一种基于调制红外光的触控按键及信号触发识别方法与流程

本发明属于按键装置的，具体涉及一种基于调制红外光的触控按键及信号触发识别方法。

背景技术：

1、随着电子技术的发展，触控按键作为最基本的人机交互设备，被广泛应用于各种电子设备和控制系统中。目前市场上的触控按键主要分为两大类：机械式触控按键和光学式触控按键。

2、传统的机械式触控按键依靠金属触点的接通和断开来实现信号触发，其主要缺点包括：

3、（1）触点易损坏：金属触点长期使用后容易氧化、电蚀，导致接触不良甚至异常粘连，使用寿命通常只有几万次到几十万次；

4、（2）线束成本高：每个触控按键需要单独的连接线，在多触控按键场合（如高层电梯轿厢内呼梯面板）需要大量线束，不仅增加了材料成本，还提高了生产和安装的复杂度；

5、（3）接插件可靠性低：每个触控按键两端都需要接插件，容易出现松动、接触不良等问题；

6、（4）物料管理复杂：不同安装位置需要不同长度的电缆，导致物料型号繁多，管理困难。

7、为了解决机械式触控按键的上述缺点，近年来出现了光学式触控按键。光学式触控按键基于光路遮挡原理，当手指或其他物体遮挡光路时，光接收元件检测到光强变化，从而触发信号。与机械式触控按键相比，光学式触控按键没有机械触点，使用寿命更长，理论上可达上亿次。

8、然而，现有的光学触控按键仍然存在以下不足：

9、（1）易受外界光干扰：自然界中存在大量红外光（如太阳光、灯光），容易被光接收元件误接收，导致误触发；

10、（2）相邻光路串扰：由于红外光具有一定的发散角，一个发射管发出的光可能被相邻的接收管接收，导致信号识别错误；

11、（3）单点故障影响大：通常采用一个发射管对应一个接收管的设计，一旦某个发射管损坏，对应的触控按键将无法使用；

12、需要导光结构：为了减少光干扰，部分光学触控按键需要使用导光管或遮光罩等复杂结构，增加了制造成本和工艺难度。

13、对比文件cn102244514a公开了一种环设有发光二极管的触控按键装置，该装置在框架内侧环设发光二极管灯条，按键基板上设置颜色光感测元件，当手指遮挡颜色光感测元件时触发信号。该方案虽然实现了无机械触点的触控功能，但仍然存在以下问题：

14、采用单点光感测方式，每个按键需要一个独立的颜色光感测元件，在多触控按键场合成本仍然较高；没有解决外界光干扰和相邻光路串扰的问题，在强光环境下容易出现误动作；没有冗余设计，单个发光二极管或颜色光感测元件损坏将导致对应按键失效。

15、综上所述，现有技术中的触控按键装置无法同时满足长使用寿命、低成本、高可靠性和强抗干扰能力的要求，因此亟需开发一种新型的触控按键来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于调制红外光的触控按键及信号触发识别方法，无需机械触点，使用寿命长，大幅减少线束成本，同时通过多种抗干扰技术的组合，有效解决外界光干扰和相邻光路串扰问题，并具备冗余设计，可靠性高。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种基于调制红外光的触控按键，包括：

4、按键面板，形成有呈矩阵排列的多个触控按键区域；

5、光发射单元，包括至少一个红外发射管，用于发射红外光；

6、光接收单元，包括多个红外接收管，与所述红外发射管一一对应形成多条横纵交叉的光路，所述光路的交叉点与所述触控按键区域一一对应；

7、控制单元，通过总线分别与所述光发射单元和所述光接收单元电连接；

8、抗干扰模块，与所述光发射单元连接；

9、供电单元，通过导线与光发射单元、光接收单元以及控制单元连接；

10、所述抗干扰模块包括以下至少一种：

11、红外载波调制单元，用于对所述红外发射管发射的红外光进行载波调制，使所述红外接收管仅响应特定频率的红外光；

12、分时循环扫描单元，用于控制所述光发射单元中的红外发射管依次分时发射红外光，且在任一时刻仅有一个红外发射管发射红外光；

13、光束角度限制单元，设置在所述红外发射管和/或所述红外接收管的光路上，用于限制红外光的发射和/或接收角度；

14、信号转换单元，分别与所述控制单元电、光接收单元连接；

15、其中，当某一触控按键区域被遮挡时，对应的至少两条交叉光路被阻断，所述控制单元根据被阻断光路对应的红外接收管输出的信号，识别被按下的触控按键区域。

16、作为优选的技术方案，所述红外载波调制单元，包括：

17、载波发生电路，用于产生预设频率的载波信号；

18、调制电路，用于将所述载波信号加载到所述红外发射管的驱动信号上；

19、解调电路，与所述红外接收管连接，用于从所述红外接收管输出的信号中解调出与所述预设频率匹配的信号。

20、作为优选的技术方案，所述红外载波调制单元控制所有红外发射管发射预设频率的红外光，所有红外接收管均响应所述同一预设频率的红外光，所述红外发射管发射同一或者不同预设频率的红外光。

