按键S1一端相连，该第一电阻R1另一端、按键S1另一端接地，该第二电阻R2另一端与转换单元20输出端相连。
主控制器10设有供电输出端11和检测端12，该供电输出端11输出供电电压，本发明中，供电电压设置成幅值为V1的脉冲电压，即主控制器10通过软件扫描方式输出间隔脉冲电压。参见图3，例如PWM脉冲电压，其占空比范围为＜10％，周期范围为15-25ms，脉冲宽度范围为1.5-2.5ms。检测端12用于检测来自按键S1的信号，从而判断按键S1的状态，即按键S1断开或闭合。
转换单元20输入端与供电输出端11相连，用于将幅值为V1的脉冲电压转换成幅值为V2的脉冲电压，V2＜V1。转换单元20输出端与偏置单元和调理单元30相连，即通过转换单元20降低供电电压的强度，并为偏置单元和调理单元30供电。V1的取值范围为4.5-5.5V，优选的V1为5V，V2的取值范围为3.0-3.3V，优选的V2为3.3V。实际应用中，转换单元20可采用稳压芯片或降压芯片等实现，例如AMS1117。
其中经转换单元20降压后的脉冲电压，其占空比、周期、脉冲宽度与降压前相同，降压后的脉冲电压经偏置单元在按键S1上施加偏置电场，由于为脉冲信号，则偏置电场是间隔作用的，作用时间相比传统方式有所减少，例如时间可减少了10倍左右。另外，降压后，按键S1上的电势也降低，即按键S1的电势小于水电解电势，按键S1的电势范围为＜1.23V，水电解电势为1.23～1.29V。
调理单元30输入端与按键S1相连以对信号进行耦合和放大，主控制器10的检测端12与调理单元30输出相连以检测按键S1状态。调理单元30包括有耦合电容C1和放大电路，该耦合电容C1输入端与按键S1一端相连，输出端与放大电路输入端相连；该放大电路输出端与主控制器10的检测端12相连。
进一步的，放大电路包括三极管Q1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6；该三极管Q1基极与按键S1一端、第三电阻R3一端、第四电阻R4一端相连，该三极管Q1的集电极与第五电阻R5一端和第六电阻R6一端相连，第三电阻R3另一端和第五电阻R5另一端连接转换单元20输出端；该第六电阻R6另一端与主控制器10的检测端12相连，该三极管Q1的发射极和第四电极另一端接地。
本发明的电路，参见图4，当按键S1断开时，调理单元30中，三极管Q1导通，主控制器10的检测端12检测到不到按键S1的脉冲信号。当按键S1闭合时，调理单元30中，三极管Q1截止，主控制器10的检测端12可检测到放大后的按键S1的脉冲信号。
本发明还提出一种延缓按键腐蚀的方法，设置主控制器10的供电输出端11输出幅值为V1的脉冲电压，并将幅值为V1的脉冲电压转换成幅值为V2的脉冲电压输出至偏置单元从而降低作用于按键S1的电场偏置时间和按键S1的电势，V2＜V1；同时，在主控制器10检测端12和按键S1之间设置调理单元30对信号进行耦合和放大以便于检测按键S1状态。
本发明中，软件部分设置主控制器10的供电输出端11输出幅值为V1的脉冲电压，硬件部分设置转换单元20和调理单元30，实现降低作用于按键S1的电场偏置时间和按键S1的电势，使得按键S1电势小于水电离电势(1.23～1.29V)，从而降低按键S1电解腐蚀速率，延缓按键S1腐蚀。
另外，参见图5，采用本发明电路和方法进行实验，当设定PWM脉冲电压V1＝5V，周期为20ms，占空比分别为0.5、0.2、0.1，分别观察按键电解情况，可知，占空比越少，则电解强度逐渐减弱。
本发明还提出一种控制手柄，包括手柄本体，该手柄设有上述的一种延缓按键腐蚀的电路。该控制手柄可应用于智能马桶中。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
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