21、作为优选的技术方案，所述分时循环扫描单元控制每个红外发射管的单次发射时长为1至10毫秒，相邻两个红外发射管的发射间隔为0.1至1毫秒，完成一次全扫描的总时长不超过50毫秒。

22、作为优选的技术方案，所述光束角度限制单元包括：

23、发射端遮光板，设置在所述红外发射管的前方，所述发射端遮光板上开设有与所述红外发射管一一对应的发射狭缝；

24、接收端遮光板，设置在所述红外接收管的前方，所述接收端遮光板上开设有与所述红外接收管一一对应的接收狭缝；

25、所述发射狭缝和所述接收狭缝的宽度为0.5至3毫米，用于将红外光的发射和接收角度限制在±5°以内。

26、作为优选的技术方案，当抗干扰模块应用为红外载波调制单元或光束角度限制单元时，所述光发射单元还包括：

27、漫透射导光条，呈长条状，沿光路方向延伸；

28、至少两个红外发射管，分别设置在所述漫透射导光条的至少一端；

29、所述漫透射导光条用于将所述至少两个红外发射管发射的红外光均匀化后，沿其长度方向形成连续的面光源。

30、作为优选的技术方案，所述漫透射导光条为亚克力导光条，其表面形成有漫透射微结构。

31、作为优选的技术方案，所述信号转换单元，用于将所述控制单元输出的触控按键识别信号转换为以下至少一种信号格式：rs485、rs232、can总线、gpio。

32、第二方面，本发明还提供了一种基于调制红外光的触控按键信号触发识别方法，包括

33、s1、初始化触控按键，建立横纵交叉的矩阵式光路；

34、s2、启动抗干扰模式，所述抗干扰模式包括以下至少一种：

35、对红外发射管发射的红外光进行载波调制，使红外接收管仅响应特定频率的红外光；

36、控制红外发射管依次分时发射红外光，任一时刻仅有一个红外发射管发射红外光；

37、通过光束角度限制单元限制红外光的发射和接收角度；

38、s3、实时监测各红外接收管的输出信号；

39、s4、当检测到至少两条交叉光路对应的红外接收管输出信号发生变化时，确定对应的交叉点位置为被按下的触控按键区域；

40、s5、输出对应的触控按键识别信号。

41、作为优选的技术方案，步骤s2中，所述对红外发射管发射的红外光进行载波调制的步骤包括：

42、s21、产生预设频率的载波信号；

43、s22、将所述载波信号加载到红外发射管的驱动信号上；

44、s23、在红外接收管端，对接收的信号进行解调，仅保留与所述预设频率匹配的信号；

45、步骤s2中，所述控制红外发射管依次分时发射红外光的步骤包括：

46、s24、控制第一红外发射管发射红外光，同时仅读取对应的第一红外接收管的信号；

47、s25、关闭第一红外发射管，等待预设间隔时间；

48、s26、控制下一红外发射管发射红外光，同时仅读取对应的下一红外接收管的信号；

49、s27、重复上述步骤s24至s26，直至所有红外发射管完成一次发射，形成一个扫描周期；

50、s28、连续循环执行扫描周期。

51、本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

52、（1）使用寿命长：完全无需机械触点，不存在触点氧化、磨损等问题，理论使用寿命可达上亿次，远高于传统机械式触控按键。

53、（2）成本低：采用矩阵式光路设计，m条横向光路和n条纵向光路可实现m×n个触控按键的识别，大幅减少了发射管和接收管的数量，同时无需大量线束，显著降低了材料成本和生产安装成本。

54、（3）抗干扰能力强：通过红外载波调制、分时循环扫描和光束角度限制三种抗干扰技术的任意组合，能够有效过滤外界光干扰和相邻光路串扰，识别准确率高。

55、（4）可靠性高：采用漫透射导光条设计，多个发射管共用一条导光条，即使部分发射管损坏，系统仍能正常工作，具备冗余设计。

56、（5）安装维护方便：整体结构简单，模块化设计，安装便捷；单个元件损坏时，只需更换对应元件即可，无需更换整个面板，维护成本低。